新型防裂基布应用于新疆公路养护工程的效果研究

宿松亚， 谢海巍， 刘尊青， 田斌

(1.新疆农业大学 交通与物流工程学院， 新疆 乌鲁木齐 830052；2.天鼎丰聚丙烯材料技术有限公司， 山东 德州 253000)

新疆地区气候具有夏季温度高、冬季温度低、昼夜温差大等特点，对沥青路面带来了严酷考验。同时新疆长期以来绿洲经济、强基薄面的设计特点，半刚性基层干线道路占比在95%以上。目前，反射裂缝已成为新疆公路半刚性基层沥青路面最常见的病害之一，而且由于交通量及载重增加，在重载的反复作用下，路面反射裂缝日趋严重。

在病害处治方面，Emiliano Pasquini等提出合理选择和应用优化的土工格栅加筋沥青膜可显著提高沥青路面的抗反射裂缝能力；辛顺超等通过试验验证了铺设防裂基布能使沥青砼路面耐疲劳损伤性能得到提高，有效延缓反射裂缝的产生；张晶等通过试验段铺筑验证了路面结构中加铺防裂基布能减少或抑制反射裂缝的产生；饶斌等为防止反射裂缝产生，结合工程实践提出了基于防裂基布夹层的沥青路面施工质量控制体系；严胜红结合工程实例分析防裂基布防反射裂缝的防护性能，表明防裂基布能有效分担水平荷载，延缓由基层反射裂缝而引起的开裂破坏。实际工程中也普遍通过在路面结构中设置土工合成材料夹层来延缓和抑制反射裂缝。但针对这方面的研究多采用室内试验、理论分析或软件模拟、实地施工质量控制研究等，对于实际应用于道路中一段时间后防裂效果的分析研究较少。为较好反映新疆不同气候、不同区域道路下新型防裂基布的路用性能，该文选择具有代表性的南疆G3012高速公路路段K230—K24、北疆省道S223路段K0—K37进行调研，分析公路养护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 防裂基布的技术指标

新型防裂基布为100%聚丙烯连续长丝材料，是一种聚合物高分子材料，具有低延伸性和高抗拉强度，特别是能和沥青黏结层形成牢固的增强型复合材料。其材料结构是各向同性的，不同于常见的纺织性结构，完全可以便利地被粉碎，可实现路面材料的再生循环使用。在实验室对防裂基布材料的物理、力学指标及熔融、玻璃化温度等热力学指标进行测试，各项检测结果均满足规范要求(见表1)。

表1 新型防裂基布的技术指标试验结果

1.2 防裂基布室内外试验结果

制作标准试件，在规范试验条件下进行疲劳试验，验证防裂基布的抗疲劳性能，同时利用现场足尺抗裂性能试验检测室外铺设防裂基布的防裂效果。

(1) 疲劳试验中试件随荷载增加的位移变化。疲劳试验测试中，未铺设防裂基布试件在施加均匀持续荷载至3 500 N时完全裂开，产生最大位移约8 mm；铺设防裂基布试件在施加均匀持续荷载至7 000 N时完全裂开，产生最大位移约10.2 mm(见图1)。

图1 疲劳试验位移变化

(2) 疲劳试验中试件随荷载作用次数增加产生的疲劳损坏。未铺设防裂基布试件疲劳破坏时作用次数为1 800次，铺设防裂基布试件疲劳破坏时作用次数为4 800次(见图2)，后者疲劳破坏作用次数是前者的2.7倍，铺设防裂基布试件表现出良好的抗疲劳性能。

图2 疲劳试验中试件疲劳损坏情况

(3) 现场足尺抗裂性能试验结果。随着试验尺度的升级，对防裂基布各项试验结果进行定性评价，评定结果见表2，均为有效果。

综上，使用防裂基布试件的抵抗变形能力和抗疲劳损坏能力远大于未使用防裂基布试件，表明防裂基布的防裂效果良好。现场足尺抗裂性能试验也验证了防裂基布的防裂效果。

表2 新型防裂基布现场足尺抗裂性能试验结果

2 防裂基布使用效果分析

2.1 调研路段概况

省道S223线路：2016年对K0—K37段实施大中修养护，其中K0—K31段主要养护方案为局部路段挖除原沥青面层作罩面处理或采用同步碎石封层，K31—K37段中修罩面采用5 cmAC-16C沥青砼面层+新型防裂基布。

