水泥混凝土水泥混凝土路面路面道路改造技术

由于使用年限及交通量的急剧增加，近年来水泥混凝土路面破损情况日益增加，各地大量采用在原水泥混凝土面层上加铺沥青混凝土面层进行综合改造。该方法可以分幅、分段封闭施工，面层摊铺后即可开放交通，能最大限度地减少施工对交通的干扰，同时摊铺的柔性路面可以大大提高行车的舒适性。但由于是在刚性面层上加铺柔性路面，如果处理不当就会在通车后发生反射裂缝。现结合三峡专用公路路面改造工程，从设计和施工的角度，谈谈如何确保道路“白加黑”工程质量。
一、工程概况
三峡专用公路为全封闭、全立交、双向四车道的山岭区准一级汽车专用公路，水泥混凝土路面，设计行车速度60km／h。整体式路基宽1 9.0 m，分离式路基宽1 0.0m，平曲线最小半径为125m，最大纵坡6％，设计荷载：汽车一36级(三峡工程特种荷载标准)。路面采用40号水泥混凝土面层，水泥混凝土的抗折强度5mpa，抗折弹性模量3.1 x 10m4mpa。
该路的建成通车对三峡工程建设发挥了重要作用，是一条具有政治、经济、文化意义的重要公路。随着三峡工程的建设和旅游需求，该路交通量逐年增大，加之超载、重载车辆增多，水泥混凝土路面局部出现了坑槽、裂缝、断板、错台、唧泥等病害：桥涵也部分出现伸缩缝破损、桥头跳车、梁底及腹板裂缝等病害；隧道部分出现砼施工缝、麻面区及各种裂缝处渗水现象。
二、路面改造结构层设计方案
1、表面层路基段落采用5cm厚sma-16，特大桥面为减轻荷载，采用2cm厚novachip超薄磨耗层，隧道路面为增强抗滑、降噪、排水、防火阻燃功能，采用5cm厚ogfc开级配排水式沥青磨耗层。
2、中面层采用6cm厚ac-20。密实嵌锁型沥青混凝土ac-20可适应大交通量，同时防止雨水下渗。在长大纵坡段，为了提高抗车辙性能，在中面层中另外掺加7‰的apreimat沥青路面增强材料。
3、防水防裂层。为防止反射裂缝的发生，在路基段落采用2.5cm 厚strata防水防裂应力吸收层，在桥梁和隧道段采用1cm厚sami橡胶应力吸收层。
4、调平层。一般路段不设置单独的调平层，路面沉降较大的段落，纵坡抬高不大时采用3cm厚ac-10, 纵坡抬高较大时采用8～10cm厚ac-25。
三、施工质量控制重点
施工质量控制的重点是要确保旧路处治合格，防止反射裂缝的发生，沥青各面层的厚度、压实度、平整度符合设计及规范要求，各项材料符合设计及规范标准，重点从以下几个方面进行控制：
（一）施工机械
沥青混凝土采用机械化施工，除了高素质的技术、管理人员和作业队伍以外，优良的喷洒、拌和、摊铺、碾压设备也是质量成败的关键，因此施工必须具备以下设备：1套3000型以上的间歇式拌和机（带二级除尘和计算机传感打印设备，并具有添加纤维等外掺剂的设备）、2台进口自动找平摊铺机、3～4台12t以上进口双钢轮压路机、2～3台25t以上胶轮压路机、1台手扶式震动压路机、1台稀浆封层撒布机（稀浆封层专用设备）、1台novapaver摊铺机（novachip专用设备）、1台沥青洒布车和1台集料撒布机（sami施工设备）、1台路面铣刨机等。
（二）材料控制
加铺沥青面层涉及的材料有：沥青类sbs改性沥青、高粘度改性沥青、novabond改性沥青、novabinder改性沥青、改性乳化沥青、strata沥青、sami沥青、70号a级道路石油沥青、刚性防水剂dps、表层防水抗油剂；外掺剂类sma掺聚酯纤维、apreimat沥青路面增强材料、ogfc掺阻燃矿物纤维、水泥砼掺早强剂；集料类有碎石（辉绿岩、石灰岩）、机制砂、矿粉、水泥；卷材类有抗裂贴、玻纤格栅。上述所有材料品牌及性能指标必须符合合同要求，并经检测合格后才能使用。
（三）沥青混合料配合比
必须严格按三阶段进行配合比设计，即目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三阶段，配合比设计中要高度重视空隙率和抗车辙指标。经三阶段确定的标准配合比在施工过程中不得随意变动，每班铺筑时现场取样进行抽提试验检验。
（四）弯沉检测和原路面板的综合处治
对原路面板应逐板进行调查和5点弯沉检测，这是确保对原路面板进行处理的关键依据，而原路面板的处理好坏直接影响最终的路面使用性能。因此应严格按照设计标准进行路面板换板、压浆、角隅断裂处理、坑洞修补、清缝灌缝、抗裂贴和玻纤格栅的铺筑。
