瀝青路面拼接抗裂材料優(yōu)選試驗(yàn)研究

鄧云峰

(青海省公路建設(shè)管理局，西寧 810008)

近年來(lái)，隨著青海省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)有的大多數(shù)高等級(jí)公路已經(jīng)不能保證設(shè)計(jì)的服務(wù)水平，嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐。尤其是G347線(xiàn)都蘭(安固灘)至德令哈段，交通量大，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)服務(wù)水平和通行能力已經(jīng)完全不能滿(mǎn)足現(xiàn)有要求，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)造成了不良的影響。因此，有必要對(duì)G347線(xiàn)都蘭(安固灘)至德令哈段改建工程進(jìn)行研究。

青海省的路面結(jié)構(gòu)形式主要為半剛性基層和瀝青面層的組合形式，而且瀝青面層多以一層為主，如G347線(xiàn)都蘭(安固灘)至德令哈段，在擴(kuò)建工程路面拼接的過(guò)程中，存在新舊基層拼縫，如果拼縫處治不當(dāng)，瀝青加鋪層的相應(yīng)位置上就容易受到損傷，產(chǎn)生反射裂縫，加之半剛性基層會(huì)不可避免地產(chǎn)生反射裂縫，必須對(duì)其基層拼縫的頂面采取防裂措施，目前采取的方式主要是利用土工復(fù)合材料進(jìn)行處治，諸如土工布、土工格柵(玻纖格柵)、聚酯布(聚酯玻纖布)、抗裂貼、高應(yīng)力吸收膜(貼)等[1-6]。但是，由于近年來(lái)交通量越來(lái)越大，使得原來(lái)經(jīng)常使用的處治材料已經(jīng)不適用，新興的抗裂縫材料給路面拼接反射裂縫的防治帶來(lái)了新的選擇(諸如黏砂式抗裂貼、高應(yīng)力吸收膜等)?？紤]已經(jīng)對(duì)縱向接縫進(jìn)行了系統(tǒng)的前期研究，確定了縱向接縫的處治方案為：水性環(huán)氧瀝青與礦粉質(zhì)量比例為1∶1.1，涂刷量1.2～1.4 kg/m2?；诖?，本文主要對(duì)縱向接縫頂面的抗裂材料(土工布、玻纖格柵、聚酯玻纖布、抗裂貼和高應(yīng)力吸收膜五種材料)作為主選方案，通過(guò)其物理性能的測(cè)試和工程實(shí)際需求，對(duì)其五種抗裂材料進(jìn)行初步選擇，同時(shí)采用拉拔試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)綜合對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)選， 確定抗裂最優(yōu)材料。

1 抗裂材料初選

1.1 原材料產(chǎn)地及物理性能

土工布，江蘇省泰安市長(zhǎng)興工程材料有限公司生產(chǎn)，EGA1玻纖格柵和TruPav聚酯玻布由常州常固土工合成材料有限公司生產(chǎn)，抗裂貼自泰安路銘工程材料有限公司生產(chǎn)，高應(yīng)力吸收膜產(chǎn)自蘇伊爾有限公司。

對(duì)土工布、玻纖格柵、聚酯玻纖布、抗裂貼和高應(yīng)力吸收膜五種材料的材質(zhì)特性進(jìn)行試驗(yàn)，從橫縱向拉伸強(qiáng)力、斷裂延伸率、老化后縱向拉伸強(qiáng)力等方面進(jìn)行初步的篩選，五種土工復(fù)合材料的各項(xiàng)物理指標(biāo)如表1所示。

1.2 抗裂材料初選

考慮到施工過(guò)程中的高溫作用，要求所采用的抗裂材料具備抗高溫老化能力，因此，材料經(jīng)高溫老化后的物理性能也至關(guān)重要。將五種抗裂材料在135 ℃烘箱中進(jìn)行2 h老化，老化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，土工布和玻纖格珊經(jīng)高溫作用會(huì)發(fā)生類(lèi)似于塑料燃燒時(shí)的頸縮，沿縱向方向發(fā)生不同程度的縮短，平放時(shí)布邊緣向內(nèi)翹起，而聚酯玻纖布、抗裂貼和高應(yīng)力吸收膜則不會(huì)發(fā)生此類(lèi)現(xiàn)象。因此，考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工條件，初步確定抗裂材料為聚酯玻纖布、抗裂貼和高應(yīng)力吸收膜的一種。

