水泥混凝土路面病害处治及加铺沥青面层设计

水泥混凝土路面病害处治及加铺沥青面层设计

李海跃

身份证号码：430304198203262077

摘要：在车辆反复行驶的压力影响下，水泥混凝土路面频繁遭遇开裂、断裂、错位等问题，这些问题严重威胁着道路的通行安全和驾驶者的舒适体验，甚至可能引发重大的经济损失和不幸事故。针对这一路面顽疾，迫切需要采取有效措施进行及时修复，防止病害扩散。然而，部分技术工作者在选择治疗策略时，存在过度依赖先前类似工程图纸的倾向，这往往导致解决方案的针对性不足。对于常规的旧水泥路面翻新，即在其上铺设沥青层，是一项常见的改进策略。因此，深入探究水泥路面病害的处理方法及其与沥青层叠加应用的研究价值不容忽视。

关键词：水泥混凝土；路面病害；加铺；沥青面层设计

1水泥混凝土路面病害成因

1.1反射裂缝

尽管传统的沥青混凝土与新铺设的混凝土路面都被广泛采用，但它们都面临着反射性断裂问题，这并非偶然，而是源于两种主要的外界影响：交通负荷和温度变化。

首先，从温度力学的角度看，夏季的烈日和高温环境对混凝土路面产生了独特的挑战。当阳光直射，路面温度飙升，混凝土材料会经历显著的热胀冷缩循环。升温时，材料扩张，而降温时则收缩，这过程中产生的内部应力若超过路面材料的耐受极限，就可能导致裂纹的形成。

其次，车辆的动态作用同样不容忽视。无论是轻型还是重型车辆，特别是那些繁忙路段，每次轮胎与路面的接触都会带来额外的应力。这些应力在时间的累积下，容易引发裂纹的显现，而车辆行驶的振动还会加剧路面材料的形变，促使裂纹扩展。

两者共同作用的结果是，城市的混凝土路面在交通压力和温度波动的持续影响下，尤其是接缝和裂缝区域，开始显现出明显的裂痕。这些裂痕不仅限于初始位置，反而会延伸至下方的沥青层，形成所谓的“反射性裂缝”。同时，底层的裂缝不断加深，使得路面更容易受到污染物质的侵入和雨水渗透，从而加速了路面结构的整体劣化。

1.2变形类病害成因

当基层表面遭受水流侵蚀，细骨料丧失，导致水泥混凝土面板底部出现空隙，这将引发相邻面板在接缝的高低不平，也就是常说的错台问题。面板的下沉主要源于路基土壤过度变形，特别是在桥梁、涵洞等构筑物附近的施工区域，由于操作空间有限，路基土壤难以充分压实，因此在车辆荷载下容易发生沉降。另外，夏季高温环境下，水泥混凝土会因热膨胀产生翘曲应力，使面板两侧向上弯曲。

1.3接缝损坏类病害成因

混凝土路面接缝的损坏程度主要由密封材料的特性决定。当前，这类密封材料分为加热型和常温型，加热型包含了像沥青橡胶和沥青马蹄脂这样的品种，而常温型则有氯丁橡胶和乳化沥青橡胶等选择。然而，无论哪种类型，长时间暴露在自然环境中都不可避免地会发生老化，导致其性能降低。大量的工程经验显示，水泥混凝土的高脆性倾向导致容易开裂，粘附性差则可能造成材料脱落。此外，硬质异物掉入接缝会挤压损坏密封材料，甚至植物根系侵入面板缝隙也会对其产生破坏。一旦密封材料受损，雨水就能直接渗透到路面结构中，从而加速路面病害的发展。

2水泥混凝土路面病害处治及加铺沥青面层设计

2.1工程概况

某公路为城市主干道，全长3.15 km，由机动车道、非机动车道、人行道和绿化带组成，路面采用水泥混凝土路面。该公路修建的时间较早，在长期的服役中，路面出现一些病害。随着车流量的增大，使得病害程度更加严重，经现场调查发现，部分路段出现开裂、麻面等情况，并伴有断板和板块沉陷的现象，对车辆行驶的安全性造成不利影响。为有效解决这一问题，可对现有的水泥混凝土路面进行改造，在其上加铺沥青面层，改善路面的使用性能，确保交通通畅。

2.2接缝处理

路面接缝管理旨在提升道路耐久性，通过一系列细致的操作来修复并封闭缝隙，避免水分渗透。以下是实施策略的详细步骤：(1) 首先，进行全面的接缝评估，定位需要修复或填充的部位。在处理混凝土路面的收缩缝和膨胀缝时，遵循2.5:1的比例，沿着裂缝扩展，移除原有的混凝土板块。仔细检查接缝周边是否存在损伤，如有，则需彻底去除，并使用C30混凝土进行填充和复原。(2) 清理接缝区域，确保其洁净无杂物。若发现基层有积水，需清除受影响的土壤，随后用水泥稳定碎石填充空缺部分，使之与原高度一致。接着，再次用C30混凝土填充，力求恢复路面平整度。对于接缝两侧状况良好且宽度不超过2.5厘米的缝口，需先清理干净内部杂物和填充物，借助专业切缝机修整缝边。为强化处理效果，可借助空气压缩机进一步清除缝隙内的残留物，然后进行精确的填缝操作。(3) 在填缝环节，选择高质量的沥青膏作为填充材料，均匀地涂抹在缝隙内，确保其深入缝底，实现无缝隙且平整的状态，使填充后路面与原高度保持一致。(4) 最后，紧随填缝后进行压实，以增强新填充材料与原路面的黏附力，确保整体结构的稳固性。