四、路面特殊结构层的施工特点
除了密级配沥青混合料（ac）和沥青马蹄脂碎石混合料（sma）外，novachip超薄磨耗层、sami橡胶应力吸收层、strata防水防裂应力吸收层、ogfc开级配排水式沥青磨耗层、apreimat沥青路面增强材料的使用在一般工程中应用不多，其施工特点如下：
（一）novachip超薄磨耗层
novachip超薄磨耗层是将novabinder(间断级配改性热沥青)混合料摊铺在一层novabond膜(聚合物改性乳化沥青粘层)上，使用专用设备novapaver进行施工，novabond喷洒与novabinder改性热沥青混合料摊铺同时进行,经压路机压实以后一次成型。
novachip施工方便迅速，混合料拌和、摊铺与普通沥青混合料基本一样，碾压更容易，但是也要注意以下几个关键环节：
1、材料的选择很关键：京珠高速公路采用壳牌针对novachip系统专门研制的novabind专用改性沥青和novabond专用改性乳化沥青取得了很好的效果。粗集料必须满足洛杉矶磨耗值的要求。
2、novachip拌和生产：正式施工前需对拌和机的计量系统进行校准，保证计量的准确。施工各阶段控制温度如下表，有效拌和时间30s～45s。
施工阶段 石料加热温度 沥青加热温度 拌和温度 摊铺温度
温度℃ 180～190 165～175 170～180 160～170
4、novachip摊铺：采用专用的novapaver进行摊铺，采用20m/min左右的摊铺速度进行一次性完成novabond的喷洒和novachip混合料的摊铺，喷洒和混合料的摊铺的间隔时间不大于5s。
5、novachip碾压：novachip碾压的目的不是保证压实度，而是实现嵌挤稳定的状态，采用12t的双钢轮压路机紧跟着novapaver进行静压，不得采用振动和轮胎压路机，压实次数不少于三次，以保证novachip混合料达到嵌挤稳定。
（二） sami橡胶应力吸收层
橡胶沥青sami应力吸收层采用碎石封层模式，先用橡胶沥青洒布车洒布橡胶沥青，然后紧跟着用碎石撒布机撒布单一粒级的碎石，随后用胶轮压路机进行碾压，最后清扫多余的、没有粘接的碎石，形成橡胶应力吸收层。sami的施工质量控制的特点为：
1、碎石应洁净、干燥、无灰尘。为更好的保证施工效果，碎石需要预加热和预裹附以增加碎石与沥青的裹附性。
2、喷洒橡胶沥青后，为确保碎石与沥青粘结紧密，应趁热立即满铺碎石(最好在3 min内)；碎石撒铺量为15kg/ m2左右，根据试铺情况确定，以满铺、不散失为度；对于局部碎石撒铺量不足的地方，应人工补足。

3、碎石撒铺后应立即采用胶轮压路机进行压实，采用2台25t胶轮压路机紧跟碎石撒布车同时进行碾压，碾压遍数为3遍。沥青洒布到碾压完成，时间不超过20min，碾压温度不低于40℃。
（三）strata防水防裂应力吸收层
strata防水防裂应力吸收层是一种高弹性、不渗透的高等级聚合物改性沥青混合料，具有很高的抵抗疲劳裂缝和抗塑性变形能力，其质量控制的特点为：
1、沥青材料的选择：武黄和汉宜高速公路采用美国科氏沥青材料公司提供的strata专用聚合物改性沥青，取得了很好的效果。
2、拌和生产：正式施工前需对拌和机的计量系统进行校准，保证计量的准确。施工各阶段温度控制如下表，有效拌和时间45s～60s。
施工阶段 石料加热温度 沥青加热温度 拌和温度 摊铺温度
温度℃ 180～190 165～175 170～180 160～170
3、碾压：至少需要2台大于10t—16t的钢轮压路机，1台8t—10t钢轮压路机；压路机必须紧跟摊铺机碾压，采用静压法碾压，不可振动，也不能使用胶轮压路机；strata应力吸收层混合料经碾压后可能会出现汽泡，只需刺破汽泡或采用压路机碾压去除即可，不影响性能；压实密度为最大理论密度的96±1%。
4、施工后尽快在反射裂缝吸收层上铺筑面层。
（四）ogfc开级配排水式沥青磨耗层
ogfc开级配沥青磨耗层路面，是吸收了开级配沥青混合料和沥青玛蹄脂碎石混合料(sma)性能的优点，在密实不透水的封闭层上，将ogfc混合料经摊铺和碾压后形成空隙率为18％一22％的表面磨耗层，具有空隙大、排水快、噪声低、抗滑好四大特点。
1、选择优质石料和高粘度改性沥青是ogfc成功的前提。为保证耐久性，其下必须采用高粘度的改性乳化沥青做粘层，提高ogfc与下承层的粘结力。
