美國：一種新的瀝青路面加鋪技術(shù)
2008-06-06 00:00
| 編者按在瀝青路面上加鋪水泥混凝土薄層罩面,在國外一些雜志上有過介紹,但在我國尚未見報道.這是一種新技術(shù),能否適用于我國的具體情況,還要經(jīng)過試驗研究,逐步發(fā)展,以期得到良好的技術(shù)經(jīng)濟效果.…… 1、超薄水泥混凝土面層（UTW）的發(fā)展 在舊瀝青路面上加鋪水泥混凝土面層，又稱白色罩面（Whitetopping），這是一項眾所周知的路面翻新技術(shù)。早在1918年就有過報道。80年代初，這項技術(shù)越來越多的在公路和停車場等處采用。白色罩面的做法與通常水泥混凝土路面的做法一樣，其厚度為10cm以下。采用這樣的水泥混凝土面層，費用要高一些，用13~15厚的的混凝土，較之用5~8cm的瀝青罩面，成本要高出50%，在使用壽命上則與瀝青面層相同或略高一些。瀝青路面老化的程度是不一樣的，美國依阿華州的調(diào)查表明，該州使用30年及以上的公路公需較小的維修。對于這類路面，有人嘗試用更薄的路面罩層，這就是UTW的開端。 超薄水泥混凝土面層（Ultra Thin Whitetopping），就是在舊瀝青路面上加鋪一層很薄的水泥混凝土面層的技術(shù)，面層厚度小于10cm。這種做法是一種嘗試，也是一種突破，因為按照傳統(tǒng)的剛性路面設計方法，這樣的面層很快就會破壞，實際情況卻并非如此。因此，在90年代初期，美國就有意識地鋪筑了UTW試驗路。美國肯塔基州預拌混凝土協(xié)會計劃在肯塔基市街道上鋪筑9cm的水泥混凝土罩層，與此同時，美國水泥混凝土路面協(xié)會技術(shù)革新委員會也在研討超薄罩面層可行性，共同的目標使兩家聯(lián)手鋪筑了最早的試驗路。該試驗路位于肯塔基州通往路易斯維利的一個垃圾場的入口處，每天有400~600輛重型卡車在此通過。他們在該試驗路上鋪上了5cm和9cm的水泥混凝土罩層，并開始了試驗工作。 肯塔基試驗路獲得了成功，其性能比用普通設計方法預計的要好得多，甚至項目倡導者都感到詫異，這引起了廣泛的興趣。UTW隨之得以推廣，技術(shù)也不斷發(fā)展。在美國的科羅拉多、喬治亞、依阿華、堪薩斯、密蘇里、俄亥俄、新澤西、北卡羅里那、南達科他、賓夕法尼亞、加利福尼亞等州均鋪筑了UTW。 2、UTW的結(jié)構(gòu)和性能特點 2．1 結(jié)構(gòu)特點 與通常的水泥混凝土面層相比，UTW主要有三個結(jié)構(gòu)特點。一是其厚度很薄，小于10cm，一般在5~10cm之間；二是UTW與作為基層的舊瀝青面層之間有良好的粘結(jié)，形成一復合路面結(jié)構(gòu)；三是UTW接縫間距較短，縫較窄。根據(jù)美國的經(jīng)驗，每2.5cm厚的混凝土板，接縫間距不大于31~46cm，因而UTW接縫間距一般為0.61~1.83m。這些結(jié)構(gòu)上的特點，使UTW表現(xiàn)出其獨特的性能。 2．2性能特點 UTW充分利用了舊瀝青面層，在其上罩上很薄的水泥混凝土面層，因而降低了建設成本。圣路易斯機場停機坪項目所做的可行性研究表明，在考慮停機坪維修、施工和耐久性等在內(nèi)的20年的生命周期內(nèi)，用UTW較之全部重建或用瀝青混凝土罩面層更加經(jīng)濟有效。俄亥俄預拌混凝土協(xié)會比較了UTW與瀝青罩層的初期投資。他們按照AASHTO規(guī)范，確定5cm的水泥混凝土面層在結(jié)構(gòu)上近似于8cm的瀝青混凝土面層。如果以8cm的瀝青面層做為水泥混凝土的成本限值時，則可以通過在UTW中摻不同的纖維或改變接縫間距來滿足這一成本要求。而且，采用較小的接縫間距和纖維增強混凝土可以提高路耐久性。 UTW降低了成本，但仍能滿足使用要求。UTW能承受較大的荷載，肯塔基試驗路通車后43周表明，路面能夠承受475000次E－ISOS（SO kN標準軸載）作用。相比之下，低交通道路、城市道路和停車場通常設計為承受50,000~100,000次E－ISOS作用。UTW能承受較大的荷載，主要有三原因，一是由于與瀝青層形成一復合結(jié)構(gòu)，因而使面層中和軸的位置降低，混凝土板中的應力大為減??；二是UTW板的尺寸小，也降低了板中應力，使板中彎矩不會太高；三是采用了纖維混凝土，這種路面材料的抗彎強度要比素混凝土高?？