剛柔復合路面分析論文

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1.概述

水泥混凝土路面加鋪瀝青面層形成了一種剛柔性的復合式路面結構，它不僅具有瀝青路面行車舒適和噪音小的特點，還具有水泥路面強度高、承載能力大和穩定性好的特點。剛柔復合式路面主要問題集中在兩個方面：一是剛柔性界面的處理技術。包括：(1)界面處理材料的選擇；(2)水泥混凝土板的處理；(3)界面處治的施工工藝；二是反射裂縫的防治問題。舊水泥路面原有的接縫及在使用過程中產生的裂縫很容易反射到瀝青面層。

2.剛柔復合式路面的特點

2.1結構組成特點。

剛柔復合式路面絕大部分都是在水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層之后形成的，其特點是路面整體剛度大，穩定性好，行駛舒適性好。路面結構組成為：基層+水泥混凝土板+界面層+瀝青面層。瀝青加鋪層厚度較大時，通常分兩層攤鋪，層間灑乳化瀝青粘層油以加強粘結，兩層混合料的級配可以相同也可以不同。界面層的材料通常采用的是改性瀝青，厚度只有幾個毫米，主要起到粘結和防水作用。界面層材料模量小，具有高粘度，彈性恢復性能好，能夠很好的吸收水泥混凝土板由于形變而產生的應力，能夠有效的抑制反射裂縫的傳播。

剛柔性路面最大的特點是組成面層結構的材料的模量不一樣，剛度相差很大。水泥混凝土板具有強度高、剛度大、溫度敏感性小，材料模量相對比較穩定，屬脆性材料。瀝青面層材料模量小，溫度敏感性大，材料模量隨溫度變化，呈現明顯的黏-彈-塑性。正是由于材料模量的差異較大，從而導致剛柔性路面在車輛荷載及溫度應力作用下，呈現明顯的變形不協調性。因此，較一般瀝青路面而言，剛柔性瀝青路面更容易出現車轍和開裂。

2.2力學行為特點。

路面結構的組成和各組成材料的力學性質決定了路面的力學行為特點。剛柔性路面的面層材料由剛性的水泥混凝土板和柔性的瀝青混合料組成，其受力呈現以下幾個方面的特點：(1)當面層瀝青混合料厚度較小時，路面呈現出剛性路面特點，水泥混凝土板承受較大的豎向應力和水平應力。此時的瀝青面層主要是起到改善路面行駛的舒適性，減小行駛噪音等功能性作用。(2)當瀝青面層較厚時，此時瀝青面層具有明顯的抗剪效應，也就是說，瀝青面層承受了主要的水平應力。同時，對豎向應力也起到了很好的擴散作用。(3)在剛柔性路面結構中，無論面層瀝青混合料厚度如何，剛柔性界面層所受到的剪應力都是不能忽視的。另一方面，由于界面層處在剛柔過度的特殊位置，存在許多的不利的受力環境。例如，在水泥混凝土板的接縫處會出現剪應力集中；由于板面存在尖角，也容易出現應力集中現象。界面層局部應力集中加速了界面層的破壞。(4)除厚度外，面層混合料模量對結構的受力也有較大影響。瀝青混合料的級配、瀝青的勁度等直接影響其擴散荷載的能力。

3.剛柔復合式路面損壞模式及原因分析

3.1損壞模式。

大量的工程實踐表明，剛柔性路面的損壞形式主要有以下三種：(1)開裂；(2)車轍；(3)水損壞。剛柔性路面的開裂主要是反射裂縫，通常出現在舊水泥混凝土路面的接縫處。通過對裂縫處鉆芯取樣，可明顯看到反射裂縫由下向上發展的痕跡。剛柔性路面的車轍同一般的柔性基層或半剛性基層瀝青路面有所不同，剛柔性路面的車轍僅發生在瀝青面層，其下部的水泥混凝土板是不會發生永久性的變形。由于材料模量差異較大，瀝青面層又較薄，容易出現推移和瀝青面層剝離等現象。剛柔性路面的水損壞主要表現為表面瀝青面層的松散、坑槽，嚴重時可產生唧泥。

3.2損壞原因。

首先，從設計方面來看，沒有對剛柔復合式路面的實際受力情況進行深入細致的分析，沒有建立合理有效的剛柔復合式路面的力學分析模型，導致設計出來的瀝青面層厚度不合理。剛柔界面的處理也缺乏相關理論作為指導，界面處理方式簡單粗糙，防水粘結材料的選擇不嚴格，導致界面層無法起到應有的作用，嚴重影響了剛柔性路面的使用壽命。此外，對加鋪層瀝青混合料的組成設計方面也缺乏研究，常采用與普通瀝青路面相同的礦料級配和相同品質的瀝青，沒有從剛柔性路面的實際使用狀況出發考慮瀝青面層材料的設計問題。其次，在材料方面，目前還有待開發高性能的改性瀝青和其它品種的材料，使其能夠更好的適應剛柔界面極其苛刻的受力環境。對于面層瀝青混合料而言，由于其厚度一般較小，通常只有普通瀝青路面面層厚度的三分之一，因此，對其抗疲勞開裂性能，耐久性等要求就更高。因此，重點研究用于剛柔性路面界面層和面層的混合料材料具有重要的實用價值。

