在白加黑改造和新、旧半刚性基层路基加铺沥青路面工程中,鉴于沥青混凝土面层与基层的冷热膨胀系数和受力结构不同,如何结构性的反射裂缝就成为首要解决的问题。旧水泥混凝土板存在伸缩膨胀缝,老的水稳层存在膨胀裂缝、荷载裂缝和疲劳裂缝,当温度和荷载作用在沥青加铺层的应力**过沥青层的抗拉或抗剪强度时,就会产生反射裂缝,面层出现裂缝后,雨水就会渗入路基对路基造成破坏,路基的破坏又会反应到面层,从而造成恶性循环。道路的白加黑改造工程中,主要研究的是伸缩缝部位的温缩裂缝和剪切裂缝,目前对于反射裂缝的方法一般是在水泥混凝土和沥青混凝土层间加铺一层应力吸收层。在旧的沥青道路大中修项目上,一般是对水稳层裂缝部位直接用土工材料进行贴缝处理。局部更换水稳时,在新老水稳层结合处铺设抗裂贴。本文通过室内试验对抗裂贴的工程特性进行了研究,并结合工程案例介绍了抗裂贴在道路改造工程中的应用。
当前国内外广泛使用的有五类预防反射裂缝的方法:
⑴ 刚性土工合成材料:玻纤格栅、塑料格栅。该方案的代表有法国SAINT-GOBAIN、意大利的 Thales。主要土工材料是自粘玻纤格栅和塑料格栅。这类方案在十年代的很多工程中有过大量成功的应用。玻纤格栅和塑料格栅在道路整体加筋、抗裂、抗车辙、提高道路方面确实起到积极的作用。近年来由于生产过剩,产品质量参差不齐,导致优质的产品因价格问题没有了市场,劣质充斥,导致大量的工程出现问题。目前防裂领域已经较少建议使用。
⑵ 柔性土工合成材料:聚酯布、聚酯玻纤布、烧毛土工布、丙纶纤维布。土工布类方案早来自德国,亚洲地区早在上世纪八十年代日本已经大量的应用这项技术,典型的代表有德国的Hoechst、美国owenscorning、荷兰TenCate百利福、国内的海川股份。这些系统材料分别在道路领域占据一定的市场份额。
⑶ 膜层:SAMI橡胶沥青碎石同步,该方案早在上世纪九十年代初由壳牌在**推广,2000年后 国内有几家大的专业科研机构和公司在推广,典型的科企有重庆交科院、江苏交科院。
⑷ 半刚性或柔性应力吸收层:水稳层、沥青碎石层、碎石化技术等。
⑸ 自粘式防裂贴(抗裂贴):抗裂贴是继土工布、土工格栅、条带聚合物、聚酯玻纤布之后发展起来的一种新型复合土工合成材料,因其施工简单、快捷,经济上廉价,效果上更具针对性并与沥青混合料有良好的相容性,已经快速的得到了市场的认可。
由于旧路面层或半刚性基层的裂缝的存在,裂缝处的应力集中现象使沥青加铺层的抗拉强度或抗剪强度不足,加铺路面产生反射裂缝,因此分散裂缝处的应力集中是应力吸收贴的主要阻裂机理。铺设在基层裂缝部位或预切缝上时,由于抗裂贴基材的抗拉强度大于粘接强度,使原来集中的应力,通过防裂贴的覆盖层得到了分散,防止和缩小了面层沥青混凝土产生裂缝的可能性。当相邻的结构板块,在一定范围内上下反复剪切时,采用内增强纤维的抗裂贴具备优良的抗折性及延伸性,因此,不易使抗裂贴折断,保持抗裂贴原有的应力扩散功能。同时由于抗裂贴具有很好的自粘封闭性,隔断了地表水侵蚀裂缝内,确保基层的稳固,减少了产生裂缝的因素。
本文在借鉴国内外数家交通行业内**企业的产品技术介绍和相关研究论文,通过室内试验对抗裂贴的工程特性进行了研究。对使用抗裂贴后的沥青混合料的抗剪切变形能力、抗疲劳性能进行了室内研究分析。后结合S236省道、南京马竹线、淮安淮海路等相关沥青路面改建工程中进行试验路铺筑,研究的主要结论如下: (1)通过复合梁疲劳试验数据可以看出,在基层的既有裂缝上采用抗裂贴后其抗反射裂缝能力大幅提高,抗反射裂缝能力20倍以上于目前的传统防裂工艺,能够明显的大幅延长路面使用寿命。 (2)抗裂贴施工简单、快捷,质量监管把关容易。 (3)综合总价大幅降低达30%。
在一般车辆荷载作用下,公路三层结构的动稳定度基本取决于表层,而与中、下层关系不大。在目前广泛使用重交通道路沥青和规范规定的混合料骨料级配条件下,如果在面层下部或底面合理采用适合的防裂贴(抗裂贴),既可提高面层的抗裂、防渗性能,还可以对基层或路基承载能力的提高发挥作用,不仅能够相对节省造价和不增加施工难度,而且维修周期将有效延长,破损程度也将减轻。
