白改黑工程反射裂缝防治研究

白改黑工程反射裂缝防治研究
水泥混凝土路面因为具有强度高、使用寿命长、维护费用低、抗磨耗能力强等特点在我国广泛使用，但随着它的寿命走到尽头，混凝土路面出现大量的破碎、断板、脱空、错台、唧泥等病害，给养护人员带来巨大压力，急需加铺改造以改善路面状况。

目前我国对旧混凝土路面的加铺改造主要包括加铺沥青混凝土面层、加铺新水泥混凝土路面层和旧水泥混凝土的路面翻修。

经过大量的调查研究，在旧混凝土路面加铺沥青混凝土面层（也就是我们说的"白改黑"）具有良好的效果，这种路面结构吸收了两种路面材料的优点，能达到"刚柔并济"的效果，并在我国的路面改造中大量运用，取得了巨大成果。

在"白改黑"路面出现的最大问题就是路面容易形成反射裂缝，国内外对它的研究也较为广泛。

本课题组采用加铺橡胶沥青混凝土作为中间加铺层，实验证明了其良好的抗反射裂缝的能力，被在云南曲胜高速公路K15+600到K17+700路段做了加铺实例，自通车以来，路面状况良好，反射裂缝的产生得到控制，得到巨大的成效。

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1 反射裂缝开裂机理
由于旧路面板存在接缝和裂缝，而且常有脱空和错台的现场出现，在车载压力和温度应力的影响下，在旧路面裂缝的位置，加铺的沥青混凝土面层会再次出现裂缝，这种裂缝也叫反射裂缝。

原水泥混凝土路面出现损坏的同时，板下的基层与路基状态也发生了变化，出现承载能力下降和路基沉降等，虽然我们会对旧路面进行修复，但路基和基层的病害現象始终存在，加铺沥青面层后，两种材料的刚度相差较大，水泥混凝土的收缩性很大，容易在其界面形成较大剪力，且旧水泥路面存在伸缩缝，其在荷载与温度作用下产生垂直和水平方向的位移导致加铺沥青层的应力集中，形成反射裂缝。

在"白改黑"工程中反射裂缝是无法避免的，但它也是逐步形成的，从点到线，从线到面，从沥青混凝土的底部到上部发展而成，我们能做的只能是加强旧路面的病害处理，加铺防反射裂缝层来减慢反射裂缝的形成，最终达到增加改造路面的寿命。

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2 防反射裂缝加铺层的现状
目前国内在"白改黑"工程中使用最多的是利用土工布和橡胶沥青SAMI作为防反射层，收到了一定的效果。

现在最常采用的土工布包括聚乙烯土工布、聚酯针刺无纺土工布等，她具有较高的拉伸量和抗拉强度，但土工布存在使用不当有可能造成层间脱离问题，加铺沥青面层时容易被碾压车轮带起，其施工质量得不
到保证。

橡胶沥青SAMI应力层是在水泥混凝土板面层上撒布一层橡胶沥青，然后撒布13.2mm～9.5mm的等粒径碎石，通过压路机碾压成型。

它具有良好的防反射能力，它的弹性恢复好，粘度大，具有优异的耐疲劳性能。

但是其施工要求较高，容易照成石料撒布不均匀，石料不宜过多或过少，给我们的施工造成了难度。

考虑的性能和施工的因素，我们采用热拌橡胶沥青混凝土的作为防治裂缝加铺层。

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3 （AR：AC5）橡胶沥青混凝土的性能研究
3.1 （AR：AC5）橡胶沥青混凝土的原材料性能指标
本课题使用的AR-AC5橡胶沥青混凝土主要材料组成有AR橡胶改性沥青、4#集料。

通过测试AR橡胶改性沥青25℃针入度为61（0.01mm），粘度为3.3（pa.s），软化点为69.5℃，弹性恢复为57.5%。

AR橡胶改性沥青与4#集料裹附性比较好，在拌和过程中，AR橡胶改性沥青能均匀的分散到集料中，并未产生离析。

4#集料的级配组成如下：
3.2 （AR：AC5）橡胶沥青混凝土的各种参数
按照沥青与沥青混合料实验规程，对AR-AC5橡胶沥青混合料进行击实试验，每组做三个试件，正反两面各击实75次，然后放置一段时间，等试件冷却脱模。

然后拿到天平室浸泡水中约半个小时，进行体积参数的测定，而后开始做劈裂实验。

实验结果汇总如下：
3.3橡胶沥青混凝土的弯拉疲劳试验
本课题利用反射裂缝扩展机理设计了试验，利用MTS试验机模拟水泥路面加铺沥青混凝土路面进行弯拉型疲劳试验，通过选择不加铺防反射层，加铺土工布、橡胶沥青SAMI、AR-AC5橡胶沥青混凝土做防反射层进行对比试验。

