DZFH新型道路抗裂贴防反射裂缝性能研究

李汝凯，刘秘强，周刚，，王火明，，张振涛

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；2.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074；3.国家林业局昆明勘察设计院，云南 昆明 650216)

DZFH新型道路抗裂贴防反射裂缝性能研究

李汝凯1，刘秘强2，周刚1，2，王火明1，2，张振涛3

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；2.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074；3.国家林业局昆明勘察设计院，云南 昆明 650216)

为了给实体工程推荐较优的防反技术，针对重载条件下复合式路面的反射裂缝问题，选取MTS疲劳加载试验和滚动荷载疲劳加载试验，对DZFH新型道路抗裂贴防治复合式路面反射裂缝的性能进行了研究。试验结果表明：在重载交通条件下，DZFH新型道路抗裂贴防治复合式路面反射裂缝性能良好，在防止反射裂缝产生和延缓反射裂缝扩展阶段的防反效果明显优于玻纤格栅和聚酯玻纤布；且道路抗裂贴自身抗拉强度越大，其防反性能越好。建议在复合式路面实体工程中选用抗拉强度较高的道路抗裂贴，不仅能提升路面防治反射裂缝的性能，还能做到常温施工。

道路工程；DZFH新型道路抗裂贴；疲劳加载试验；防反性能

0引言

近年来，随着交通量的增大和汽车轴载量的增加，复合式路面结构逐渐兴起。复合式路面综合路用性能较好，面层采用沥青混合料铺筑而成，具有行车舒适、维修养护便捷、路面美观等特点；基层采用水泥混凝土铺筑而成，刚度大、变形小，具有很强的荷载承载能力。但由于复合式路面基层和面层刚度差别过大，在路面使用过程中容易产生反射裂缝，此时水会沿着裂缝进入基层或底基层，进而产生坑槽、脱空、断板等其他损害，严重影响了路面的使用寿命。相关研究表明，虽然复合式路面结构的反射裂缝不可避免，但可通过加铺防裂材料来防止和延缓反射裂缝，从而提高复合式路面的周期使用寿命[1-8]。

针对路面防反材料，国内研究者做了大量的试验研究。凌天清等[9]采用车辙试验仪研究了土工格栅、玻纤格栅、聚酯玻纤布、FHGS材料对路面反射裂缝的作用效果，得出FHGS和玻纤格栅材料的防裂性能基本相当，防反效果较好，明显优于其它两种材料；郑大为等[10]采用有限元数值模拟方法，运用ANSYS有限元软件，对比了加铺土工合成材料和无土工合成材料下不同沥青加铺层厚度的沥青层层底应力、弯沉值和强度因子的变化曲线，得出加铺土工合成材料可减小沥青层的层底应力和弯沉值，能起到防治路面反射裂缝的作用；张海伟等[11]采用动态加载试验方法，以承载次数和提升系数为性能指标，研究了土工布夹层对防治反射裂缝性能的影响规律，结果表明，土工布夹层可使复合式路面结构抗反射裂缝的能力得到提升，可改变复合式路面结构对荷载和温度的敏感性；周刚等[12]采用MTS疲劳加载试验和滚动加载疲劳试验，研究了经编复合聚酯防裂布防治复合式路面反射裂缝的作用效果，得出经编复合聚酯防裂布的防反性能明显优于玻纤格栅和聚酯玻纤布；倪富健[13]采用MTS材料试验机研究了聚酯玻纤布防治路面反射裂缝的性能，得出与不加铺防裂材料或加铺玻纤格栅相比，加铺聚酯玻纤布的试件的防反性能得到大幅提升。

鉴于此，笔者优选了一种新型的复合型防裂材料——DZFH型道路抗裂贴，研究其防治复合式路面反射裂缝的性能。DZFH型道路抗裂贴是由“上层防裂布+中间胎体+下层自黏覆盖材料”组合而成，上层防裂布和中间胎体都有一定的防反作用；下层为自黏材料，与水泥混凝土基层黏结良好，可做到常温施工。笔者将模拟复合式路面实体工程，通过MTS疲劳加载试验和滚动荷载疲劳加载试验，研究DZFH型道路抗裂贴的防反性能。MTS疲劳加载试验可分别模拟材料在弯拉作用和剪切作用下防治路面反射裂缝的性能，滚动荷载疲劳试验则是模拟材料在弯拉和剪切综合作用下防治路面反射裂缝的性能。为了增强试验结果的说服力，笔者还选取玻纤格栅和聚酯玻纤布作为对比材料，旨在通过研究为实体工程推荐适宜的防裂材料。

