半剛性基層瀝青路面裂縫處治措施研究

李思源

摘 要：半剛性基層的主要優(yōu)點(diǎn)為剛度大、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低等，但該類材料一直存在難以解決的問題：裂縫持續(xù)發(fā)展且修復(fù)困難。針對該現(xiàn)象文章進(jìn)行了以下研究：通過實(shí)際工程對現(xiàn)狀裂縫進(jìn)行了描述，制備修補(bǔ)材料并對其性能進(jìn)行分析，通過對瀝青混合料性能分析和工程應(yīng)用說明修補(bǔ)材料的有效性。研究結(jié)果表明：該修補(bǔ)材料中聚氨酯摻量為45%時(shí)，裂縫修補(bǔ)性能最佳，對瀝青路面裂縫處治研究具有一定的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：半剛性基層;裂縫;修補(bǔ)材料

0 引言

我國對瀝青路面裂縫的研究起步較晚。劉士元[1]通過研究基層裂縫對面層的影響，表明可通過優(yōu)化基層材料來減少裂縫的產(chǎn)生?？梁肷鶾2]通過改善瀝青性能來提高路面強(qiáng)度，主要方法為摻入外加劑，提高變形能力和抗彎性能。呂偉民[3]通過建立裂縫發(fā)展預(yù)測圖，表明該方法的應(yīng)用廣泛性。通過以上學(xué)者的相關(guān)分析，該研究已取得了初步的成果，但仍存在不足。本文通過研究由乙烯基酯樹脂和聚氨酯混合的裂縫修補(bǔ)材料，為裂縫處治措施的研究提供了一定的參考價(jià)值。

1 案例分析

1.1 工程概況

文章所依托工程為我國某高速公路維修項(xiàng)目，路線長59 km，雙向六車道，所處地帶為溫帶，年平均溫度13.5℃，最高溫度達(dá)43℃，最低溫度為-20℃，年降水量500 mm。通車后，在交通荷載和環(huán)境因素的共同作用下，路面剛度表現(xiàn)良好，但在不同路段出現(xiàn)較為嚴(yán)重的裂縫病害，主要有橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)裂等。為不影響行車安全性、舒適性等，采用輸送孔方式對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。

1.2 制備修補(bǔ)材料

修補(bǔ)材料是將一定質(zhì)量的乙烯基酯樹脂和聚氨酯進(jìn)行混合制成，試驗(yàn)組為5組，設(shè)定基準(zhǔn)為：聚氨酯占乙烯基酯樹脂的15%、25%、35%、45%、55%，并分為命名為修補(bǔ)材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。在修補(bǔ)材料中加入二甲基替苯胺進(jìn)行攪拌，該物質(zhì)的作用是穩(wěn)定原材料性能。

1.3 性能分析

五種修補(bǔ)材料的黏度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

通過上表可知：五種修補(bǔ)材料的黏度性能表現(xiàn)為：修補(bǔ)材料Ⅴ>修補(bǔ)材料Ⅳ>修補(bǔ)材料Ⅲ>修補(bǔ)材料Ⅱ>修補(bǔ)材料Ⅰ。

同時(shí)通過對修補(bǔ)材料的壓縮性能、拉伸性能、耐老化性、環(huán)保性能等進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明：（1）聚氨酯占乙烯基酯樹脂的25%～45%范圍內(nèi)，材料的壓縮強(qiáng)度變化較大，且材料Ⅳ和Ⅴ比材料Ⅰ和Ⅱ的壓縮性能強(qiáng)。（2）聚氨酯占乙烯基酯樹脂的比例>45%時(shí)，混合物的拉伸模量降低幅度較小。（3）經(jīng)試驗(yàn)監(jiān)測，五種裂縫修補(bǔ)材料均不會(huì)對水和環(huán)境造成污染。

2 瀝青混合料性能分析

2.1 方案設(shè)計(jì)

通過瀝青混合料制備小梁試件、馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)。試件分三類工況：完好的、切割后的、修補(bǔ)后的，分別模擬瀝青路面的三種狀態(tài)：完好的、帶裂縫的、修補(bǔ)后的。

