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摘要：半刚性基层反射裂缝的防治研究，对于深入认识沥青路面在热-水-力耦合作用下的疲劳损伤破坏具有重要意义。通过展开橡胶沥青应力吸收层路用性能试验，结合试验段应用，分析不同应力吸收层防裂效果。结果表明，橡胶沥青SAMI较玻纤格栅、聚酯玻纤布夹层的残留劲度百分比分别增加了19.04%、13.40%，抗剪强度分别提高了129.41%、73.33%，拉拔强度提高2.8-3.0倍、1.1-1.2倍；铺设橡胶沥青SAMI路面状况较好，无明显裂缝出现，较其他防裂措施效果好。因此，可广泛应用于干线公路半刚性基层反射裂缝防治。
关键词：干线公路；半刚性基层；反射裂缝；橡胶沥青SAMI
1 引言
近年来，随我国公路建设迅速发展，沥青路面已成为公路路面主要结构形式，半刚性基层因其具有较高强度和承载能力被广泛应用于路面结构[1]，由于基层水硬性材料的理化性质，易引起干缩和温缩[2-3]，导致产生裂纹。荷载-温度-水的耦合作用下，裂纹尖端产生应力集中，导致裂纹扩展，逐渐形成贯通面层的裂缝，即反射裂缝[4]。
早在20世纪60年代就已开始反射裂缝的防治研究，如美国Kohc（科氏）公司通过理论与试验相结合的方法，对应力吸收层进行大量研究[5]，提出经济有效的科氏路面防裂解决方案；Ceylan H、郑建龙等[6-7]对不同路面温度应力作用下反射裂缝的萌生、扩展进行研究；T.Krauthammer、周富杰等[8-9]基于有限元分析，研究了复合路面结构裂缝的传荷作用。尽管对基层反射裂缝的研究日益深入，但由于其沥青面层处于复杂的三维应力状态，其材料特性有较大的差别，理论计算模型过于理想化，很难与实际状况相吻合[10]。因此，研究半刚性基层反射裂缝的防治研究对提高路面耐久性，促进我国公路交通健康可持续发展具有重要意义。
本文在橡胶沥青SANI路用性能试验基础上，通过对比不同防裂措施防治效果，分析橡胶沥青SAMI防治基层反射裂缝的适用性。
2 橡胶沥青应力吸收层路用性能特征
2.1 橡胶沥青制备
（1）原材料
采用20目货车轮胎胶粉，其密度为1.15g/cm3，含水率为0.6%。基质沥青采用中海油（泰州）AH-70#道路石油沥青，其技术指标见表2.2。
（2）橡胶沥青制备
采用油浴加热，电子温控仪自动控温，温度为185±5℃，搅拌速度为1000转/min左右，胶粉产量18%，拌和时间为45min。
2.2 疲劳试验
通过四点弯曲疲劳试验，对比分析聚酯玻纤布、玻纤格栅、橡胶沥青SAMI的防裂效果，图2.1为小梁试件示意图，其中防裂夹层厚为1cm，其下为1cm沥青混合料，其上为3cm沥青混合料，裂缝宽度为0.5cm。试验温度15℃，加载为应变控制，控制应变为250με，并取小梁10万次荷载作用下劲度模量占初始模量百分比作为评价指标（若抗疲劳能力较强，则以梁的劲度模量为初始劲度的50%时的作用次数为限，见图2.2）。疲劳试验结果如图2.3所示。
2.3 剪切试验
剪切试验试样如图2.4所示，为150mm105mm的圆柱状，其中水泥稳定碎石基层为现场钻芯，切割成150mm105mm圆柱状试件，在水稳基层顶面设置夹层，再将试件放入旋转压实仪模具中，在其上面碾压成型50mm厚的AC-25混合料，试件成型按厚度控制在10.5cm，经过一定时间养生，并进行剪切试验。试验加载速率为50mm/min，试验温度分别为30℃。剪切试验结果如图2.5所示。
由图2.7可知，设玻纤格栅夹层时，拉拔强度为0.12MPa；设聚酯玻纤布夹层时，拉拔强度为0.32MPa；设橡胶沥青SAMI时，胶结料用量为1.8kg/m2的拉拔强度为0.34MPa，胶结料用量为2.4kg/m2的拉拔强度为0.35MPa，胶结料用量为3.0kg/m2的拉拔强度为0.37MPa。与铺设玻纤格栅、聚酯玻纤布夹层相比，橡胶沥青SAMI拉拔强度较大，且不同橡胶沥青洒布量对拉拔强度有一定影响，随着橡胶沥青洒布量增加，橡胶沥青应力吸收层拉拔强度逐渐增加。由图2.8可知，试件破坏前，其拉应力随试件层间位移的增加而增大，且橡胶沥青SAMI和聚酯玻纤布夹层的抗变形能力较强，可达到0.84mm，呈现出一定延缓反射裂缝扩展。
3.2 方案
为模拟反射裂缝防治效果，选出350m基层进行防裂措施试验，其中无防裂路段10m作为对照，铺设玻纤格栅夹层路段20m，铺设聚酯玻纤布夹层路算20m，铺设橡胶沥青应力吸收层路段310m。其具体铺设方法如下：
（1）玻纤格栅：用固定铁皮和钢钉先将玻纤格栅一边固定在已洒布粘层沥青的基层上，再将格栅纵向拉紧并分段固定，每段长度为2～5m；
