水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究

交通运输部科科学研究院道路结构与材材料研究中心心陈景2012年3月水泥混凝土路路面加铺沥沥青层技术研研究主要内容容一、概述二、国内外研研究现状四、加铺设计计过程五、加铺层结结构设计方法法六、工程案例例三、技术关键键公路总里程高速公路总里里程一、概述2010年底，有铺装装路面191.80万公里，其中中沥青混凝土土路面54.25万公里，水泥泥混凝土路面面达137.55万公里。路面维修养护护工程量逐步步增大养护技术需要要进一步创新新修复工工作机机械化化程度度低快通早早强材材料预防性性养护护措施施缺失失加铺时时机的的选择择十二五五目标标国省干干线公公路路路面铺铺装率率达到到95%以上，，总体体技术术状况况MQI达到80以上；；高速速公路路平均均路面面使用用性能能指数数PQI大于90，国省省干线线公路路（高高速公公路除除外））平均均PQI大于80，且PQI值小于于70的比重重下降降至12%以内积极推推进绿绿色养养护，，推广广水泥泥路面面就地地利用用加强水水泥路路面养养护新新技术术和新新材料料研发发路面耐耐久性性不足足早期损损坏：：开裂、、断板板、错台、、沉陷陷等原因路面结结构与与材料料耐久久性不不足施工与与养护护质量量控制制不佳佳水泥混混凝土土路面面养护护技术术1.传统养养护技技术：：路面快快速修修补局部挖挖除加铺罩罩面2.水泥混混凝土土路面面再生生利用用技术术破碎稳稳压通行能力显著下降平整度降低行车舒适性降低行车噪噪声增增大为了满满足交交通运运输日日益发发展的的需要要，提提高道道路服服务水水平，，对旧旧水泥泥混凝凝土路路面进进行加加铺改改造已已经成成为我我国公公路建建设面面临的的一项项迫切切任务务!加铺水泥混凝土面层

水泥混混凝土土路面面加铺铺改造造方式式加铺沥青混凝土面层行车舒舒适、、施工工方便便、快快速开开放交交通，，又能能够充充分利利用旧旧水泥泥混凝凝土路路面的的强度度沥青加加铺层层与水水泥混混凝土土层作作为两两种不不同的的材料料和结结构层层组合合在一一起时时，由由于模模量的的不同同，在在受到到荷载载及温温度应应力作作用时时，两两种材材料将将会产产生不不同的的应力力——应变状状态，，因此此，在在其界界面会会产生生应变变差和和应力力差，，如果果结构构及材材料设设计不不合理理—层间粘粘结失失效，，加铺铺层脱落落。σ1，ε1σ1，ε1σ2，ε2σ2，ε2脱落严严重στ反射射裂裂缝缝目前，，我国国现行行的规规范明明确规规定要要针对对路面面检查查评定定结果果确定定养护护对策策，安安排大大、中中修或或专项项工程程，对对整个个路段段路面面平整整度、、抗滑滑能力力不足足的，，可采采取罩罩面，，铺筑筑加铺铺层，，以恢恢复其其表面面功能能。规范增增加了了旧水水泥混混凝土土路面面加铺铺沥青青层这这一设设计内内容，，但没没有较较为成成熟的的理论论分析析及设设计方方法，，主要要是充充分吸吸收国国外经经验，，参照照国外外相关关研究究成果果，结结合我我国交交通荷荷载情情况，，以经经验法法设计计为主主。二、国国内外外研究究概况况近几十十年来来国外外发达达国家家如西西班牙牙、美美国、、法国国、加加拿大大、澳澳大利利亚、、日本本等国国家先先后进进行了了复合合式路路面技技术的的开发发与应应用研研究，，已分分别铺铺筑了了实验验路与与实体体工程程。河南开开封至至洛阳阳段高高速、、尉氏氏至许许昌高高速、、京珠珠高速速长沙沙至湘湘潭段段，，广西西桂林林至南南宁高高速、、黄沙沙河至至灵川川段旧旧水泥泥混凝凝土路路面改改造中中均采采用了了复合合式结结构型型式。。复合式路面研究应用

