DZFH新型道路抗裂貼防反射裂縫性能研究

李汝凱，劉秘強(qiáng)，周剛，，王火明，，張振濤

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067；2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；3.國(guó)家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南 昆明 650216)

DZFH新型道路抗裂貼防反射裂縫性能研究

李汝凱1，劉秘強(qiáng)2，周剛1，2，王火明1，2，張振濤3

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067；2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；3.國(guó)家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南 昆明 650216)

為了給實(shí)體工程推薦較優(yōu)的防反技術(shù)，針對(duì)重載條件下復(fù)合式路面的反射裂縫問(wèn)題，選取MTS疲勞加載試驗(yàn)和滾動(dòng)荷載疲勞加載試驗(yàn)，對(duì)DZFH新型道路抗裂貼防治復(fù)合式路面反射裂縫的性能進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：在重載交通條件下，DZFH新型道路抗裂貼防治復(fù)合式路面反射裂縫性能良好，在防止反射裂縫產(chǎn)生和延緩反射裂縫擴(kuò)展階段的防反效果明顯優(yōu)于玻纖格柵和聚酯玻纖布；且道路抗裂貼自身抗拉強(qiáng)度越大，其防反性能越好。建議在復(fù)合式路面實(shí)體工程中選用抗拉強(qiáng)度較高的道路抗裂貼，不僅能提升路面防治反射裂縫的性能，還能做到常溫施工。

道路工程；DZFH新型道路抗裂貼；疲勞加載試驗(yàn)；防反性能

0引言

近年來(lái)，隨著交通量的增大和汽車(chē)軸載量的增加，復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)逐漸興起。復(fù)合式路面綜合路用性能較好，面層采用瀝青混合料鋪筑而成，具有行車(chē)舒適、維修養(yǎng)護(hù)便捷、路面美觀等特點(diǎn)；基層采用水泥混凝土鋪筑而成，剛度大、變形小，具有很強(qiáng)的荷載承載能力。但由于復(fù)合式路面基層和面層剛度差別過(guò)大，在路面使用過(guò)程中容易產(chǎn)生反射裂縫，此時(shí)水會(huì)沿著裂縫進(jìn)入基層或底基層，進(jìn)而產(chǎn)生坑槽、脫空、斷板等其他損害，嚴(yán)重影響了路面的使用壽命。相關(guān)研究表明，雖然復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)的反射裂縫不可避免，但可通過(guò)加鋪防裂材料來(lái)防止和延緩反射裂縫，從而提高復(fù)合式路面的周期使用壽命[1-8]。

針對(duì)路面防反材料，國(guó)內(nèi)研究者做了大量的試驗(yàn)研究。凌天清等[9]采用車(chē)轍試驗(yàn)儀研究了土工格柵、玻纖格柵、聚酯玻纖布、FHGS材料對(duì)路面反射裂縫的作用效果，得出FHGS和玻纖格柵材料的防裂性能基本相當(dāng)，防反效果較好，明顯優(yōu)于其它兩種材料；鄭大為等[10]采用有限元數(shù)值模擬方法，運(yùn)用ANSYS有限元軟件，對(duì)比了加鋪土工合成材料和無(wú)土工合成材料下不同瀝青加鋪層厚度的瀝青層層底應(yīng)力、彎沉值和強(qiáng)度因子的變化曲線，得出加鋪土工合成材料可減小瀝青層的層底應(yīng)力和彎沉值，能起到防治路面反射裂縫的作用；張海偉等[11]采用動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)方法，以承載次數(shù)和提升系數(shù)為性能指標(biāo)，研究了土工布夾層對(duì)防治反射裂縫性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，土工布夾層可使復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)抗反射裂縫的能力得到提升，可改變復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)對(duì)荷載和溫度的敏感性；周剛等[12]采用MTS疲勞加載試驗(yàn)和滾動(dòng)加載疲勞試驗(yàn)，研究了經(jīng)編復(fù)合聚酯防裂布防治復(fù)合式路面反射裂縫的作用效果，得出經(jīng)編復(fù)合聚酯防裂布的防反性能明顯優(yōu)于玻纖格柵和聚酯玻纖布；倪富健[13]采用MTS材料試驗(yàn)機(jī)研究了聚酯玻纖布防治路面反射裂縫的性能，得出與不加鋪防裂材料或加鋪玻纖格柵相比，加鋪聚酯玻纖布的試件的防反性能得到大幅提升。