（2）聚酯玻纤布：切缝处喷洒热沥青粘层油，喷洒粘层油的横向范围要比聚酯土工布宽5～10cm，并及时铺设聚酯土工布，将其进行压实；
（3）橡胶沥青应力吸收层：将生产好的橡胶沥青，输送至沥青撒布车，保持其温度在190~200℃之间，均匀将橡胶沥青洒布在已清理的基层表面，并随时检查橡胶沥青洒布量；碎石撒布应在橡胶沥青洒布后立即进行；采用胶轮压路机进行碾压，压路机与同步碎石撒布车间距不得超过5m，防止橡胶沥青温度下降过快导致其碾压密实度不够，使其施工质量不合格。橡胶沥青应力吸收层初次碾压温度不得低于100℃。
3.3 防裂效果
通过对试验段不同防裂措施实际应用效果的跟踪观察，统计不同防裂措施下路面裂缝病害情况。通车使用一段时间之后，对试验段抗裂措施效果进行综合对比分析，其试验段路面状况如图3.1所示。由图3.1可知，无防裂措施时，路面局部出现裂缝，裂缝最大宽度为10mm；铺设玻纤格栅夹层时，沥青面层出现少量裂缝，最大缝宽4mm；铺设聚酯玻纤布夹层时，沥青路面局部出现微小裂纹，裂纹宽度较小；铺设橡胶沥青SAMI时，路面状况较好，无明显裂缝出现。
铺设防裂夹层能起到一定延缓反射裂缝延伸扩展作用。从试验段跟踪观察效果来看，铺设橡胶沥青应力吸收层能较好防治半刚性基层反射裂缝的扩展，其效果优于玻纤格栅和聚酯玻纤布夹层；铺设聚酯玻纤布夹层防裂效果优于玻纤格栅夹层。
（1）与玻纤格栅和聚酯玻纤布夹层相比，橡胶沥青SAMI的疲劳寿命长，抗剪切性能优异，具有较强的粘结性能和抗变形性能；
（2）随着橡胶沥青洒布量增加，橡胶沥青SAMI拉拔强度增加；
（3）橡胶沥青应力吸收层可有效改善半刚性基层反射裂缝扩展，减少路面出现裂缝病害，其效果较玻纤格栅和聚酯玻纤布夹层好。
参考文献
[1] 黄彭, 吕伟民, 张福清, 等. 橡胶粉改性沥青混合料性能与工艺技术研究 [J]. 中国公路学报, 2001 (z1): 4-7.
[2] 肖云, 袁燕, 张肖宁. SBS微观分散状态与改性沥青性能的关系 [J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2005(08):73-77.
[3] Transportation Research Board. Hot-Mix Asphalt Paving Handbook 2000 [M]. National Research Council, Washin-gton, D.C., 2000.
[4] Arizona Department of Transportation. Standard Specifications for Road and Bridge Construction [S]. Phoenix, AZ, 2000.
[5] 曹荣吉, 陈荣生. 橡胶沥青工艺参数对其性能影响的试验研究 [J]. 东南大学学报, 2008, 38(2): 269-273.
[6] Ceylan H, Gopalakrishnan K, Lytton R L. Neural networks modeling of stress growth in asphalt overlays due to load and thermal effects during reflection cracking [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2010, 23(3): 221-229.
[7] 郑健龙, 关宏信. 温缩型反射裂缝的热粘弹性有限元分析 [J]. 中国公路学报, 2001, 14(3): 1-5.
[8] 4th Intemational LEM Confereneeon Reflective Cracking in Pavements Research in Practiee, Ottawa, Ontarlo, Canada, March, 2000.
[9] 周富杰, 孙立军. 复合路面荷载型反射裂缝的力学分析和试验路验证 [J]. 土木工程学报, 2002, 35(1): 50-56.
[10] 王玮, 高建华, 季节, 等. 改性沥青混合料应力吸收层的材料组成与性能评价 [J]. 公路, 2005(12) : 15-17.
论文作者:郭靖宇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/20
标签：沥青论文; 橡胶论文; 裂缝论文; 夹层论文; 应力论文; 聚酯论文; 反射论文; 《基层建设》2017年第9期论文;