橡胶沥青复合式路面橡胶沥沥青复复合式式路面面，最最早始始于20世纪40年代的的美国国，经经研究究发现现，在在道路路工程程中应应用这这种材材料后后，沥沥青路路面的的抗滑滑性能能、抗抗磨损损性能能、疲疲劳性性能和和抗车车辙性性能有有了一一定的的提高高，如如果是是同样样的道道路设设计寿寿命年年限，，橡胶胶沥青青路面面厚度度至少少可减减薄1/2，可节节约大大量的的建设设费用用，同同时还还可缩缩短施施工工工期。。美国在在室内内试验验研究究和试试验路路研究究的基基础上上，建建立了了一系系列的的橡胶胶沥青青混合合料性性能指指标，，以及及相应应的试试验评评价方方法，，积累累了大大量的的成功功经验验。橡胶沥青复合式路面我国对对橡胶胶沥青青复合合式路路面的的应用用研究究，主主要集集中在在橡胶胶改性性沥青青的加加工工工艺、、橡胶胶改性性沥青青性能能评价价指标标和标标准、、橡胶胶沥青青混合合料设设计方方法以以及施施工工工艺这这些方方面。。胶粉（（40目）200～220℃190～210℃45分钟

超薄橡胶沥青磨耗层减薄加铺层厚度水泥混凝土路面橡胶沥青磨耗层加入橡胶（高弹性）与我国国构建建资源源节约约环境境友好好型社社会及及畅通通平安安出行行环境境方针针政策策相一一致节省表表面优优质材材料显著提提高疲疲劳耐耐久能能力保证路路面结结构承承载能能力世界不不同国国家和和地区区都积积极开开展了了复合合式路路面的的应用用研究究，从从国内内外的的工程程实践践应用用研究究来看看，成成功与与失败败各占占一半半。主主要原原因是是结构构组合合及材材料设设计不不合理理、施施工工工艺问问题。。研究现状分析无材料料选择择依据据无标准准规范范无成熟熟设计计方法法三无1、旧水水泥混混凝土土路面面状况况检测测及评评价２、加加铺前前旧水水泥混混凝土土路面面病害害处治治３、水水泥路路面和和沥青青路面面层间间结合合４、防防治旧旧水泥泥混凝凝土路路面反反射裂裂缝的的措施施５、沥沥青加加铺层层厚度度的确确定三、技技术关关键1、加铺铺前旧旧水泥泥混凝凝土路路面状状况检检测及及评价价路面破破损情情况结构承承载能能力行驶质质量抗滑能能力采用目目测及及仪具具量测测优良中中次差差采用无无破损损和破破损相相结合合的方方法（（FWD或贝克克曼梁梁）优良中中次差差断面类类或反反应类类设备备优良中中次差差摆式仪仪优良中中次差差２、加加铺前前旧水水泥混混凝土土路面面病害害处治治２、加加铺前前旧水水泥混混凝土土路面面病害害处治治加铺沥沥青层层前如如果不不对旧旧水泥泥混凝凝土路路面进进行表表面处处理，，会导导致层层间粘结结不够够，加加铺后后不久久就产产生早早期破破坏。。３、水水泥路路面和和沥青青路面面层间间结合合４、防防治旧旧水泥泥混凝凝土路路面反反射裂裂缝的的措施施加铺维维修改改造技技术最最大的的难点点是防防止或或减少少水泥泥混凝凝土旧旧路面面的反反射裂裂缝。。４、防防治旧旧水泥泥混凝凝土路路面反反射裂裂缝的的措施施反射裂裂缝是是由于于原有有的旧旧水泥泥混凝凝土路路面的的裂缝缝在荷荷载和和温度度的作作用下下会扩扩展到到沥青青面层层，而而形成成的一一种裂裂缝。。反射射裂缝缝在许许多寒寒冷国国家或或地区区如北北美、、加拿拿大、、日本本、俄俄罗斯斯、北北欧以以及我我国北北方地地区非非常普普遍。。反射裂缝４、防防治旧旧水泥泥混凝凝土路路面反反射裂裂缝的的措施施反射裂裂缝的的存在在会极极大地地影响响沥青青加铺铺层的的使用用寿命命，不不仅影影响行行车舒舒适性性，而而且导导致路路面水水下浸浸，影影响到到路基基的强强度与与稳定定性。。更为为重要要的是是，在在行车车荷载载反复复作用用和周周期性性变化化环境境温度度的影影响下下，常常常使使得裂裂缝迅迅速向向四周周扩展展，大大大缩缩短了了罩面面层的的使用用寿命命。反反射裂裂缝是是水泥泥路面面加铺铺沥青青层面面临的的一大大技术术难题题。４、防防治旧旧水泥泥混凝凝土路路面反反射裂裂缝的的措施施目前国国内外外对减减少反反射裂裂缝的的主要要方法法有：：（１））使用用防裂裂效果果更好好的面面层；；（２））增加加沥青青面层层厚度度；（３））从结结构本本身入入手防防止和和减少少反射射裂缝缝(如采用用碎石石化技技术)；（４））设置置应力力吸收收层等等。上述方方法中中有的的造价价偏高高，有有的在在设计计上难难度较较大。。而应应力吸吸收层层是一一种造造价适适中，，阻裂裂效果果良好好的方方法。。４、防防治旧旧水泥泥混凝凝土路路面反反射裂裂缝的的措施施应力吸吸收层层在路路面结结构中中能依依靠自自身的的塑性性变形形来吸吸收应应力。。