美國瀝青路面上的超薄水泥混凝土面層

    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，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經(jīng)濟發(fā)展。 

關鍵詞    瀝青路面  水泥混凝土  超薄面層  加鋪技術 

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。早在1918年就有過報道。80年代初，這項技術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，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的結構和性能特點 

2．1  結構特點 

    與通常的水泥混凝土面層相比，UTW主要有三個結構特點。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，形成一復合路面結構；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。這些結構上的特點，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構上近似于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構，因而使面層中和軸的位置降低，混凝土板中的應力大為減小；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。抗彎韌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的結構特點和材料特點，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在一起，形成一復合路面結構。 

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。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。肯塔基試驗路是在施工后大約6h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；建立路面結構的力學模型；測定混凝土面層和舊瀝青基層之間的粘結力以及粘結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面的變化，這項研究的結果，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。