鑒于此，筆者優(yōu)選了一種新型的復(fù)合型防裂材料——DZFH型道路抗裂貼，研究其防治復(fù)合式路面反射裂縫的性能。DZFH型道路抗裂貼是由“上層防裂布+中間胎體+下層自黏覆蓋材料”組合而成，上層防裂布和中間胎體都有一定的防反作用；下層為自黏材料，與水泥混凝土基層黏結(jié)良好，可做到常溫施工。筆者將模擬復(fù)合式路面實(shí)體工程，通過(guò)MTS疲勞加載試驗(yàn)和滾動(dòng)荷載疲勞加載試驗(yàn)，研究DZFH型道路抗裂貼的防反性能。MTS疲勞加載試驗(yàn)可分別模擬材料在彎拉作用和剪切作用下防治路面反射裂縫的性能，滾動(dòng)荷載疲勞試驗(yàn)則是模擬材料在彎拉和剪切綜合作用下防治路面反射裂縫的性能。為了增強(qiáng)試驗(yàn)結(jié)果的說(shuō)服力，筆者還選取玻纖格柵和聚酯玻纖布作為對(duì)比材料，旨在通過(guò)研究為實(shí)體工程推薦適宜的防裂材料。

1所選材料的技術(shù)指標(biāo)

筆者選取了玻纖格柵、聚酯玻纖布和道路抗裂貼3種防裂材料，各材料技術(shù)指標(biāo)如表1～表3。DZFH新型抗裂貼有兩種類(lèi)型，一種抗拉強(qiáng)度大于50 kN/m(簡(jiǎn)稱(chēng)抗裂貼YN-50)，另一種抗拉強(qiáng)度大于25 kN/m(簡(jiǎn)稱(chēng)抗裂貼YN-25)。

表1三經(jīng)三緯玻纖格柵基本技術(shù)指標(biāo)Table 1Basic technical indicators of fiber glass grating

表2聚酯玻纖布基本性能指標(biāo)Table 2Basic performance indicators of fiberglass-polyester paving mat

表3道路抗裂貼性能指標(biāo)Table 3Performance indicators of DZFH road crack paste

2試驗(yàn)方案及加載方式

2.1試驗(yàn)方案

試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型為：面層材料為AC-20瀝青混合料，厚度為5 cm，瀝青采用PG82高黏改性瀝青，油石比為4.9%，骨料的級(jí)配如表4，級(jí)配滿足規(guī)范要求?；鶎訛镃40普通水泥混凝土，厚度為5 cm。黏層油采用PG82高黏改性瀝青，灑布量為0.95 kg/m2。每組試驗(yàn)進(jìn)行4個(gè)平行試驗(yàn)，取每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為最終結(jié)果，然后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

表4AC-20各檔集料通過(guò)百分率Table 4Passing percentage of each file of AC-20 aggregate

2.2加載方式

MTS疲勞加載試驗(yàn)采用正弦波形的循環(huán)應(yīng)力加載，壓頭加壓面積為15 cm×4 cm，加載頻率為10 Hz，溫度控制在(23 ± 2) ℃。為了模擬反射裂縫的實(shí)際作用模式，水泥混凝土板預(yù)切縫的接縫寬度為1 cm，試件所受壓強(qiáng)取設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載下壓強(qiáng)的1～3倍，即在0.7～2.1 MPa之間循環(huán)加載。當(dāng)瀝青層底部出現(xiàn)一條長(zhǎng)度為5 cm、寬度不小于0.5 mm裂縫時(shí)所對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)為初裂疲勞加載次數(shù)；當(dāng)瀝青層出現(xiàn)一條貫穿整個(gè)面層的反射裂縫時(shí)所對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)，為終裂疲勞加載次數(shù)。

2.2.1MTS載疲勞試驗(yàn)

MTS疲勞加載試驗(yàn)分為兩部分：MTS間接彎拉試驗(yàn)，模擬彎拉作用下DZFH抗裂貼材料防治路面反射裂縫的性能；MTS間接剪切試驗(yàn)，模擬剪切作用下DZFH抗裂貼防治路面反射裂縫的性能。兩種模式MTS疲勞加載試驗(yàn)的模型如圖1。

圖1試驗(yàn)?zāi)Ｐ?Fig.1Test model

2.2.2滾動(dòng)荷載疲勞試驗(yàn)