根据据断裂裂力学学的理理论，，低弹弹性模模量，，高韧韧性的的应力力吸收收层，，可以以缓解解裂缝缝尖端端的应应力集集中现现象，，因而而能起起到较较明显显的防防裂作作用。。国内内外对对此类类防裂裂措施施开展展了不不少试试验研研究，，并取取得了了一定定的研研究成成果。。常用措措施土工布土工格栅改性沥青层改性沥青砂细粒式沥青混凝土碎石封层碎石封封层应应力吸吸收层层施工工示意意图高性能能应力力吸收收层技技术指指标采用SBS等聚合合物改改性沥沥青软化点点75～85℃℃车辙试试验动动稳定定度DS≥≥2000次/mm小梁弯弯曲试试验最最大破破坏应应变εmax≥≥3500uεε混合料料级配配需专专门设设计，，其中中矿粉粉用量量大于于8%，油石石比8%。高性能能应力力吸收收层由于应应力吸吸收层层沥青青混合合料细细集料料多、、沥青青用量量多等等特点点，在在配合合比设设计方方法上上与普普通HMA存在较较多不不同之之处。。除应应满足足普通通HMA的相关关要求求外，，还应应注意意以下下几点点:（１））既能能满足足抵抗抗重复复车辆辆荷载载作用用的疲疲劳性性能的的要求求，又又能满满足该该层抵抵抗永永久变变形的的抗车车辙要要求；；（２））能够够防止止水渗渗入到到路面面结构构内部部；（３））施工工方便便，易易于生生产、、拌和和以及及摊铺铺压实实。四、加加铺设设计过过程1.路面损损坏状状况调调查及及评定定2.旧水泥泥混凝凝土路路面的的修复复设计计3.最小加加铺厚厚度的的计算算4.道路纵纵断面面设计计5.沥青混混凝土土加铺铺层结结构设设计在车辆辆荷载载与温温度应应力作作用下下，旧旧水泥泥混凝凝土板板接缝缝处，，会产产生垂垂直相相对位位移与与水平平相对对位移移，从从而导导致沥沥青加加铺层层内产产生较较大的的拉应应力与与剪应应力，，引发发反射射裂缝缝。设计控控制的的指标标为因因旧路路面板板的移移动产产生的的拉应应变和和因接接缝两两侧不不同的的竖向向位移移造成成的剪剪应变变。该方法法力学学概念念简单单清楚楚，易易于接接受和和应用用，但但由于于该分分析方方法中中作了了一些些粗糙糙的假假定，，从而而并不不能准准确的的分析析沥青青加铺铺层中中应力力分布布状况况，无无法考考虑接接缝或或裂缝缝处的的应力力集中中对罩罩面层层反射射裂缝缝的影影响。。ARE(AustinResearchEngineers)法五、加加铺层层设计计方法法该法是是一种种经验验法，，认为为沥青青加铺铺层的的破坏坏原因因是行行车荷荷载所所引起起的接接缝处处的竖竖向弯弯沉差差。设设计参参数主主要考考虑水水泥混混凝土土板长长、接接缝宽宽度和和层间间处置置措施施。层层间处处置可可设置置土工工织物物、应应力吸吸收薄薄膜层层、排排水下下封层层或对对旧水水泥混混凝土土板进进行破破碎与与稳定定处理理。AI(美国沥沥青学学会)法该法以以弯沉沉差为为控制制指标标，给给出了了简单单的图图表来来确定定罩面面层的的厚度度，虽虽然考考虑了了防反反措施施在减减薄罩罩面层层厚度度方面面的影影响，，但没没有给给出定定量的的关系系。五、加加铺层层设计计方法法AASHTO法AASHTO设计法法是迄迄今为为止较较完善善的经经验设设计方方法，，是基基于等等效结结构数数来确确定沥沥青加加铺层层的厚厚度，，具体体内容容包括括可行性性研究究、旧水泥泥混凝凝土板板的处处理、防反措措施的的选择择和厚度计计算等。AASHTO经验设设计法法是以新建建水泥泥混凝凝土路路面设设计方方程为为基础础，考虑虑旧路路面的的剩余余寿命命，对对影响响路面面使用用性能能的其其他因因素也也作了了较全全面的的考虑虑，并并引入入了可可靠度度的概概念。。此法法设计计概念念明确确，易易于操操作，，但它它没有有考虑虑防反反措施施对路路面使使用性性能和和罩面面层厚厚度的的影响响。五、加铺铺层设计计方法工程案例例原路面结结构示意意图随着周边边道路网网络的不不断完善善，人民民生活水水平的提提高，乘乘客对于于行车舒舒适性的的要求越越来越强强烈，水水泥路面面舒适性性差的弊弊端逐渐渐体现，，为了满满足乘客客舒适性性的要求求，同时时提高高高速公路路的服务务质量，，对原路路段进行行加铺沥沥青混凝凝土改造造设计。。