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3.3.1试验方案
试验采用集中荷载加载，利用两块100mm×100mm×100mm水泥试件做水泥面板的模拟，两块水泥试件留1cm的空隙，然后加铺土工布、橡胶沥青SAMI、AR-AC5橡胶沥青混凝土，其中土工布为无纺土工布，橡胶沥青SAMI厚度为2cm，（AR：AC5）橡胶沥青混凝土为2cm。

在防反射层上铺5cm厚的SMA-13，试验试件模型如果图1
在沥青加铺层的顶部加载，加载面积为3cm×12.5cm，试验温度为（20±1）℃，首先测定沥青混凝土加铺面层结构的极限破坏荷载，然后按照0.4的应力水平循环加载，测定加铺试件的疲劳破坏次数，荷载比为0.1，加载波形为半正弦型，加载频率为10Hz，最大加载值为4.41KN，最小加载值为0.56KN，极限破坏荷载为10.35KN。

在集中荷载的加载下，记录下沥青混凝土面层终裂时的次数。

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3.3.2试验结果
对比水泥板上不加铺防反射层，加铺土工布、橡胶沥青SAMI、AR-AC5橡胶沥青混凝土4种加铺方式进行对比得到以下结果。

3.3.3试验结果分析
通过对比试验，我们发现，防反射裂缝加铺层具有良好的效果，未使用加铺层的路面结构疲劳循环次数只有3256次，与加铺了土工布的9075次，加铺橡胶沥青SAMI的13522次，加铺了橡胶沥青混凝土（AR：AC5）的14238次相比，抗裂强度远远不足，这样的路面结构将会形成早期的反射裂缝病害，三种加铺层中，加土工布防反射裂缝的效果不如后两者好，AR-AC5加铺层效果最好，虽然橡胶沥青SAMI效果也接近AR-AC5加铺层，但AR-AC5在施工时采用热拌摊铺的方式，能够保证施工的质量，是一种较好的防治反射裂缝的方式，因此在云南曲胜高速公路K15+600到K17+700路段"白改黑"工程中，我们选择橡胶沥青混凝土AR-AC5作为防反射裂缝加铺层。

4 工程实例
4.1工程概况
云南曲胜高速公路通车至今已经11年，为水泥路面面层，近年来随着交通流量增大，加之大量的超重车辆对路面的损坏，路面已经形成较多的裂缝、错台、表面破碎等病害。

鉴于路面较差的现状，云南公路投资开发有限公司将对其进行路面改造，首先对破坏较为严重的K15+600到K17+700路段进行"白改黑"路面改造工程。

4.2改造工程
通过对曲胜高速公路K15+600到K17+700路段原混凝土板的全面调查，包括断裂板块的调查，实际弯沉的检测，确定了病害的种类，对裂缝进行了修补，脱空出采用注浆处理，大面积破碎的板块之间采用換板处理，对原路面的病害进
行了全面有效的修补处理。

采用热拌橡胶沥青（AR：AC5）进行防反射裂缝层的摊铺和压实，厚度为2cm，然后分层摊铺面层沥青混凝土路面。

至改造路段通车几个月来看，路面性能良好，即使车流量在继续增大，而且也有重车经过，路面性能保持良好，没有出现早期的反射裂缝，橡胶沥青混凝土AR-AC5的防反射裂缝能力将会接下了来的几年时间得到检验，我们将跟踪检查此次成果。

5 结论
（1）通过调查与试验研究，在"白改黑"工程中，在水泥混凝土路面板上加铺一层防治反射裂缝的加铺层是十分有必要的，它能大大增加改造路面防反射裂缝的能力，延长沥青混凝土面层的寿命
（2）通过对常用的防反射裂缝加铺层的试验研究，得出土工布、橡胶沥青SAMI、橡胶沥青混凝土（AR：AC5）都具有良好的防反射能力，但橡胶沥青混凝土（AR：AC5）不但具有最好的抗反射能力，而且它的施工较方便，而且容易控制施工质量，在工程实例中具有良好效果。

（3）橡胶沥青混凝土AR-AC5在室内试验中取得了良好的效果，在工程实例中也有较好的防反射能力，但由于路面改造完成时间不的很长，它的防反射能力将会在近几年的实际调查中得到印证。

参考文献
[1] 廖卫东，等. STRATA 应力吸收层的级配特征与施工控制技术[J]. 公路，2005（5）：21- 22.
[2] 周富杰，孙立军，张南鹭，等. 5 种措施防治反射裂缝效果的试验室评价[J]. 同济大学学报，1998，26（2）：2.。