2.3防反射裂缝设计

反射性裂缝的成因主要在于旧水泥路面在接缝或裂隙区域产生了显著位移，导致覆盖其上的沥青层内部结构受损，从而形成新的裂缝。在施工环节，管理者应深入理解这一现象，并运用专业技术和管理职责，制定有效的预防策略，以确保新铺设的沥青表面质量。首先，聚合物改性沥青混合料中的应力吸收层扮演关键角色，它具有低硬度和高弹性，通常厚度在10到50毫米之间，主要目的是减小旧混凝土路面与新型沥青材料间的粘连阻力，从而减轻温度变化引发的反射性裂缝。其次，土工合成材料如聚乙烯、聚丙烯和聚酯无纺布等，其原理与黏性沥青应力吸收层相似，通过适当使用，能显著降低反射裂缝的发生可能性，是当前广泛应用的防裂策略之一。相比之下，金属网格和玻璃网格虽然在抵抗温度影响下的应力和应变方面不如应力吸收层，但在抵御车辆荷载应力和应变上表现更佳。因此，施工人员在实际操作中，需结合工地特性、工程需求等因素，灵活选用合适的防裂措施，以最大限度地减少各种因素对旧混凝土路面和新铺设沥青层的不利影响，最终实现反射性裂缝的有效防治。

2.4旧路面与沥青加铺层的黏结强度控制

在实施旧水泥混凝土路面加盖沥青层的工程中，关键的一环是确保旧路面与新沥青层间的粘结力。首先，应对计划施加粘层油的路段实行交通管制，以维持路面的清洁，避免受到泥土和灰尘的污染。这一清洁工作通常借助强力吹风机等专业设备完成，清洁完毕后才可进行粘层油的喷洒。其次，粘层油的喷洒量应精确控制，既不能过多，否则会在路面上形成油膜，降低路面的剪切强度；也不能过少，以免粘接强度不足，影响后续施工的顺利进行。因此，施工人员必须严格掌握粘层油的用量，以保证其功能得以充分发挥。此外，施工期间，所有车辆的车轮应在作业前彻底清洗，以防止尘土和石块污染粘层油。在粘层油施工过程中，施工管理人员应规范工地管理，掌握施工进度，确保粘层油的正确使用，并与后续步骤紧密配合，从而最大限度地提高粘层油的效果，有效控制旧路面与沥青层间的强度。这就要求管理者精细调度人力和设备，做好每个施工阶段的准备工作，以保证各个工序的无缝对接，同时提升施工效率和整体工程质量。

2.5实际应用及分析

针对城市道路中混凝土路面的升级工程，通过马歇尔试验考察了新铺设的沥青混凝土表面层的质量指标，结果显示空隙率、饱和度、稳定度、流值及残留稳定度均符合预设标准，这证实了该改造策略对路面品质的显著提升。对于2.2章节中提及的I型、Ⅱ型和III型三种断裂模式的力学特性研究，着重于I型和Ⅱ型的特性分析，因为III型裂缝现象较为罕见。我们发现，断裂韧性的表现与试件厚度之间存在明确的关系：随着试件厚度的增加，断裂韧性呈现出快速下降的趋势，直至达到平面应变条件。I型裂缝表现出较高的断裂韧性，相比之下，Ⅱ型裂缝的韧性较低。随着厚度的递增，I型裂缝倾向于更容易形成，而Ⅱ型裂缝的发生频率则相对较低，这是由于增厚增加了I型裂缝扩展的空间和材料变形的可能。在实际操作中，虽然增加沥青层的厚度对提高抗裂性能的作用有限，但它能在一定程度上延缓I型反射裂缝的显现，但并未能有效阻止裂缝的产生。为了验证改进方法的实效性，我们在实施加铺后的路面上施加了负载，对比分析了路面在x和y方向的断裂扩展程度。断裂扩展率越高，意味着裂缝扩展的倾向越明显。通过这些数据，我们可以更深入地理解路面改造策略的实际效果。

结论

针对旧水泥混凝土路面的整治与沥青覆盖策略，应基于道路的实际运营状态，全面考虑交通特性、路面损坏状况及其成因。在整合路面修复实践经验与建设方对时间进度和投资控制的需求基础上，秉持“安全稳定、经济实用、施工便捷”的设计理念，需对比多种路面升级和损坏处理方案，详尽评估其利弊，并综合专业顾问和城市管理部门的观点，以优中选优的方式确定最终方案。

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