沥青路面拼接抗裂材料优选试验研究

邓云峰

(青海省公路建设管理局，西宁 810008)

近年来，随着青海省经济的快速发展，交通量迅速增长，现有的大多数高等级公路已经不能保证设计的服务水平，严重制约了区域经济的发展步伐。尤其是G347线都兰(安固滩)至德令哈段，交通量大，当时的设计服务水平和通行能力已经完全不能满足现有要求，对当地的经济和社会造成了不良的影响。因此，有必要对G347线都兰(安固滩)至德令哈段改建工程进行研究。

青海省的路面结构形式主要为半刚性基层和沥青面层的组合形式，而且沥青面层多以一层为主，如G347线都兰(安固滩)至德令哈段，在扩建工程路面拼接的过程中，存在新旧基层拼缝，如果拼缝处治不当，沥青加铺层的相应位置上就容易受到损伤，产生反射裂缝，加之半刚性基层会不可避免地产生反射裂缝，必须对其基层拼缝的顶面采取防裂措施，目前采取的方式主要是利用土工复合材料进行处治，诸如土工布、土工格栅(玻纤格栅)、聚酯布(聚酯玻纤布)、抗裂贴、高应力吸收膜(贴)等[1-6]。但是，由于近年来交通量越来越大，使得原来经常使用的处治材料已经不适用，新兴的抗裂缝材料给路面拼接反射裂缝的防治带来了新的选择(诸如黏砂式抗裂贴、高应力吸收膜等)。考虑已经对纵向接缝进行了系统的前期研究，确定了纵向接缝的处治方案为：水性环氧沥青与矿粉质量比例为1∶1.1，涂刷量1.2～1.4 kg/m2。基于此，本文主要对纵向接缝顶面的抗裂材料(土工布、玻纤格栅、聚酯玻纤布、抗裂贴和高应力吸收膜五种材料)作为主选方案，通过其物理性能的测试和工程实际需求，对其五种抗裂材料进行初步选择，同时采用拉拔试验、剪切试验和疲劳试验综合对其进一步优选， 确定抗裂最优材料。

1 抗裂材料初选

1.1 原材料产地及物理性能

土工布，江苏省泰安市长兴工程材料有限公司生产，EGA1玻纤格栅和TruPav聚酯玻布由常州常固土工合成材料有限公司生产，抗裂贴自泰安路铭工程材料有限公司生产，高应力吸收膜产自苏伊尔有限公司。

对土工布、玻纤格栅、聚酯玻纤布、抗裂贴和高应力吸收膜五种材料的材质特性进行试验，从横纵向拉伸强力、断裂延伸率、老化后纵向拉伸强力等方面进行初步的筛选，五种土工复合材料的各项物理指标如表1所示。

1.2 抗裂材料初选

考虑到施工过程中的高温作用，要求所采用的抗裂材料具备抗高温老化能力，因此，材料经高温老化后的物理性能也至关重要。将五种抗裂材料在135 ℃烘箱中进行2 h老化，老化过程中发现，土工布和玻纤格珊经高温作用会发生类似于塑料燃烧时的颈缩，沿纵向方向发生不同程度的缩短，平放时布边缘向内翘起，而聚酯玻纤布、抗裂贴和高应力吸收膜则不会发生此类现象。因此，考虑到现场施工条件，初步确定抗裂材料为聚酯玻纤布、抗裂贴和高应力吸收膜的一种。

表1 抗裂材料物理指标

2 抗裂材料优选

通过制备复合试件，最大程度地模拟原路面的结构，分别通过拉拔试验、剪切实验、水稳定性、疲劳试验以及综合成本因素确定抗裂最优材料。

2.1 拉拔、剪切试验

2.1.1 试验方法

拉拔、剪切试验主要考察不同的抗裂材料的黏结强度和抗剪切性能，试验过程为：在高10 cm模具中成型5 cm水泥砼板，将水泥砼板放在养护室养护7天强度形成后，用钢刷除去表层浮浆，均匀撒铺0.8～1.2 kg/m2普通热沥青黏结层，在其上分别铺设聚酯玻纤布、抗裂贴、高应力吸收膜，铺设过程要求材料不出现褶皱、转向，与黏结层沥青的黏结充分，采用轮碾法成型5 cm沥青混合料，室温下冷却，分别取芯Φ10 cm×10 cm，对芯样进行20 ℃拉拔试验、20 ℃下45°斜剪试验。其中拉拔强度和剪切强度的计算公式如下所示。

剪切强度按下式计算：

(1)

式中，T为联结层层间剪切强度；F为试件破坏时最大荷载；A为试件黏结面积。

拉拔黏结强度按下式计算：

(2)