滾動(dòng)疲勞加載試驗(yàn)可用于模擬復(fù)合式路面在行車(chē)荷載作用下受到的剪切-彎拉-剪切的循環(huán)作用模式，屬于彎拉和剪切的綜合作用形式，比MTS疲勞加載更接近于路面的實(shí)際受力情況。筆者采用車(chē)轍試驗(yàn)儀進(jìn)行滾動(dòng)疲勞加載試驗(yàn)(圖2)，橡膠輪施加荷載提升至(1.4 ± 0.1) MPa，滾動(dòng)速率為21次/min(往返計(jì)一次)，試驗(yàn)溫度控制在(23 ± 2) ℃。

圖2滾動(dòng)荷載疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.2Schematic model of rolling load fatigue test

3試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1MTS間接彎拉試驗(yàn)

圖3為MTS間接彎拉試驗(yàn)結(jié)果。

圖3MTS彎拉試驗(yàn)的疲勞加載次數(shù)結(jié)果Fig.3Results of fatigue loading times in MTS flexural test

由圖3可見(jiàn)：

1) 在MTS間接彎拉作用過(guò)程中，無(wú)土工材料的試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目箯澙阅茏畈?，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布和抗裂貼后終裂疲勞加載次數(shù)均有大幅提高。表明在彎拉作用下加鋪土工材料對(duì)防治反射裂縫具有重要的作用，能顯著提升路面的抗反射裂縫性能。

2) 玻纖格柵防止反射裂縫初裂性能較好，聚酯玻纖布延緩反射裂縫擴(kuò)展性能較好，在3種防裂材料中，道路抗裂貼防反性能最好，防止裂縫產(chǎn)生及延緩裂縫擴(kuò)展性能都好于玻纖格柵和聚酯玻纖布。與未加鋪防裂材料相比，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布、道路抗裂貼YN-25、道路抗裂貼YN-50這4種防裂材料，初裂疲勞加載次數(shù)分別提高了57%、34%、64%、70%；終裂疲勞加載次數(shù)分別提高了82%、106%、177%、224%。這主要是因?yàn)榈缆房沽奄N是復(fù)合型防裂材料，具有多重防反作用。道路抗裂貼是由上層防裂布、中間胎體和下層自黏覆蓋材料組合而成，上層防裂布能夠起到加筋作用，中間胎體黏結(jié)各層的同時(shí)起到應(yīng)力吸收作用，下層自黏覆蓋材料能夠在常溫下與基層水泥混凝土板良好黏結(jié)，也具有應(yīng)力吸收的性能，特別是在持續(xù)極限加載階段，抗裂貼能夠很好的承受持續(xù)超載彎拉應(yīng)力作用，這與抗裂貼自身的材料組成有著密切的關(guān)系，因此，抗裂貼能夠很好的防治和延緩反射裂縫。

3) 道路抗裂貼抗拉強(qiáng)度越大，防反性能越好，但兩者之間的增加量不成比例。相比加鋪聚酯玻纖布、玻纖格柵和未加鋪防裂材料，加鋪道路抗裂貼YN-50時(shí)終裂疲勞加載次數(shù)分別提高了57%、78%、224%，而加鋪道路抗裂貼YN-25時(shí)終裂疲勞加載次數(shù)分別提高了34%、52%、177%?？沽奄NYN-50的線抗拉強(qiáng)度不小于50 kN/m，比抗裂貼YN-25的線抗拉強(qiáng)度提高了1倍，但在間接彎拉作用下初裂和終裂疲勞加載次數(shù)分別提高了4%和17%。

3.2MTS間接剪切試驗(yàn)

圖4為MTS間接剪切試驗(yàn)結(jié)果。

圖4MTS剪切試驗(yàn)的疲勞加載次數(shù)結(jié)果Fig.4Results of fatigue loading times in MTS shear test

由圖4可見(jiàn)，在剪切作用下，相比不加鋪防裂材料，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布、抗裂貼YN-25和抗裂貼YN-50時(shí)，初裂疲勞加載次數(shù)分別提高了91%、63%、118%、143%，終裂疲勞加載次數(shù)分別提高了27%、66%、147%、197%，由此可得，3種土工材料對(duì)防治路面反射裂縫都有著一定的效果，道路抗裂貼防治反射裂縫效果最好，且抗拉作用越大，防反性能越好。原因在于，在MTS剪切作用下，在裂縫加載部位將承受很大的剪切應(yīng)力。加鋪道路抗裂貼可消除裂縫處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，達(dá)到應(yīng)力重新分布的目的。因此，能較好的防治剪切型反射裂縫。