纤囼灺坊炷恋目箯潖姸?4h為5.3Mpa，36h為5.9Mpa，28天達7.2Mpa?？箯濏g性也因摻加纖維而成倍乃至數(shù)十倍的增加。 在UTW中，盡管接縫數(shù)量較多，但縫的寬度較小，縫寬為0.32cm，因此無須填縫。同樣由于接縫很小，不易產(chǎn)生跳車。小的接縫間距，還使混凝土板的翹曲和彎曲減小，路面更加平整。 由于UTW的結(jié)構(gòu)特點和材料特點，還使路面抗裂性能大為提高。此外，UTW也可快速開放交通，肯塔基試驗路在24h后即開放了交通。 3、UTW的施工特點 3．1 基層準備 UTW是在舊的瀝青路面上鋪筑的，要求舊瀝青路面有一定的厚度，通常在表面鑿毛處理后，厚度應大于8cm，若小于該厚度，則不宜使用UTW。在施工前，一般要鈷芯取樣以測定瀝青層的厚度并了解底基層的情況。舊瀝青路面一般要鑿毛，并用氣噴或水噴法保持鑿毛面清潔，以提高與罩面層的粘結(jié)力。施工前，瀝青層表面應干燥，天氣較熱時，可以噴灑水霧以降低瀝青表面溫度，以防水泥混凝土中水分的蒸發(fā)，但表面不得帶有自由水分，以確保面層和瀝青層粘結(jié)在一起，形成一復合路面結(jié)構(gòu)。 3．2 、配合比 配合比根據(jù)面層的厚度，交通狀況和路面開放交通的時間限制來確定，同時還要考慮地方材料情況。美國的UTW項目，混凝土配合比中普通采用減水劑和超塑化劑，以提高施工和易性，有時還摻入引氣劑，對路面交通開放時間較緊的工程通常采用較高的水泥用量。配合比的另一個特點是普通采用纖維增強技術(shù)。UTW中使用的纖維有很多種，如鋼纖維、聚丙烯纖維、聚烯烴纖維、尼龍纖維等，其中以聚丙烯纖維應用最廣。 3．3、接縫切割與處理 切縫必須在路面具有一張度但產(chǎn)生開裂之前進行，一般當路面可以上人時，即可開始切縫?？纤囼灺肥窃谑┕ず蟠蠹s6h就開始切縫。UTW的接縫寬度很小，只有幾毫米。切縫也不一定要填充，因為下層瀝青層起到了防水作用，這與填縫材料所起的作用一致。在圣路易斯機場項目中，為防止飛機燃料油浸蝕下層瀝青層，接縫處填塞了硅酮。 3．4 、養(yǎng)護 由于UTW厚度很薄，其表面與體積比較大，養(yǎng)護時要使用養(yǎng)護劑，且用量較通常情況多。圣路易斯機場項目就采用了比平時多兩倍的養(yǎng)護劑，達到0.41L/m2 4、美國UTW的研究工作 早在1991年的肯塔基試驗路上，就開展了一系列研究工作，這些工作包括：罩層施工前在舊路面上鉆芯取樣分析老路面狀況：測試攤鋪層前后的溫度；在路面上安裝使用應變儀測定澆注后72h路面混凝土的成熟度和脈沖速度等。隨后的研究還包括：估計路面基礎特性；通過荷載試驗測定應變以求得路面應力；建立路面結(jié)構(gòu)的力學模型；測定混凝土面層和舊瀝青基層之間的粘結(jié)力以及粘結(jié)面的耐久性和對路面性能的影響等。 在圣路易斯機場停機坪的項目中，在混凝土中安裝了儀器以監(jiān)測混凝土面層在不同濃度和位置的應力，通過比較現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)與模型分析結(jié)果證實UTW的復合作用。美國波特蘭水泥協(xié)會的一項研究的目的就是提出UTW的操作規(guī)程。 依阿華州的一項7.2km的項目包含64個試驗路段，這些路段厚度各不相同，其中包括5cm的UTW路段，接縫間距和瀝青表面準備情況亦各不相同，依阿華州立大學的研究者們將監(jiān)測路面5年，特別注意此期間粘結(jié)面的變化，這項研究的結(jié)果，可望提出UTW的設計方法。 美國UTW的研究，還包括鋪筑相互毗連在一起的摻不同纖維的路段，以研究不同纖維對UTW的影響。1994年南達科他州的一個UTW項目，就將聚烯烴纖維和鋼纖維作了比較：俄亥俄預拌混凝土協(xié)會也研究了鋼纖維、聚丙烯纖維和尼龍纖維的不同作用。但對纖維在UTW中的作用到底有多大等問題，還有待進一步研究。 研究結(jié)果表明UTW在大大降低成本的基礎上，具有全厚混凝土路面的高壽命和耐久性的特點。隨著研究的深入和經(jīng)驗的積累，UTW將得到越來越廣泛的應用。 |
| 原作者： 合肥工業(yè)大學 詹炳根 |
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