G3012线路：2017年对K230—K240段进行维修养护，其中K230+000—K237+965段采用加铺5 cmARAC-16C中粒式橡胶沥青砼+新型防裂基布方案，K237+965—K240+000段采用铣刨4 cm原沥青面层+加铺4 cmARAC-16C中粒式橡胶沥青砼+新型防裂基布方案。

2.2 裂缝率分析评价

采用人工调查法对S223线K31—K37段(设防裂基布)和K27—K31段(未设防裂基布)、G3012线K230—K234段(设防裂基布)和K242—K245段(未设防裂基布)的裂缝率(每公里裂缝条数)进行分析，结果见图3、图4。

图3 S223道路裂缝率

图4 G3012道路裂缝率

由图3、图4可知：使用防裂基布道路的裂缝率比未使用防裂基布道路的小。

2.3 道路性能评价

根据多功能综合检测车的检测数据对路面损坏指数PCI、路面平整度指数RQI、路面车辙指数RDI、路面综合评价指数PQI进行评价，结果见表3、图5。

表3 路面使用性能指数评价结果

图5 路面使用性能指数分布

由表3、图5可知：1) S223的PCI值均大于80，根据JTG H20-2018《公路技术状况评定标准》，评定为良；使用防裂基布路段(K31—K37)的PCI值均优于未使用防裂基布路段。G3012的PCI大于80，评定为良；使用防裂基布路段(K230—K235)的PCI值均大于90，评定为优。2) 两线路的RQI、RDI值变化均较小，评定为优，主要是由于铺设的防裂基布为功能层，并不具有结构层的作用，对路面平整度和车辙指数的影响较小。路面损坏指数与路面病害密切相关，调查路段的主要病害为裂缝类，且未使用防裂基布路段的裂缝数量多于使用防裂基布路段，与人工调查计算裂缝率结果一致。防裂基布能较好地延缓沥青路面反射裂缝的发展。

2.4 路面层间结合分析

通过在铺设防裂基布和未铺设防裂基布路面的无病害处、横纵向裂缝处钻芯取样，根据芯样状况(见图6)对路面结构完整性进行分析。

图6 现场芯样

由图6可知：1) 未铺设防裂基布的裂缝处取出的芯样基本无完整性，层间结合不良，裂缝自上而下贯穿整个芯样并开裂成块；裂缝处的芯样多数由基层反射裂缝导致开裂，裂缝自下而上反射至路面。2) 铺设防裂基布的裂缝处取出的芯样完整性好，层间结合良好。温缩裂缝处钻芯，裂缝未贯穿整个芯样，下面层未出现开裂情况；反射裂缝处钻芯，反射裂缝自下而上延伸至沥青面层底部的防裂基布层便中止，未反射至沥青面层。表明防裂基布可有效延缓沥青路面反射裂缝的发展，缓解路面温缩裂缝进一步扩大，较好地解决面层和基层层间结合问题，保证路面结构的完整性。

2.5 芯样抗剪切试验分析

抗剪切试验能反映面层抗剪强度，表明路面层间结合能力。在铺设防裂基布路段选择有代表性的病害处钻取芯样展开抗剪切试验，试验结果见表4。

表4 芯样抗剪切试验结果

现有研究和地方规范指出芯样抗剪强度多小于1 MPa。由表4可知：铺设防裂基布路段的抗剪切强度满足这一要求，芯样层间结合良好。

3 结论

(1) 使用防裂基布能较好地抑制沥青路面反射裂缝的发展，降低路面裂缝率。

(2) 使用防裂基布能较好地解决面层和基层层间结合问题，保证路面结构的完整性。