简析旧水泥混凝土路面加铺沥青面层的力学性能

摘要：由于长时间的环境风化及车辆碾压导致的荷载，使得许多上世纪末修建的水泥混凝土路面都损坏严重。而现在社会上使用的最多的措施大都是在原先的水泥混凝土路段再盖一层沥青混合料。虽然这种方法维修时间短，并且可以加长就水泥混凝土的使用年限，但目前也存在一定的问题，例如加盖之后新旧路面的材料许多性能方面有较大的不同，同时现在的铺盖形式都较不成熟，与一般的沥青路面会有许多的差异，这些使得部分路面在维修后短时间内又出现了不同程度的问题。

关键词:沥青面层;旧水泥混凝土路面;路面结构；力学性能

中图分类号： U416.216 文献标识码： A 文章编号：

通常我们将面层大都为水泥土做的路面称为水泥混凝土路面(PCCPavement)，简称混凝土路面，也有的称刚性路面，在日常生活中许多都叫它为白色路面，是高级公路的经常采用的路段结构当作的一种形式。其中包括最简单普通混凝土、钢筋混凝土，和较为复杂的连续配筋混凝土和预应力混凝，以及采用基(垫)层思想的装配式混凝土、钢纤维混凝土等面层板，当然就目前的市场来看使用最多的还是普通的混凝土路面。

一、国内外研究方法

1、国外的研究设计方法

ARE法: 这是由AustinResearchEngineerS在美国创造出的静力平衡的分析方法。其主要思路为，旧水泥混凝土板会因为温度加之车辆数量的混合作用在连接的地方产生一种互为垂直的相对位：方向会与水平载重发生相对的错落，继而使得层与层存在排斥的拉应力和剪应力。所以设计的方向主要为如何处理力与力之间的关系，而其设计的参数则有有关水泥混凝土板的几何参数，也包括微机处理的动态模量，还有跟热量相关的一些资料、热蠕变模量，和膨胀的相关系数

Al法创:此就是由经验总结出来的通用方法,表示旧水泥混凝土路面产生的纵向沉差是由于过多的荷载而导致的，它的主要方法是防止这种变形并忽略掉温度的作用。而它与其它方法最大的不同就是可以尝试不同的措施来处理路面。

AASHTO法:此设计思路是通过实践总结出来的一种可行性的方法，其实用性已经被全世界所承认，它是采用等效结构数的通路从而来确定沥青铺盖的厚度。其中包括先研究、在实面处理的现实措施，也包括防裂缝思路以及具体厚度计算想法

Berteley分校的设计方法：加州大学的Monismith和Cotezee研究出，通过二维中的有限元的虚拟模型处理，把影想拉应力的各方便参数如应变、应力吸收层等进行对比，计算出最合适的铺盖层沥青面厚度。这种方法面向广，而重要的参数包括几何结构尺寸，还有荷载的类型，甚至设计的荷载次数也在其中，有的还有材料弹性的参数等因素。

2、国内的研究设计方法

上世纪的80年代末,中国许多大学相继研究了沥青加盖层的问题。首先由同济大学开展的计算研究，而后东南、长安等大学进行了相应的数据处理，研究的理论知识涵盖与弹性相关的层状体系理论和地基板理论，以及有限元等相关知识。

半解析法:这种方法是由倪明丁通过二维计算的模型并假设沥青路面的各种层次都为线性弹性的，而其水平的位移是不间断的，也不考虑自重的作用，并规定其远端的水平位移为0，和其土基的位移也为0.也采用此分析了应力与应变的关系。这种设计强调了荷载与温度的影响。。

三维等参元法:使用较为先进的八节点三维等参元单元的方法对应力等因素进行数据处理和分析。借用并综合古德曼的猜想，得出结论温度对层与层的连接状态有很大的作用,但也否定了在行车荷载的条件下连接状况对应力的作用。沥青的加盖层相对来说对全体效果也几乎没什么作用，一定的厚度可以是荷载向四周分散，也可以抵消一部分温度的影响。最后也表示，若是使用的采用二维结构模型那么结果将极其不准确，从而导致效果失真，而若增添行车荷载的分力则可以减少裂缝。