4.反射裂縫的形成機理及防治措施

反射裂縫是由于舊面層接縫或裂縫附近的位移引起接縫或裂縫上方瀝青加鋪層內出現應力集中造成的?？梢赃@么說，反射裂縫是一種“繼生裂縫”，它是在原有裂縫的作用及影響下形成和發展的。舊水泥混凝土板在接縫處的位移包括由溫度變化引起的水平方向的伸縮位移和由荷載作用下產生的豎向剪切位移。由于瀝青層與板之間的粘結作用，導致瀝青層內出現豎向剪切應力和水平向的拉應力。當此應力超過瀝青混合料的抗拉強度，瀝青層就會開裂。由于各地區的溫度狀況不同，各路段的交通條件和路面結構狀況也不同，反射裂縫可能主要由于溫度作用產生，也可能主要由于荷載作用產生，或者由二者共同作用產生。

對于反射裂縫的防治，主要有以下幾種：(1)鋸切橫縫，在加鋪的瀝青層上鋸切新的橫縫，從而釋放瀝青層內過大的拉應力。(2)加鋪厚的瀝青層，雖然厚的瀝青層對于延緩反射裂縫的發展能起到一定的作用，但是從經濟上考慮是不可取的，且過厚的瀝青層會帶來其他的問題，如車轍可能會因此變得嚴重。(3)將水泥混凝土板碎石化。將板徹底破碎到規定尺寸范圍，形成柔性基層，然后再加鋪瀝青面層，事實證明這樣做能很好的控制反射裂縫問題，因為它避免了瀝青層中可能出現的應力集中現象。但是，這樣處理對環境影響較大，且破碎過程中對原有路基的強度和穩定性會造成很大的傷害，同時，有學者認為，這樣做是一種很浪費的行為，因為，它沒有充分利用原有路面的強度，而是毀壞了這種強度。(4)加鋪夾層。通過對剛柔性界面的處理，設計厚度幾毫米的夾層，能夠有效的控制反射裂縫的傳播。目前，這種辦法被認為是最有效也是最經濟的解決剛柔性路面反射裂縫的辦法。

5.車轍和推移的形成機理及防治措施

車轍和推移是發生在瀝青面層的永久性變形。車轍表現為在輪跡處瀝青層的凹陷，產生這種變形主要有幾種可能。一是由于面層瀝青混合料壓實度不夠，導致后期在車輛荷載的作用下，混合料被進一步壓密所致，由此產生的車轍也叫“再壓密型”車轍。還有就是由于瀝青混合料的高溫穩定性不足，導致在高溫季節，在車輛荷載的作用下，瀝青混合料出現側向的剪切流動，形成車轍。除此之外，還有可能是由于面層混合料被磨耗而形成的車轍。推移主要是由于瀝青混合料的高溫穩定性不足，在車輛荷載水平力的作用下，發生推移。對于剛柔性路面而言，由于面層瀝青混合料的厚度一般較小，且多數采用的是高粘度的改性瀝青，瀝青混合料的高溫穩定性較好。因次，剛柔復合式路面的車轍并不是十分突出的問題。推移現象倒是常見，這主要是由于剛柔界面的抗剪及粘結強度不夠所致。由于，水泥混凝土板剛度大，瀝青層模量小且厚度薄，在車輛荷載水平力的作用很容易出現界面層的剝離，從而導致面層出現推移和擁包現象。

對于剛柔性路面出現的車轍和推移病害，主要的處治措施是兩個方面，一方面提高瀝青面層混合料的高溫穩定性和強度，采用高性能的改性瀝青作為粘結料。另一方面，重點加強剛柔界面的粘結處理，提高其抗剪強度和粘結強度。使瀝青層與水泥混凝土板更好的粘結在一起，提高整體受力性能。

6.水損壞的發生與防治

水損壞是一個帶有普遍性的話題，在此不做詳細分析。剛柔性路面的水損壞的發生主要還是由于面層瀝青混合料的設計空隙率不合理所致。筆者認為，由于剛柔性路面的瀝青面層較普通瀝青路面的面層厚度要小，通常只有4cm-8cm。因此，水更容易從混合料空隙滲入。因此，建議用于水泥路面加鋪層的瀝青混合料設計空隙率要么小，直接做成不透水性瀝青混凝土，或者干脆做大，直接做成透水性瀝青面層，但是，修筑透水性路面必須做好剛柔界面的防水及排水措施，對此可參照透水路面的設計方法。此外，加強剛柔界面的粘結與防水處理，對于提高剛柔性路面的抗水損壞能力也是大有幫助的。對于面層瀝青混合料的設計，應該考慮集料瀝青的黏附性，盡量減小發生水損壞的可能性。

【摘要】剛柔復合式路面通常指的是水泥混凝土路面加鋪瀝青面層后形成的復合式路面，廣義上講，凡是面層結構材料的模量相差特別大，明顯呈現“一剛一柔”相結合的特點的路面都可以稱為剛柔性路面。由于材料差異較大，剛柔性路面有著許多不同于一般路面結構的行為特點，本文將對剛柔復合式路面結構的特點進行全面深入的分析。

【關鍵詞】剛柔復合路面；界面層；抗剪強度；拉拔試驗；剪切試驗