根据以往实践经验为了减少或延缓新建道路基层(因干缩作用)或旧路面(各种拉应力作用)已有裂缝向上新铺面层反射,可以选用防裂贴,抗拉强度不小于8kN/m,耐温性宜在170℃以上。防裂贴或抗裂贴在面层下面实际所起的作用机理和效果是多方面的(不于反射裂缝)。
旧水泥混凝土路面上加铺沥青层较易产生反射裂缝,设置应力吸收层是目前国内普遍使用的阻止或延缓反射裂缝产生与扩展的方法,防裂贴是依靠自身的韧性和塑性变形吸收来自下层裂缝处的应力,以推迟反射裂缝的发生时间为主要目的而设置在路面结构中的一种特殊的沥青混合材料。防裂贴主要由改性沥青结合料与高性能抗拉材料混合而成,特殊的改性沥青胶结料在混合料中可以形成高弹性沥青网状结构,有很好的粘附性和防水性,尤其具有较好的抗疲劳性能,所以能够有效地推迟半刚性基层路面反射裂缝的发生。
沥青弹性恢复能力是影响高性能应力吸收层性能的重要指标。本文根据反裂贴性能要求,分别在低温下测试,结果发现防裂贴上的改性沥青弹性恢复性能较好,可用于高性能应力吸收层。防裂贴上的沥青材料柔性比普遍大于80,也满足于应力吸收层的要求。
防裂贴作为沥青面层与混凝土基层之间的夹层,如果不具备足够的抗剪强度,在车辆及温度荷载产生的剪切应力作用下将发生层间破坏,大大减少其疲劳寿命,严重影响其功能作用,造成加铺层结构提前破坏。为了保证中间层的路用性能,防裂贴材料的抗剪强度应≥0.4Mpa以达到更好的吸收应力效果。
防裂贴(抗裂贴)应用于增强沥青路面。防裂贴(抗裂贴)是种道路自粘的防裂卷材,刚度较小,拉力、延伸性较大,在路面结构中能够以较大的变形吸收应力,从而减少应力集中;防裂贴(抗裂贴)本身强度很高,能够依靠自身的强度扩散应力分布范围,承受较大的应力。从材料的受力特性出发将防裂贴(抗裂贴)定位道路防裂、防水复合型材料。目前,防裂贴(抗裂贴)广泛应用于防止路面裂缝。
防裂贴(抗裂贴)有防止沥青反射裂缝的作用:
在半刚性基层上,在有接缝的水泥混凝土路面上或已开裂的老沥青路面上铺筑沥青层后,基层的裂缝及老路面上原先的裂缝或接缝会在新铺沥青面层上相同位置重新出现“反射裂缝”,这种反射裂缝在雨水、雪水、气温和荷载作用下,使路面强度降低以至破坏。
用防裂贴(抗裂贴)对沥青路面进行加筋,使沥青路面结构层提高了对裂缝的抑制能力,对剪切破坏的抵抗能力减少了反射裂缝的数量并延缓反射裂缝产生,减少沥青路面车辙,从而延长了沥青路面结构层的疲劳寿命。
防裂贴(也叫抗裂贴)加筋沥青路面的施工工艺:
(一)防裂贴(抗裂贴)粘贴:
防裂贴(抗裂贴)是种自粘的道路防裂卷材,清扫干净路面,在路面干燥时沿路面裂缝或伸缩缝铺设防裂贴(抗裂贴),粘贴好抗裂贴后用小型压路机或滚筒压实。
(二)防裂贴(抗裂贴)搭接
遇两块防裂贴(抗裂贴)搭接,搭接宽度应不小于8cm,并压实、压平。
(三)洒布粘层油
防裂贴(抗裂贴)铺设完,再洒布热沥青作粘层油。
(四)沥青面层施工
施工车辆不得在防裂贴(抗裂贴)上转弯、急刹车,如摊铺机在其上打滑,应在粘层油上洒石屑。
抗裂贴(防裂贴)可降低混凝土板与沥青加铺层之间的粘附阻力,使二者易于蠕动-滑移,从而减少温度下降引起的反射裂缝;同时由于隔开了接缝(裂缝)端部,它也可以降低沥青加铺层地面的荷载应力。
旧混凝土路面补强时常在原有路面上加铺一层沥青罩面,当混凝土位移产生的拉应力**过沥青罩面层的抗拉强度时,罩面层就会开裂,这种裂缝即称为反射裂缝。
在旧有的水泥混凝土路面的接缝、裂缝处,其上部的新的沥青混凝土加铺层在使用的短时间内出现的对应的裂缝。抗裂贴(防裂贴)土工织物或采取其他措施以减轻反射裂缝。
反射裂缝主要原因:一方面在基层成型过程中,因基层材料失水收缩而形成规则的横向裂缝;一方面基层材料因温度骤降而发生低温收缩开裂。