綜合MTS間接彎拉和間接剪切試驗(yàn)結(jié)果，在彎拉作用和剪切作用下，道路抗裂貼YN-50材料的防反性能最好，其次是抗裂貼YN-25材料，好于聚酯玻纖布和玻纖格柵；與不加鋪防裂材料相比，可顯著提升復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)的防反性能。

3.3滾動(dòng)試驗(yàn)

圖5為滾動(dòng)加載試驗(yàn)結(jié)果。

圖5滾動(dòng)疲勞加載試驗(yàn)次數(shù)結(jié)果Fig.5Results of fatigue loading times in rolling fatigue loading test

由圖5可以得出與MTS疲勞加載試驗(yàn)同樣的結(jié)論，即加鋪防裂材料可大幅提升復(fù)合式路面的防反性能，道路抗裂貼YN-50的防反性能優(yōu)于玻纖格柵和聚酯玻纖布(未進(jìn)行抗裂貼YN-25材料的試驗(yàn))。與不加鋪防裂材料相比，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布、道路抗裂貼YN-50時(shí)初裂疲勞加載次數(shù)分別提高了43%、66%、120%，終裂疲勞加載次數(shù)分別提高了32%、102%、199%，再次驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4結(jié)論

1) 加鋪防裂材料能顯著提高復(fù)合式路面防治反射裂縫的性能，對(duì)防止反射裂縫產(chǎn)生和延緩反射裂縫擴(kuò)展效果顯著。

2) 在重載交通條件下，DZFH新型道路抗裂貼防治路面反射裂縫性能良好，在防止反射裂縫產(chǎn)生和延緩反射裂縫擴(kuò)展階段的防反效果明顯優(yōu)于玻纖格柵和聚酯玻纖布，相比不加鋪防裂材料可大幅提升路面的防反性能。

3) DZFH新型道路抗裂貼的抗拉強(qiáng)度越大，其防反性能越好，但兩者之間的增加量不成比例。

4) 通過(guò)筆者的研究，結(jié)合實(shí)體工程的應(yīng)用情況，建議在復(fù)合式路面實(shí)體工程中選用抗拉強(qiáng)度較高的DZFH新型道路抗裂貼，不僅能大幅提升復(fù)合式路面防治反射裂縫的性能，還能做到常溫施工。

[1] 李汝凱.重載條件下復(fù)合式路面防反技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2015.

LI Rukai.CompositePavementundertheConditionofOverloadingtheCounter-attackTechnologyResearch[D].Chongqing： Chongqing Jiaotong University，2015.

[2] 王協(xié)群，王釗.土工合成材料用于防治路面反射裂縫的設(shè)計(jì)[J].中外公路，2003，23(6)：7-10.

WANG Xiequn，WANG Zhao.Geosynthetics designed for the control of pavement reflection crack[J].JournalofChina&ForeignHighway，2003，23 (6)： 7-10.

[3] 王曉艷，劉國(guó)安，高振峰.土工合成材料在防治路面反射裂縫中的應(yīng)用簡(jiǎn)介[J].黑龍江交通科技，2003，26(4)：30-31.

WANG Xiaoyan，LIU Guoan，GAO Zhenfeng.Geosynthetics in prevention pavement reflection crack application profile[J].CommunicationsScienceandTechnologyHeilongjiang，2003，26(4)： 30-31.

[4] 李林健.聚酯玻纖布防反射裂縫力學(xué)機(jī)理研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

LI Linjian.StudyonMechanicalMechanismPolyesterArmedFiberglassReflectiveCrack[D].Chongqing： Chongqing Jiaotong University，2008.

[5] 吳進(jìn)明.用土工合成材料防治半剛性路面反射裂縫技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2002(1)：140-144.

WU Jinming.The use of geotextile and glass fiber geogrid in prevention of reflection cracks on semi-rigid pavement[J].RailwayConstructionTechnology，2002(1)： 140-144.

[6] 楊小珠.土工網(wǎng)在防治路面反射裂縫中的應(yīng)用[J].交通世界(建養(yǎng).機(jī)械)，2015(4)：136-137.