表1 抗裂材料物理指標(biāo)

2 抗裂材料優(yōu)選

通過(guò)制備復(fù)合試件，最大程度地模擬原路面的結(jié)構(gòu)，分別通過(guò)拉拔試驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)、水穩(wěn)定性、疲勞試驗(yàn)以及綜合成本因素確定抗裂最優(yōu)材料。

2.1 拉拔、剪切試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)方法

拉拔、剪切試驗(yàn)主要考察不同的抗裂材料的黏結(jié)強(qiáng)度和抗剪切性能，試驗(yàn)過(guò)程為：在高10 cm模具中成型5 cm水泥砼板，將水泥砼板放在養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)7天強(qiáng)度形成后，用鋼刷除去表層浮漿，均勻撒鋪0.8～1.2 kg/m2普通熱瀝青黏結(jié)層，在其上分別鋪設(shè)聚酯玻纖布、抗裂貼、高應(yīng)力吸收膜，鋪設(shè)過(guò)程要求材料不出現(xiàn)褶皺、轉(zhuǎn)向，與黏結(jié)層瀝青的黏結(jié)充分，采用輪碾法成型5 cm瀝青混合料，室溫下冷卻，分別取芯Φ10 cm×10 cm，對(duì)芯樣進(jìn)行20 ℃拉拔試驗(yàn)、20 ℃下45°斜剪試驗(yàn)。其中拉拔強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的計(jì)算公式如下所示。

剪切強(qiáng)度按下式計(jì)算：

(1)

式中，T為聯(lián)結(jié)層層間剪切強(qiáng)度；F為試件破壞時(shí)最大荷載；A為試件黏結(jié)面積。

拉拔黏結(jié)強(qiáng)度按下式計(jì)算：

(2)

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1) 拉拔試驗(yàn)

三種抗裂材料拉拔試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出：三種材料中，高應(yīng)力吸收膜的試件抗拉強(qiáng)度最高，抗裂貼次之，聚酯玻纖布最小。這可能與試件成型的方式有關(guān)，高應(yīng)力吸收膜和抗裂貼的夾心狀結(jié)構(gòu)，決定了涂層熱瀝青可以直接接觸到上層瀝青混合料。在進(jìn)行上層混合料碾壓時(shí)，通過(guò)熱瀝青使上下兩層的壓實(shí)更充分，強(qiáng)度更好。

(2) 剪切試驗(yàn)試驗(yàn)

剪切試驗(yàn)為45°斜剪試驗(yàn)，剪切速率10 mm/min，設(shè)備采取自動(dòng)化讀取數(shù)據(jù)的方式，記錄最大豎向壓力并計(jì)算抗剪強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 復(fù)合試件拉拔強(qiáng)度

表3 復(fù)合試件抗剪強(qiáng)度

從表3可以看出：剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果和拉拔試驗(yàn)的結(jié)果相吻合，同樣是高應(yīng)力吸收膜剪切強(qiáng)度最高，抗裂貼次之，聚酯玻纖布最小。

(3) 抗水損害性能

因?yàn)樵囼?yàn)依托工程所處地為高海拔寒區(qū)，因此有必要考察抗裂材料的抗水損害能力。仿效凍融劈裂試驗(yàn)，將芯樣放到-18 ℃冰箱中放置16 h，取出試件立刻放入60 ℃的恒溫水槽中保持24 h，接著再放入20 ℃的恒溫水槽中浸泡2 h后進(jìn)行20 ℃拉拔試驗(yàn)、20 ℃下45°斜剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出：不管是拉拔強(qiáng)度還是剪切強(qiáng)度，凍融后其強(qiáng)度都發(fā)生了較大的衰減，抗裂貼的衰減程度最大，其中拉拔強(qiáng)度降低了40.87%，剪切強(qiáng)度降低了33.58%。聚酯玻纖布次之，其中拉拔強(qiáng)度降低了28.67%，剪切強(qiáng)度降低了28.69%。高應(yīng)力吸收膜衰減程度最小，其中拉拔強(qiáng)度降低了19.06%，剪切強(qiáng)度降低了20.64%。