1所选材料的技术指标

笔者选取了玻纤格栅、聚酯玻纤布和道路抗裂贴3种防裂材料，各材料技术指标如表1～表3。DZFH新型抗裂贴有两种类型，一种抗拉强度大于50 kN/m(简称抗裂贴YN-50)，另一种抗拉强度大于25 kN/m(简称抗裂贴YN-25)。

表1三经三纬玻纤格栅基本技术指标Table 1Basic technical indicators of fiber glass grating

表2聚酯玻纤布基本性能指标Table 2Basic performance indicators of fiberglass-polyester paving mat

表3道路抗裂贴性能指标Table 3Performance indicators of DZFH road crack paste

2试验方案及加载方式

2.1试验方案

试验结构模型为：面层材料为AC-20沥青混合料，厚度为5 cm，沥青采用PG82高黏改性沥青，油石比为4.9%，骨料的级配如表4，级配满足规范要求。基层为C40普通水泥混凝土，厚度为5 cm。黏层油采用PG82高黏改性沥青，洒布量为0.95 kg/m2。每组试验进行4个平行试验，取每组试验数据的平均值作为最终结果，然后对试验数据进行综合分析。

表4AC-20各档集料通过百分率Table 4Passing percentage of each file of AC-20 aggregate

2.2加载方式

MTS疲劳加载试验采用正弦波形的循环应力加载，压头加压面积为15 cm×4 cm，加载频率为10 Hz，温度控制在(23 ± 2) ℃。为了模拟反射裂缝的实际作用模式，水泥混凝土板预切缝的接缝宽度为1 cm，试件所受压强取设计标准轴载下压强的1～3倍，即在0.7～2.1 MPa之间循环加载。当沥青层底部出现一条长度为5 cm、宽度不小于0.5 mm裂缝时所对应的加载次数为初裂疲劳加载次数；当沥青层出现一条贯穿整个面层的反射裂缝时所对应的加载次数，为终裂疲劳加载次数。

2.2.1MTS载疲劳试验

MTS疲劳加载试验分为两部分：MTS间接弯拉试验，模拟弯拉作用下DZFH抗裂贴材料防治路面反射裂缝的性能；MTS间接剪切试验，模拟剪切作用下DZFH抗裂贴防治路面反射裂缝的性能。两种模式MTS疲劳加载试验的模型如图1。

图1试验模型 Fig.1Test model

2.2.2滚动荷载疲劳试验

滚动疲劳加载试验可用于模拟复合式路面在行车荷载作用下受到的剪切-弯拉-剪切的循环作用模式，属于弯拉和剪切的综合作用形式，比MTS疲劳加载更接近于路面的实际受力情况。笔者采用车辙试验仪进行滚动疲劳加载试验(图2)，橡胶轮施加荷载提升至(1.4 ± 0.1) MPa，滚动速率为21次/min(往返计一次)，试验温度控制在(23 ± 2) ℃。

图2滚动荷载疲劳试验模型Fig.2Schematic model of rolling load fatigue test

3试验结果分析

3.1MTS间接弯拉试验

图3为MTS间接弯拉试验结果。

图3MTS弯拉试验的疲劳加载次数结果Fig.3Results of fatigue loading times in MTS flexural test

由图3可见：

1) 在MTS间接弯拉作用过程中，无土工材料的试验模型的抗弯拉性能最差，加铺玻纤格栅、聚酯玻纤布和抗裂贴后终裂疲劳加载次数均有大幅提高。表明在弯拉作用下加铺土工材料对防治反射裂缝具有重要的作用，能显著提升路面的抗反射裂缝性能。