一、工程程概况二、设计计依据（一）交交通调查查与分析析三、原路路面状况况及总体体评价交通流及及交通组组成轴重超载载状况（一）交交通调查查与分析析在过去5年，交通通量持续续增长，，在全部部车辆中中，一类类车、四四类车、、五类车车增长速速度较快快。2006年至2011年，五类类车年平平均增长长速度达达到31.9%，远远超超过国内内一般地地方公路路交通量量增长速速度。交通量预预测（一）交交通调查查与分析析根据方案案设计中中的车型型分类及及超载比比例，利利用AASHTO中的轴载载换算系系数对各各类车辆辆进行轴轴载换算算，得到到设计基基准期10年的累计计标准轴轴载作用用次数为为4327.2万次。（二）路路况评估估评价指标标路面行驶驶质量评评价从上述数数据可以以看出，，RQI评定为““优”等等级的占占3%，评定为为“良””的占59%，评定为为“中””的占33%，评定为为“次””的占5%，评定为为“差””的无。。因此，，路面状状况多处处于优良良状态。。平整度指指数从以上图图表可以以看出，，主车道道国际平平整度ＩＩＲＩ百百米均值值主要集集中在2-5(m/km)之间，部部分路段段ＩＲＩＩ>3.5(m/km)，其中优优、良比比例占50%，中次差差比例占占50%。路面破损损情况破碎板微细网状状裂缝路面破损损情况横向裂缝缝纵向裂缝缝路面破损损情况角隅断裂裂错台路面破损损情况接缝料脱脱落超高路段段唧浆通过现场场采用贝贝克曼梁梁对超车车道的砼砼板角进进行脱空空检测，，共检测测了2170块，板角角弯沉值值达到20(0.01mm)的共194块，占检检测数量量的6.1%。由于贝贝克曼梁梁弯沉检检测是抽抽查，每每三块板板检测一一块板，，由于对对病害板板不进行行检测，，因此实实际脱空空比例应应该加上上病害板板，计算算得到的的脱空比比例为16.6%。路面结构构情况基层顶面面当量回回弹模量量（MPa）通过钻芯芯及FWD弯沉检测测，得如如下检测测结果。。A线方向共共检测100块板，基基层顶面面当量回回弹模量量平均值值为397MPa，最大值值为1082MPa，最小值值为117MPa，标准差差为160MPa；B线共检测测100块板，基基层顶面面当量回回弹模量量平均值值为440MPa，最大值值为854MPa，最小值值为108MPa，标准差差为155MPa；从抽检检测结果果来看，，A、B线错台、、横缝、、填缝料料缺损、、纵裂病病害砼板板的基层层顶面当当量回弹弹模量均均值低于于平均值值。主要结论论及原因因1、勘测结结论(1)加铺路段段水泥混混凝土路路面各结结构层的的厚度、、强度均均能满足足设计要要求，路路面结构构承载力力按照标标准轴载载可满足足设计年年限的使使用要求求。(2)路面平整整度优良良率比率率较小，，仅占50%，通过加加铺沥青青混凝土土可以有有效改善善其平整整度。(3)路面病害害板较多多，断板板及重裂裂缝板总总数为615块，主要要病害类类型为破破碎板、、横向裂裂缝板，，有少部部分的纵纵向裂缝缝板、角角隅板；；同时轻轻裂缝板板发展速速度较快快。根据据脱空检检测资料料，考虑虑病害板板为脱空空板后，，板底脱脱空率为为16.6%。主要结论论及原因因2、破损原原因(1)一般路段段路面破破损。根根据检测测资料，，比较严严重的纵纵横裂缝缝板的基基层当量量回弹模模量均较较低，因因此，接接缝料脱脱落及张张开，排排水系统统的堵塞塞造成唧唧泥脱空空，在水水和重车车的作用用下发生生断裂破破坏。(2)超载严重重，通过过测量超超载车的的轴重可可知，部部分车辆辆严重超超载，超超载达到到了4.77倍，超载载的存在在对路面面正常使使用产生生严重的的影响。。(3)交通量增增长较快快，通过过计算，，年增长长率在15%以上，繁繁重的交交通量对对路面带带来了严严重考验验。(4)加铺路段段处于山山岭重丘丘区，雨雨季跨度度时间长长，雨量量充沛，，雨水是是造成路路面损坏坏的主要要原因。。根据理论论分析及及使用经经验，加加铺段路路面结构构选用2cmNovachip+5cmAC20，大桥加加铺2cmNovachip超薄磨耗耗层，现现对其进进行结构构计算，，所取参参数如下下：四、加铺铺层结构构设计一般路基基段加铺