2.2 低溫性能分析

文章采用的是最能反映試件低溫破壞狀態(tài)的低溫彎曲蠕變試驗(yàn)方法，具體如下：試件尺寸為250 mm×30 mm×

35 mm;彎曲蠕變試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度為-10℃，加載速率為50 mm/min。該試驗(yàn)選取的評價(jià)指標(biāo)為最大彎拉應(yīng)變和勁度模量。計(jì)算公式如下所示[4]：

εb=6hd/L2 Sb=Rb/εb

上式中：L、b和h分別表示試件的長度、高度以及寬度;Rb表示極限彎拉強(qiáng)度;εb 表示最大彎拉應(yīng)變;Sb表示試件的勁度模量。

試驗(yàn)結(jié)果分析：

（1）勁度模量分析。文章通過進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)來測定，加入修補(bǔ)劑的試件的勁度模量變化趨勢，結(jié)果如圖1所示。

通過對彎曲模量的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析表明：修補(bǔ)試件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ（分別為使用修補(bǔ)材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ后的試件）的勁度模量分別為原試件的50.26%、62.35%、68.36%、77.25%、81.64%。以上數(shù)據(jù)表明，聚氨酯占比越大，勁度模量的數(shù)值也越大。當(dāng)聚氨酯的占比在45%后，彎曲模量趨于穩(wěn)定。

（2）彎拉應(yīng)變分析。通過小梁彎曲試驗(yàn)來測定，加入修補(bǔ)劑的試件的彎拉應(yīng)變變化趨勢，結(jié)果如圖2所示。

通過對彎曲模量的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析表明：修補(bǔ)試件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ（分別為使用修補(bǔ)材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ后的試件）的勁度模量分別為原試件的49.23%、62.35%、30.25%、18.56%、13.49%。以上數(shù)據(jù)表明，聚氨酯占比越大，彎拉應(yīng)變的數(shù)值越小。且聚氨酯摻量大于45%時(shí)，試件彎拉應(yīng)變與未修補(bǔ)試件的彎拉應(yīng)變之差小于20%。

3 修補(bǔ)效果分析

為驗(yàn)證修補(bǔ)材料對瀝青路面裂縫的處治效果，對裂縫修補(bǔ)處進(jìn)行了取芯，如圖3所示。

可以看出：試件中裂縫較為明顯且貫穿芯樣，修補(bǔ)材料已經(jīng)填滿裂縫，并補(bǔ)充到微裂縫中，說明修補(bǔ)材料與混合料進(jìn)行了完好結(jié)合，無脫落現(xiàn)象;同時(shí)說明修補(bǔ)材料的滲透性、粘結(jié)性較好。對試件的穩(wěn)定度和流值進(jìn)行分析：分別取樣6個(gè)試件，測試穩(wěn)定度和流值均滿足規(guī)定要求，其中穩(wěn)定度指標(biāo)平均為9.1 kN，流值指標(biāo)平均為2.7 kN。因此證明了本文研究制備的修補(bǔ)材料具有較好的瀝青路面裂縫處治效果。

4 結(jié)語

本文通過對路面裂縫的處治進(jìn)行研究，結(jié)果表明：（1）文章自配五種修補(bǔ)材料，并對其進(jìn)行初步性能分析，通過相關(guān)試驗(yàn)和工程應(yīng)用表明該材料對瀝青路面裂縫的修補(bǔ)起到積極有效的作用，對環(huán)境不會(huì)造成污染。（2）通過低溫試驗(yàn)指標(biāo)彎曲模量、彎拉應(yīng)變，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性表明：聚氨酯的摻量應(yīng)控制在45%，對裂縫處治效果最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉士元.北京市黑色路面早期損壞的原因及其防治措施[J].市政技術(shù)，1979（2）：1-14.

[2]苛弘生.瀝青路面裂縫的成因與防治途徑的初探[J].華東公路，1984（6）：44-53.

[3]呂偉民.瀝青路面裂縫發(fā)展的預(yù)測方法[J].石油瀝青，1991（2）：33-37.

[4]夏慧蕓，張瑞，宋莉芳，等.高性能瀝青混凝土路面裂縫密封膠的制備及性能研究[J].公路，2017（4）：253-257.