新型防裂基布應(yīng)用于新疆公路養(yǎng)護(hù)工程的效果研究

宿松亞， 謝海巍， 劉尊青， 田斌

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 交通與物流工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052；2.天鼎豐聚丙烯材料技術(shù)有限公司， 山東 德州 253000)

新疆地區(qū)氣候具有夏季溫度高、冬季溫度低、晝夜溫差大等特點(diǎn)，對瀝青路面帶來了嚴(yán)酷考驗(yàn)。同時新疆長期以來綠洲經(jīng)濟(jì)、強(qiáng)基薄面的設(shè)計特點(diǎn)，半剛性基層干線道路占比在95%以上。目前，反射裂縫已成為新疆公路半剛性基層瀝青路面最常見的病害之一，而且由于交通量及載重增加，在重載的反復(fù)作用下，路面反射裂縫日趨嚴(yán)重。

在病害處治方面，Emiliano Pasquini等提出合理選擇和應(yīng)用優(yōu)化的土工格柵加筋瀝青膜可顯著提高瀝青路面的抗反射裂縫能力；辛順超等通過試驗(yàn)驗(yàn)證了鋪設(shè)防裂基布能使瀝青砼路面耐疲勞損傷性能得到提高，有效延緩反射裂縫的產(chǎn)生；張晶等通過試驗(yàn)段鋪筑驗(yàn)證了路面結(jié)構(gòu)中加鋪防裂基布能減少或抑制反射裂縫的產(chǎn)生；饒斌等為防止反射裂縫產(chǎn)生，結(jié)合工程實(shí)踐提出了基于防裂基布夾層的瀝青路面施工質(zhì)量控制體系；嚴(yán)勝紅結(jié)合工程實(shí)例分析防裂基布防反射裂縫的防護(hù)性能，表明防裂基布能有效分擔(dān)水平荷載，延緩由基層反射裂縫而引起的開裂破壞。實(shí)際工程中也普遍通過在路面結(jié)構(gòu)中設(shè)置土工合成材料夾層來延緩和抑制反射裂縫。但針對這方面的研究多采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析或軟件模擬、實(shí)地施工質(zhì)量控制研究等，對于實(shí)際應(yīng)用于道路中一段時間后防裂效果的分析研究較少。為較好反映新疆不同氣候、不同區(qū)域道路下新型防裂基布的路用性能，該文選擇具有代表性的南疆G3012高速公路路段K230—K24、北疆省道S223路段K0—K37進(jìn)行調(diào)研，分析公路養(yǎng)護(hù)中使用防裂基布的路面防裂效果。

1 新型防裂基布的性能

1.1 防裂基布的技術(shù)指標(biāo)

新型防裂基布為100%聚丙烯連續(xù)長絲材料，是一種聚合物高分子材料，具有低延伸性和高抗拉強(qiáng)度，特別是能和瀝青黏結(jié)層形成牢固的增強(qiáng)型復(fù)合材料。其材料結(jié)構(gòu)是各向同性的，不同于常見的紡織性結(jié)構(gòu)，完全可以便利地被粉碎，可實(shí)現(xiàn)路面材料的再生循環(huán)使用。在實(shí)驗(yàn)室對防裂基布材料的物理、力學(xué)指標(biāo)及熔融、玻璃化溫度等熱力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測試，各項(xiàng)檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求(見表1)。

表1 新型防裂基布的技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

1.2 防裂基布室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果

制作標(biāo)準(zhǔn)試件，在規(guī)范試驗(yàn)條件下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，驗(yàn)證防裂基布的抗疲勞性能，同時利用現(xiàn)場足尺抗裂性能試驗(yàn)檢測室外鋪設(shè)防裂基布的防裂效果。

(1) 疲勞試驗(yàn)中試件隨荷載增加的位移變化。疲勞試驗(yàn)測試中，未鋪設(shè)防裂基布試件在施加均勻持續(xù)荷載至3 500 N時完全裂開，產(chǎn)生最大位移約8 mm；鋪設(shè)防裂基布試件在施加均勻持續(xù)荷載至7 000 N時完全裂開，產(chǎn)生最大位移約10.2 mm(見圖1)。

圖1 疲勞試驗(yàn)位移變化

(2) 疲勞試驗(yàn)中試件隨荷載作用次數(shù)增加產(chǎn)生的疲勞損壞。未鋪設(shè)防裂基布試件疲勞破壞時作用次數(shù)為1 800次，鋪設(shè)防裂基布試件疲勞破壞時作用次數(shù)為4 800次(見圖2)，后者疲勞破壞作用次數(shù)是前者的2.7倍，鋪設(shè)防裂基布試件表現(xiàn)出良好的抗疲勞性能。

圖2 疲勞試驗(yàn)中試件疲勞損壞情況

(3) 現(xiàn)場足尺抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果。隨著試驗(yàn)尺度的升級，對防裂基布各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定性評價，評定結(jié)果見表2，均為有效果。