表4 凍融前后復(fù)合試件強(qiáng)度

2.2 疲勞試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)方法

本文通過(guò)復(fù)合試件的疲勞性能來(lái)間接的評(píng)價(jià)三種待選抗裂材料的疲勞性能。試件制備過(guò)程為：在車(chē)轍模具中預(yù)先成型5 cm普通瀝青AC16。再在其上撒鋪普通熱瀝青(0.8～1.2 kg/m2)，鋪設(shè)聚酯玻纖布、抗裂貼和高應(yīng)力吸收膜，利用圓輥對(duì)防裂材料進(jìn)行初步碾壓使粘結(jié)充分，迅速填入同于下層的瀝青混合料，成型帶有夾層的瀝青混凝土，總厚度10 cm，待室溫冷卻24 h后，切割為疲勞小梁，長(zhǎng)×寬×高=400 mm×63 mm×50 mm?？沽巡牧闲阅艿膬?yōu)劣以復(fù)合梁試件疲勞破壞平均次數(shù)的大小來(lái)評(píng)價(jià)，平均次數(shù)越大其抗裂性能越好。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

疲勞試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 不同抗裂材料的復(fù)合梁疲勞試驗(yàn)

從上表5比較可以看出：三種抗裂材料的耐久性最好的是高應(yīng)力吸收膜，抗裂貼

次之，聚酯玻纖布的耐久性最差。

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

三種不同抗裂材料的成本如下表6所示(寬度按照1 m計(jì)算)。從表中可以看出：高應(yīng)力吸收膜的單價(jià)最高，抗裂貼的單價(jià)適中，聚酯玻纖布的單價(jià)最低。以200 m長(zhǎng)度為參考，計(jì)算總成本、基層頂面、聚酯玻纖布總計(jì)成本2 000元，抗裂貼3 000元，高應(yīng)力吸收膜8 000元。

表6 三種抗裂材料成本比較

綜合材料的拉拔試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、水穩(wěn)定性和疲勞試驗(yàn)，高應(yīng)力吸收膜的綜合性能較好。從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，聚酯玻纖布的單價(jià)低，較其他材料有著明顯的優(yōu)勢(shì)。從施工角度考慮，由于聚酯玻纖布厚度較薄，對(duì)撒布瀝青的要求較高，如果浸漬太多粘層油，容易在機(jī)械的作用下被卷起，浸漬太薄的層間黏結(jié)力較弱?？沽奄N和高應(yīng)力吸收膜(自粘)的施工較好操作。綜合全面考慮，推薦依托工程采用抗裂貼或高應(yīng)力吸收膜作為基層拼縫的抗裂材料，從性?xún)r(jià)比看首選抗裂貼，從耐久性考慮首選高應(yīng)力吸收膜。

4 結(jié)論

(1) 項(xiàng)目依托工程所處地高溫時(shí)段長(zhǎng)，溫差大，土工布和玻纖格珊經(jīng)高溫作用會(huì)發(fā)生類(lèi)似于塑料燃燒時(shí)的頸縮，不適合本依托工程。

(2) 考慮到依托工程所處高海拔地區(qū)，利用拉拔試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，對(duì)高應(yīng)力吸收膜，抗裂貼，聚酯玻纖布三種抗裂材料進(jìn)行層間力學(xué)強(qiáng)度比較，結(jié)果顯示：高應(yīng)力吸收膜強(qiáng)度最高，抗裂貼次之，聚酯玻纖布最小。

(3) 三種抗裂材料復(fù)合梁試件的疲勞性能顯示：高應(yīng)力吸收膜和抗裂貼的抗裂性能較好，聚酯玻纖布的較差。

(4) 綜合抗裂材料的力學(xué)性能和成本考慮，推薦依托工程采用抗裂貼或高應(yīng)力吸收膜作為基層拼縫的抗裂材料，從性?xún)r(jià)比方面考慮，首選抗裂貼，從耐久性方面考慮，首選高應(yīng)力吸收膜。