三维有限元法: 此种方法有曹东伟提出，并大胆假设在理想状态下的情况，把所有材料都认为是弹性的，并采用了数据处理的方法，得出反射裂缝的重要因素为剪切破坏（行车荷载导致），他采用三维有限元得出可让剪应力来决定的设计方法。

所有国内外的实践研究显明:国外是主要以经验为主，看重设计参数，但有些评价指标不够有说服力，比较局限。而国内主要以理论为基础，看重数值分析，但考虑的方面十分狭隘，也存在评价指标的问题。

路面结构力学性能指标分析

1、荷载破坏路面的力学相关结构形式

由各种实验得出，在荷载持续不断的变大时，路面的底层的拉应力则以更迅速的趋势变大，并变大得越快，拉应力增加的也更快，甚至最上限从190N至350N增到8.73KN到10.1KN,下线也在100N到180N扩大到2.13至10KN,这样看来沥青里面底层就整整变大了14倍左右的拉应力。因此，我们得出荷载过大对沥青路面具有强大的破坏力，在日常生活中，禁止超载应该能确实的执行。

2、沥青面底层的相应厚度作用路面的力学相关结构形式。

当我们路面表层的沥青在增加时，沥青面底层就在相应的减小拉应力。并且测试得出：在5cm到14cm时，速度下降的比较快速，极限在5cm至10cm时，最大的下降速度可达到8.53kN\cm；但在15cm至28cm下降的速度就明显的减小了，极限在26cm至31cm ,那时速度接近于0.16kn\cm。如此也可以看出拉应力下降了12.8之多，这种蝴蝶效应带来的效果是非常值得考虑的，所以通常我们的一般沥青面都把厚度标准定在15厘米以上，使之减小路面地面的拉应力。

3.沥青面底层的模量作用力学相关的结构性能

有定理得出，底层的拉应力的变化同样与之模量的变大有着直接的关系。譬如从600兆帕到1300兆帕，上升在这个阶段与其他对比是非常迟缓的，在此的最小量仅仅只0.75甘a/IOOMPa，而在上升快的区间1600兆帕3200兆帕内，却可以达到到6.36kPa/100MPa的最大速度，这个改变使得相应的拉应力增加到了快18倍，得出这样的结果，我们可以看出模量这个方面对拉应力的作用也是一个不可忽略的大方向，而通常为保证沥青路面使用长久我们就一般把模量规定在1800兆帕以下，从而合格。

4.应力的吸收层的厚度作用路面相应的力学性能。

应力吸收层是作用是与拉应力呈现相反影响的，并且趋势是开始很快然后再逐渐减缓，在0cm到1cm下降的速度是最迅速的，顶峰为47.63千帕，在这之后，一直到5厘米左右下降的速度又变为最缓的了只有8.72千帕左右的速度，这个方面的作用又足足达到13倍多，由此可以看出，相对的作效是十分大的，同以上所有方面一样，都是不可缺少的关键所在。在实际运用中，考虑到其影响，一般的应力吸收层都是2厘米以上的厚度。

三、总结

从理论上来说，沥青混合料是一种对温度十分灵敏的材料，温度对此材料的作用十分明显,而在目前的研究中，温度对其具体的影响还有待进一步的探究，所以这将是未来社会中的一个重要也有潜力的项目。

参考文献

[1]穆红旗;银河二路沥青混凝土加铺层病害成因分析与处理措施[J];安徽建筑;2011年04期

[2]杨庆华;旧沥青路面评价与处治技术研究[J];辽宁科技学院学报;2010年03期

[3]宁金成;肖裕民;混凝土路面加铺层界面端奇异场分析和加铺层材料比选[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2011年01期

[4]王朝辉;王选仓;陈希梅;夹层层位对沥青混凝土路面加铺层的抗开裂性能影响[J];公路;2009年04期