2、优良的配合比设计是ogfc路用性能的保证。ogfc路面配合比设计以孔隙率为主要控制指标，最佳油石比的确定方法与普通沥青混合料存在明显差异，配合比设计后必须对设计沥青用量进行析漏试验和肯特堡试验。
3、加强拌和控制是提高ogfc混合料性能的关键。高粘度改性沥青和添加剂的使用使得拌和时间成倍的延长，拌和温度比普通沥青混凝土提高。但是干拌时间的延长导致骨料棱角性严重下降，这一点对0gfc路面的路用性能是非常不利的。因而不能过分延长拌和时间，可通过降低拌缸充盈率使拌和均匀充分。
阶段 高粘度沥青加热 矿料加热 混合料出场 混合料废弃 摊铺 初压 复压 终压
温度℃ ≤175 190～220 170～185 ≥190 ≥160 ≥150 ≥130 ≥90
4、合理的碾压设备组合和碾压温度是0gfc孔隙率、压实度的保证。宜采用小于12 t的钢筒式压路机碾压。
５、改进营运期内路面养护是保持ogfc排水抗滑性能的重要途径。ogfc路面使用中会因尘土、散落料、轮胎粉尘等污染物进入路面孔隙，导致连通孔隙率减小，影响排水效果甚至失去排水性能，为此需要加大养护力度。
（五）apreimat沥青路面增强材料的使用
为进一步增强沥青路面的抗车辙能力，本工程在长大纵坡路段ac-20中面层掺apreimat沥青路面增强材料，该材料的掺入能使普通沥青混凝土路面的抗车辙能力提高近10倍。
添加apreimat沥青路面增强材料的施工与普通沥青混凝土的区别在于：拌缸投入石料后，立即加入apreimat沥青路面增强材料，与石料一起干拌5s左右，湿拌时间比普通沥青混合料延长5～10s左右。其他工艺与不添加apreimat沥青路面增强材料的普通沥青混凝土相同。
（六）sma沥青马蹄脂碎石混合料
sma是一种以沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多的填料组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配粗集料骨架间隙中组成一体所形成的沥青混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力，间断级配在表面形成大孔隙，构造深度大、抗滑性能、耐老化性能和耐久性好，非常适合山区公路纵坡大，线性指标较低的特点，其质量控制的特点如下：
1、材料控制：粗集料采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的辉绿岩碎石，必须采用反击式破碎机轧制，具有良好的棱角面，磨光值、破碎面必须检测符合规范要求。细集料采用机制砂，不得采用石屑和天然砂，机制砂当量和亚甲蓝试验必须符合规范要求。
2、配合比设计：严格按三阶段进行配合比设计，经过反复的对比、试验，综合考虑各项关键技术指标后才能确定，试验项目严格按照设计文件和规范要求进行（必须进行析漏试验和肯特堡试验）。
3、试验段铺筑：正式摊铺前必须先铺筑试验段，通过现场检测和取样抽检，对配合比、施工设备配置、工艺参数等进行验证，各项指标满足要求后才能进行正式铺筑。
４、施工温度控制：由于采用改性沥青和掺加纤维材料，保证较高的合理施工温度成了施工质量控制的关键环节。温度过低时，混合料难以拌和均匀，摊铺无法平整，碾压不可能达到要求压实度；温度过高则会导致沥青温度结合的老化、衰变。施工各阶段温度控制如下表，禁止在气温低于15℃时摊铺改性沥青sma混合料。
施工阶段 沥青温度 集料加热温度 混合料出厂温度 摊铺温度 终压温度
温度℃ 165～170，超过175℃予以废除 190～195 175～185，超过190℃予以废除 不低于160 不低于90
6、碾压设备及工艺：sma只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不产生推拥。碾压宜用钢轮振动压路机碾压，应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行，混合料摊铺后必须紧跟着在尽可能高温状况下开始碾压，不得等候。
五、结论
本文只是列举了主要的设计和施工控制要点，要防止反射裂缝的发生，除了科学的设计方案，还需全面细致的旧路病害调查，和严格的施工质量控制，三者缺一不可。只有通过精细的管理、科学的工艺、严格的检测、优良的设备方可有力保证最终的施工成果。