綜上，使用防裂基布試件的抵抗變形能力和抗疲勞損壞能力遠(yuǎn)大于未使用防裂基布試件，表明防裂基布的防裂效果良好?，F(xiàn)場足尺抗裂性能試驗(yàn)也驗(yàn)證了防裂基布的防裂效果。

表2 新型防裂基布現(xiàn)場足尺抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果

2 防裂基布使用效果分析

2.1 調(diào)研路段概況

省道S223線路：2016年對K0—K37段實(shí)施大中修養(yǎng)護(hù)，其中K0—K31段主要養(yǎng)護(hù)方案為局部路段挖除原瀝青面層作罩面處理或采用同步碎石封層，K31—K37段中修罩面采用5 cmAC-16C瀝青砼面層+新型防裂基布。

G3012線路：2017年對K230—K240段進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，其中K230+000—K237+965段采用加鋪5 cmARAC-16C中粒式橡膠瀝青砼+新型防裂基布方案，K237+965—K240+000段采用銑刨4 cm原瀝青面層+加鋪4 cmARAC-16C中粒式橡膠瀝青砼+新型防裂基布方案。

2.2 裂縫率分析評價

采用人工調(diào)查法對S223線K31—K37段(設(shè)防裂基布)和K27—K31段(未設(shè)防裂基布)、G3012線K230—K234段(設(shè)防裂基布)和K242—K245段(未設(shè)防裂基布)的裂縫率(每公里裂縫條數(shù))進(jìn)行分析，結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 S223道路裂縫率

圖4 G3012道路裂縫率

由圖3、圖4可知：使用防裂基布道路的裂縫率比未使用防裂基布道路的小。

2.3 道路性能評價

根據(jù)多功能綜合檢測車的檢測數(shù)據(jù)對路面損壞指數(shù)PCI、路面平整度指數(shù)RQI、路面車轍指數(shù)RDI、路面綜合評價指數(shù)PQI進(jìn)行評價，結(jié)果見表3、圖5。

表3 路面使用性能指數(shù)評價結(jié)果

圖5 路面使用性能指數(shù)分布

由表3、圖5可知：1) S223的PCI值均大于80，根據(jù)JTG H20-2018《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》，評定為良；使用防裂基布路段(K31—K37)的PCI值均優(yōu)于未使用防裂基布路段。G3012的PCI大于80，評定為良；使用防裂基布路段(K230—K235)的PCI值均大于90，評定為優(yōu)。2) 兩線路的RQI、RDI值變化均較小，評定為優(yōu)，主要是由于鋪設(shè)的防裂基布為功能層，并不具有結(jié)構(gòu)層的作用，對路面平整度和車轍指數(shù)的影響較小。路面損壞指數(shù)與路面病害密切相關(guān)，調(diào)查路段的主要病害為裂縫類，且未使用防裂基布路段的裂縫數(shù)量多于使用防裂基布路段，與人工調(diào)查計算裂縫率結(jié)果一致。防裂基布能較好地延緩瀝青路面反射裂縫的發(fā)展。

2.4 路面層間結(jié)合分析

通過在鋪設(shè)防裂基布和未鋪設(shè)防裂基布路面的無病害處、橫縱向裂縫處鉆芯取樣，根據(jù)芯樣狀況(見圖6)對路面結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行分析。

圖6 現(xiàn)場芯樣

由圖6可知：1) 未鋪設(shè)防裂基布的裂縫處取出的芯樣基本無完整性，層間結(jié)合不良，裂縫自上而下貫穿整個芯樣并開裂成塊；裂縫處的芯樣多數(shù)由基層反射裂縫導(dǎo)致開裂，裂縫自下而上反射至路面。2) 鋪設(shè)防裂基布的裂縫處取出的芯樣完整性好，層間結(jié)合良好。溫縮裂縫處鉆芯，裂縫未貫穿整個芯樣，下面層未出現(xiàn)開裂情況；反射裂縫處鉆芯，反射裂縫自下而上延伸至瀝青面層底部的防裂基布層便中止，未反射至瀝青面層。表明防裂基布可有效延緩瀝青路面反射裂縫的發(fā)展，緩解路面溫縮裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，較好地解決面層和基層層間結(jié)合問題，保證路面結(jié)構(gòu)的完整性。

2.5 芯樣抗剪切試驗(yàn)分析

抗剪切試驗(yàn)?zāi)芊从趁鎸涌辜魪?qiáng)度，表明路面層間結(jié)合能力。在鋪設(shè)防裂基布路段選擇有代表性的病害處鉆取芯樣展開抗剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 芯樣抗剪切試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)有研究和地方規(guī)范指出芯樣抗剪強(qiáng)度多小于1 MPa。由表4可知：鋪設(shè)防裂基布路段的抗剪切強(qiáng)度滿足這一要求，芯樣層間結(jié)合良好。

3 結(jié)論

(1) 使用防裂基布能較好地抑制瀝青路面反射裂縫的發(fā)展，降低路面裂縫率。

(2) 使用防裂基布能較好地解決面層和基層層間結(jié)合問題，保證路面結(jié)構(gòu)的完整性。