2) 玻纤格栅防止反射裂缝初裂性能较好，聚酯玻纤布延缓反射裂缝扩展性能较好，在3种防裂材料中，道路抗裂贴防反性能最好，防止裂缝产生及延缓裂缝扩展性能都好于玻纤格栅和聚酯玻纤布。与未加铺防裂材料相比，加铺玻纤格栅、聚酯玻纤布、道路抗裂贴YN-25、道路抗裂贴YN-50这4种防裂材料，初裂疲劳加载次数分别提高了57%、34%、64%、70%；终裂疲劳加载次数分别提高了82%、106%、177%、224%。这主要是因为道路抗裂贴是复合型防裂材料，具有多重防反作用。道路抗裂贴是由上层防裂布、中间胎体和下层自黏覆盖材料组合而成，上层防裂布能够起到加筋作用，中间胎体黏结各层的同时起到应力吸收作用，下层自黏覆盖材料能够在常温下与基层水泥混凝土板良好黏结，也具有应力吸收的性能，特别是在持续极限加载阶段，抗裂贴能够很好的承受持续超载弯拉应力作用，这与抗裂贴自身的材料组成有着密切的关系，因此，抗裂贴能够很好的防治和延缓反射裂缝。

3) 道路抗裂贴抗拉强度越大，防反性能越好，但两者之间的增加量不成比例。相比加铺聚酯玻纤布、玻纤格栅和未加铺防裂材料，加铺道路抗裂贴YN-50时终裂疲劳加载次数分别提高了57%、78%、224%，而加铺道路抗裂贴YN-25时终裂疲劳加载次数分别提高了34%、52%、177%。抗裂贴YN-50的线抗拉强度不小于50 kN/m，比抗裂贴YN-25的线抗拉强度提高了1倍，但在间接弯拉作用下初裂和终裂疲劳加载次数分别提高了4%和17%。

3.2MTS间接剪切试验

图4为MTS间接剪切试验结果。

图4MTS剪切试验的疲劳加载次数结果Fig.4Results of fatigue loading times in MTS shear test

由图4可见，在剪切作用下，相比不加铺防裂材料，加铺玻纤格栅、聚酯玻纤布、抗裂贴YN-25和抗裂贴YN-50时，初裂疲劳加载次数分别提高了91%、63%、118%、143%，终裂疲劳加载次数分别提高了27%、66%、147%、197%，由此可得，3种土工材料对防治路面反射裂缝都有着一定的效果，道路抗裂贴防治反射裂缝效果最好，且抗拉作用越大，防反性能越好。原因在于，在MTS剪切作用下，在裂缝加载部位将承受很大的剪切应力。加铺道路抗裂贴可消除裂缝处的应力集中现象，达到应力重新分布的目的。因此，能较好的防治剪切型反射裂缝。

综合MTS间接弯拉和间接剪切试验结果，在弯拉作用和剪切作用下，道路抗裂贴YN-50材料的防反性能最好，其次是抗裂贴YN-25材料，好于聚酯玻纤布和玻纤格栅；与不加铺防裂材料相比，可显著提升复合式路面结构的防反性能。

3.3滚动试验

图5为滚动加载试验结果。

图5滚动疲劳加载试验次数结果Fig.5Results of fatigue loading times in rolling fatigue loading test

由图5可以得出与MTS疲劳加载试验同样的结论，即加铺防裂材料可大幅提升复合式路面的防反性能，道路抗裂贴YN-50的防反性能优于玻纤格栅和聚酯玻纤布(未进行抗裂贴YN-25材料的试验)。与不加铺防裂材料相比，加铺玻纤格栅、聚酯玻纤布、道路抗裂贴YN-50时初裂疲劳加载次数分别提高了43%、66%、120%，终裂疲劳加载次数分别提高了32%、102%、199%，再次验证了试验结果的准确性。

4结论

1) 加铺防裂材料能显著提高复合式路面防治反射裂缝的性能，对防止反射裂缝产生和延缓反射裂缝扩展效果显著。

2) 在重载交通条件下，DZFH新型道路抗裂贴防治路面反射裂缝性能良好，在防止反射裂缝产生和延缓反射裂缝扩展阶段的防反效果明显优于玻纤格栅和聚酯玻纤布，相比不加铺防裂材料可大幅提升路面的防反性能。

3) DZFH新型道路抗裂贴的抗拉强度越大，其防反性能越好，但两者之间的增加量不成比例。

4) 通过笔者的研究，结合实体工程的应用情况，建议在复合式路面实体工程中选用抗拉强度较高的DZFH新型道路抗裂贴，不仅能大幅提升复合式路面防治反射裂缝的性能，还能做到常温施工。

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(责任编辑：谭绪凯)

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

重庆市社会民生科技创新项目(cstc2015shmszx30010)

李汝凯(1989—)，男，山东泰安人，工程师，硕士，主要从事路面结构与材料方面的研究。Email：lirukai@cmhk.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.10.09