YANG Xiaozhu.Geonet in preventing pavement reflection cracking application[J].TransportWorld(ConstructionandMaintenanceMachinery)，2015(4)： 136-137.

[7] 李智文.土工材料防治半剛性基層反射裂縫的有限元分析[J].中外公路，2011，31(3)：275-278.

LI Zhiwen.Finite element geotextile material prevention semi-rigid base reflective crack[J].JournalofChina&ForeignHighway，2011，31(3)： 275-278.

[8] 陳文艷，李莓，韓慧娟.土工合成材料防止反射裂縫分析[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2014(9)：1-3.

CHEN Wenyan，LI Mei，HAN Huijuan.Geosynthetics prevent reflection cracks[J].HighwayandTransportationResearch(AppliedTechnologyEdition)，2014(9)： 1-3.

[9] 凌天清，李修磊，張劍，等.復(fù)合式路面層間夾層抗反射裂縫能力的模擬試驗(yàn)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，29(4)：536-539.

LING Tianqing，LI Xiuwei，ZHANG Jian，et al.Study on lab simulation test on capability of reflective cracking resistance of composite pavement with interlayer layer[J].ChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience)，2010，29(4)： 536-539.

[10] 鄭大為，趙閃，韓慧娟.土工合成材料防治反射裂縫效果的數(shù)值模擬[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016 (7)：731-735.

ZHEN Dawei，ZHAO Shan，HAN Huijuan.Numerical simulation on the effect of geosynthetics preventing reflective cracks[J].JournalofLiaoningTechnicalUniversity，2016 (7)： 731-735.

[11] 張海偉，郝培文，江洲，等.加鋪路面中土工布夾層抗反射裂縫性能的影響因素[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2016，49(4)：559-564.

ZHANG Haiwei，HAO Peiwen，JIANG Zhou，et al.Factors of anti-reflective cracking performance of geotextile system inasphalt overlays[J].EngineeringJournalofWuhanUniversity，2016，49(4)： 559-564.

[12] 周剛，李汝凱，王火明，等.經(jīng)編復(fù)合聚酯玻纖布防反射裂縫性能試驗(yàn)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2016，29(2)：16-22.

ZHOU Gang，LI Rukai，WANG Huoming，et al.Warp polyester fiberglass composite reflective crack arming performance test[J].ChineseJournalofHighway，2016，29(2)： 16-22.

[13] 倪富健.聚酯玻纖布防荷載型反射裂縫室內(nèi)模擬試驗(yàn)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，37(1)：128-131.

NI Fujian.Lab simulation study on reflective cracking resistance of treatment with fiberglass-polyester paving mat[J].JournalofSoutheastUniversity，2007，37 (1)： 128-131.

(責(zé)任編輯：譚緒凱)

Performance Study of Reflective Resistance Crack of DZFH Road Crack Paste

LI Rukai1，LIU Miqiang2，ZHOU Gang1，2，WANG Huoming1，2，ZHANG Zhentao3

(1.China Merchants Chongqing Communications Research & Design Institute，Chongqing 400067，P. R. China; 2.School of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P. R. China; 3.China Forest Exploration & Design Institute in Kunming，Kunming 650216，Yunnan，P. R. China)

In order to recommend better reflective resistance technology for entity engineering，MTS fatigue loading test and rolling load fatigue loading test were selected to study the performance of DZFH road crack paste on preventing and treating the reflective crack of composite pavement under the condition of overloads.The results show that new DZFH road crack paste has good performance on preventing and treating the reflective crack of composite pavement under the condition of overloads，which has a significantly better reflective resistance performance at the stage of preventing the reflection crack and delaying the crack propagation than glass fiber grid and fiberglass-polyester paving mat do.The higher the tensile strength of road crack paste，the better its reflective resistance performance.Road crack paste with high tensile strength is suggested to be used in composite pavement entity engineering，which can not only improve the performance of preventing and treating reflective cracks on the road surface，but also can carry out the construction at normal temperature.

highway engineering; DZFH road crack paste; fatigue loading test; reflective resistance performance

U416

A

1674-0696(2017)10-051-05

2016-06-21；

2017-03-23

重慶市社會(huì)民生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(cstc2015shmszx30010)

李汝凱(1989—)，男，山東泰安人，工程師，碩士，主要從事路面結(jié)構(gòu)與材料方面的研究。Email：lirukai@cmhk.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.10.09