2.1.2 试验结果及分析

(1) 拉拔试验

三种抗裂材料拉拔试验结果如表2所示。

从表2可以看出：三种材料中，高应力吸收膜的试件抗拉强度最高，抗裂贴次之，聚酯玻纤布最小。这可能与试件成型的方式有关，高应力吸收膜和抗裂贴的夹心状结构，决定了涂层热沥青可以直接接触到上层沥青混合料。在进行上层混合料碾压时，通过热沥青使上下两层的压实更充分，强度更好。

(2) 剪切试验试验

剪切试验为45°斜剪试验，剪切速率10 mm/min，设备采取自动化读取数据的方式，记录最大竖向压力并计算抗剪强度，试验结果如表3所示。

表2 复合试件拉拔强度

表3 复合试件抗剪强度

从表3可以看出：剪切试验的试验结果和拉拔试验的结果相吻合，同样是高应力吸收膜剪切强度最高，抗裂贴次之，聚酯玻纤布最小。

(3) 抗水损害性能

因为试验依托工程所处地为高海拔寒区，因此有必要考察抗裂材料的抗水损害能力。仿效冻融劈裂试验，将芯样放到-18 ℃冰箱中放置16 h，取出试件立刻放入60 ℃的恒温水槽中保持24 h，接着再放入20 ℃的恒温水槽中浸泡2 h后进行20 ℃拉拔试验、20 ℃下45°斜剪试验，试验结果如表4所示。

从表4可以看出：不管是拉拔强度还是剪切强度，冻融后其强度都发生了较大的衰减，抗裂贴的衰减程度最大，其中拉拔强度降低了40.87%，剪切强度降低了33.58%。聚酯玻纤布次之，其中拉拔强度降低了28.67%，剪切强度降低了28.69%。高应力吸收膜衰减程度最小，其中拉拔强度降低了19.06%，剪切强度降低了20.64%。

表4 冻融前后复合试件强度

2.2 疲劳试验

2.2.1 试验方法

本文通过复合试件的疲劳性能来间接的评价三种待选抗裂材料的疲劳性能。试件制备过程为：在车辙模具中预先成型5 cm普通沥青AC16。再在其上撒铺普通热沥青(0.8～1.2 kg/m2)，铺设聚酯玻纤布、抗裂贴和高应力吸收膜，利用圆辊对防裂材料进行初步碾压使粘结充分，迅速填入同于下层的沥青混合料，成型带有夹层的沥青混凝土，总厚度10 cm，待室温冷却24 h后，切割为疲劳小梁，长×宽×高=400 mm×63 mm×50 mm。抗裂材料性能的优劣以复合梁试件疲劳破坏平均次数的大小来评价，平均次数越大其抗裂性能越好。

2.2.2 试验结果及分析

疲劳试验结果如表5所示。

表5 不同抗裂材料的复合梁疲劳试验

从上表5比较可以看出：三种抗裂材料的耐久性最好的是高应力吸收膜，抗裂贴

次之，聚酯玻纤布的耐久性最差。

2.3 经济性分析

三种不同抗裂材料的成本如下表6所示(宽度按照1 m计算)。从表中可以看出：高应力吸收膜的单价最高，抗裂贴的单价适中，聚酯玻纤布的单价最低。以200 m长度为参考，计算总成本、基层顶面、聚酯玻纤布总计成本2 000元，抗裂贴3 000元，高应力吸收膜8 000元。

表6 三种抗裂材料成本比较

综合材料的拉拔试验、剪切试验、水稳定性和疲劳试验，高应力吸收膜的综合性能较好。从经济性来看，聚酯玻纤布的单价低，较其他材料有着明显的优势。从施工角度考虑，由于聚酯玻纤布厚度较薄，对撒布沥青的要求较高，如果浸渍太多粘层油，容易在机械的作用下被卷起，浸渍太薄的层间黏结力较弱。抗裂贴和高应力吸收膜(自粘)的施工较好操作。综合全面考虑，推荐依托工程采用抗裂贴或高应力吸收膜作为基层拼缝的抗裂材料，从性价比看首选抗裂贴，从耐久性考虑首选高应力吸收膜。

4 结论

(1) 项目依托工程所处地高温时段长，温差大，土工布和玻纤格珊经高温作用会发生类似于塑料燃烧时的颈缩，不适合本依托工程。

(2) 考虑到依托工程所处高海拔地区，利用拉拔试验和剪切试验，对高应力吸收膜，抗裂贴，聚酯玻纤布三种抗裂材料进行层间力学强度比较，结果显示：高应力吸收膜强度最高，抗裂贴次之，聚酯玻纤布最小。

(3) 三种抗裂材料复合梁试件的疲劳性能显示：高应力吸收膜和抗裂贴的抗裂性能较好，聚酯玻纤布的较差。

(4) 综合抗裂材料的力学性能和成本考虑，推荐依托工程采用抗裂贴或高应力吸收膜作为基层拼缝的抗裂材料，从性价比方面考虑，首选抗裂贴，从耐久性方面考虑，首选高应力吸收膜。