水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面研究

第6卷第4期北华大学学报(自然科学版)Vol.6No.4 2005年8月JOURNAL OF BEIHUA UN IV ERSIT Y(Natural Science)Aug.2005

文章编号:100924822(2005)0420372203

水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面研究

刘学艳1,刘彦龙1,潘晓静1,郑天余2

(1.北华大学交通建筑工程学院,吉林吉林　132013;

2.吉林市技术监督局,吉林吉林　132013)

摘要:采用水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面,能够充分发挥水泥混凝土与沥青混凝土路面的特点.这种复合式路面结构以刚为主,刚中有柔,可以改善行车舒适性,放宽对其下混凝土板材料的要求,从而方便施工维修,降低整体造价,延长道路的使用寿命.

关键词:水泥混凝土;沥青混凝土;复合式路面;改性沥青

中图分类号:U416 文献标识码:A　

水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面,是指下层路面为水泥混凝土,上层路面为沥青混凝土复合而成的路面结构.

目前,我国在公路建设中主要采用的路面为水泥混凝土路面和沥青混凝土路面.沥青混凝土路面表面平整无接缝、柔性好,能较好地满足行车要求,可以提高车速,降低油耗,具有明显的行车舒适性、耐磨性等优点,但受到沥青材料感温性的限制,沥青面层结构的强度受温度变化影响较大;水泥混凝土路面刚度大,扩散荷载能力强、稳定性好、抗压、抗折并且抗磨耗性能好,耐久、使用寿命长,但是它也有着不可忽视的缺点:接缝较多,影响行车舒适性,养护和维修不方便.与沥青路面相比,水泥混凝土路面的修复比较困难,目前,采用的大修措施有3种:加铺沥青混凝土面层、加铺新水泥混凝土面层和翻修.由于沥青加铺层能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能,同时可以充分利用旧水泥路面,造价低,施工方便,并且对交通、环境影响小,因此,在国内外旧水泥混凝土路面改造工程中应用最多.本文借鉴旧水泥混凝土路面改造铺筑沥青混凝土罩面层的方法进行研究,以充分发挥水泥混凝土与沥青混凝土路面的特点[1].

水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面,结构层上部的沥青混凝土可以改善行车舒适性,放宽对其下混凝土板材料的要求,无需考虑抗滑、耐磨性能,从而方便施工维修,降低整体造价.与单一路面相比,复合式路面中的沥青层缓和冲击能力强,能减少路面破坏的发生,同时也使轮胎磨耗、货损等费用减少.另外,这种复合式路面结构以刚为主,刚中有柔,沥青层可大大缓和行车对路面板的冲击,因而在设计上可使板厚减小,而且只要在结构设计上处理好接缝问题,即可减少以往路面板接缝处板下唧泥、冲蚀、脱空、断板、错台等病害.

1　水泥混凝土

1.1　原材料

冀东水泥厂生产的42.5MPa普通硅酸盐水泥,细度模数为2.6的中砂,碎石最大粒径30mm;自来水.

1.2　水泥混凝土强度试验

水泥混凝土作为复合式路面的底层,按照《普通混凝土配合比设计规程》J G J55—2000进行配合比设计,根据《公路工程水泥混凝土试验规程》J TJ053—94的规定,采用抗压强度指标的设计方法,制成4组

收稿日期:2004212228

作者简介:刘学艳(1957-),女,教授,主要从事工程材料的研究.

(每组3块)100mm ×100mm ×100mm 立方体试件,按照规定的养护方法,养护28d 后进行抗压强度试验,从表1中看出试验结果合格.

表1　混凝土抗压强度试验结果

Tab.1　Te st re sults of compre ssive strength

试件编号

破坏极限荷载P /kN 抗压强度f cc /MPa 换算系数标准强度f cu /MPa 混凝土强度等级A11

A12

A13

32733634232.733.634.20.9531.9C30A21

A22

A23

33433834133.433.834.10.9532.1C30B11

B12

B13

45043643145.043.643.10.9541.7C40B21

B22

B2344846446544.846.446.50.9543.6C40

2　抗裂缝材料

采用沥青混凝土面层作为路面的面层,这种形式的路面结构能吸取两种材料的优点:水泥混凝土提供的稳定、坚实的基层,沥青混凝土路面提供的摩擦系数较高、平整度好的面层,大大改善了路面的使用性能.然而,复合式路面的关键是解决沥青面层中出现的反射裂缝问题.由于水泥混凝土面板接缝的存在,在外力荷载作用下,接缝处相邻板块产生竖向位移差,会出现较大的剪切应力.受气温周期性变化的影响,产生的温度应力是沥青混凝土面层产生反射裂缝的原因.反射裂缝本身对面层的使用性能影响不大,但因其环境因素(雨水、氧化等)的负效应,常常使裂缝迅速扩散,从而缩短面层的使用寿命[2].为减少反射裂缝的数量和延缓反射裂缝的发展速度,应控制反射裂缝的产生和发展,防范措施分为改善沥青面层性能,选用合适的面层混合料组成,设置中间加筋层和增设补强层3类.

国内外道路工程专家的研究结果表明:在水泥混凝土路面与沥青混凝土面层之间加铺1层弹性模量较高的应力加筋夹层,以吸收或缓冲裂缝尖端的应力集中,对于抑制反射裂缝的产生和扩散具有一定的效果;有关规范提到防治反射裂缝的措施有铺设土工格栅、铺贴土工布和粘贴改性沥青油毛毡;玻璃纤维格栅是一种能增强公路路面性能的新型优良土工基材.使用玻璃纤维格栅,可有效地改善路面结构应力分布,抵抗和延缓由路面基层裂缝引起的沥青混凝土路面反射裂缝的发生,从而提高路面的使用寿命.它具有很高的耐热性和优异的耐寒性,强度大,模量高,化学稳定性好,耐腐蚀,膨胀系数低,尺寸稳定性好等特点.

另外,可以采用纵横缝粘贴改性沥青油毡,同时铺设玻璃纤维土工格栅来达到延缓反射裂缝的目的.旧水泥混凝土路面改造时需铺1层沥青砂找平层,而此设计无需这道工序,可将沥青油毡直接铺在水泥混凝土板面上.利用改性沥青油毡的变形能力,将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方向,对消散水平方向应变和传递竖向荷载能起到一定的作用,可以增强沥青混凝土的整体抗拉强度,减少永久变形,防止和延缓路面反射裂缝的产生.改性沥青油毡具有耐高温的特性,在沥青混凝土摊铺时不会熔化于沥青混凝土中或老化变质,能够承受高温时压路机的碾压.选用改性沥青油毡能有效地减少地表水通过水泥混凝土板接缝下渗土基,同时又能减少地下水通过水泥混凝土板间接缝进入浸润沥青混合料,避免降低无机结合料强度,延缓沥青面层出现剥落和松散,延长面层结构使用寿命.改性沥青油毡的特点是抗拉强度大,延伸率高,具有良好的弹塑性和耐高、低温性能.与水泥板有良好的粘接性能,耐热度好,120℃不变形,150℃不流淌,在沥青混凝土摊铺时不会熔化于沥青混凝土中或老化变质,能够承受高温时压路机碾压,有效使用时间在20a 以上[3].

373第4期刘学艳,等:水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面研究