本報告通過分析路面反射裂縫病害的產生機理,結合抗裂貼的材料特性,闡述玻纖抗裂貼防治路面病害的原理,并介紹玻纖抗裂貼防裂層的設置方法,總結抗裂貼施工技術,為抗裂貼的進一步推廣應用總結經驗、提供依據。
一、研究背景
反射裂縫公路路面損壞的重要病害之一。我國高等級公路的交通量大,重載多,反射裂縫更為嚴重,不論南方還是北方,反射裂縫通常在通車一、兩年后就開始出現,是導致高等級公路早期損壞的主要原因。路面裂縫不僅影響美觀,降低平整度,而且會削弱路面的整體強度。
(一)病害產生:
剛性基層和半剛性基層具有很好的力學性能、板體性及整體性,但在溫度變化及水分散失時會產生很大的收縮變形,形成基層的溫縮裂縫及干縮裂縫。鋪筑瀝青面層后,在路面荷載和溫度變化的作用下,基層的收縮裂縫會反射到瀝青面層上。
舊水泥路面加鋪:在各種舊水泥混凝土路面的改建方案中,瀝青混凝土加鋪層是最常用的措施之一。但由于水泥混凝土路面各類接縫的存在,瀝青加鋪層在接裂縫附近不可避免地產生應力集中,在溫度變化和交通荷載的作用下,當結構應力超過瀝青混凝土的強度時產生裂紋,裂紋擴展貫通至加鋪層頂面或底面,形成反射裂縫。
(二)土工合成材料:
土工合成材料是一種新型的建筑材料。它是人工合成的聚合物,如塑料、化纖、合成橡膠等為原料,制成各種類型的產品,置于土體內部、表面或各層土體之間,發揮加強或保護土體的作用。土工合成材料防治路面反射裂縫是一種行之有效的工程措施。
在路面工程應用中,可鋪放在路面各結構層的內部和各層之間,起到加筋或者隔離的作用。土工合成材料可以分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復合型土工合成材料等類型,已被廣泛應用與土木工程的各個領域。主要材料包括:
雙向土工格柵、單向土工格柵、高性能聚酯布、土工布
土工合成材料品種廣泛,工程性質也各不相同,使用效果良莠不齊。近年來發展出一種新型的土工合成材料——“玻纖高聚物抗裂貼”,是由瀝青基高分子聚合物改性的材料、高強抗拉、耐高溫、瀝青相容性好的抗拉玻纖織物復合而成。
玻纖高聚物抗裂貼
其優良的性能而受到道路部門的關注,但是對于這種新型材料的認識還不成熟,施工經驗也不足,因此加強對抗裂貼材料的研究是十分必要的,本文即是在這樣的背景下開展對抗裂貼防裂、隔水性能的研究,希望通過這些研究加深對玻纖抗裂貼的認識,總結施工經驗,為各地公路部門的應用提供一些參考。
(三)研究內容
1、結合抗裂貼的材料構成,重點分析抗裂貼的主要技術指標,并與常用的防裂土工織物進行比較,總結抗裂貼強度大、耐高溫、耐腐蝕、與瀝青相容性好的優點。
2、通過分析路面典型病害的產生機理,結合抗裂貼的材料特性,提出抗裂貼的兩大作用——防裂和隔水,闡述抗裂貼防治路面病害的原理,并介紹抗裂貼防裂隔水層的設置方法。
3、結合104國道鎮江段施工路段工程,總結抗裂貼施工技術,并對施工工程進行了后期檢測,為抗裂貼的進一步推廣應用總結經驗、提供依據。
二、玻纖高聚物抗裂貼的工程性質
2.1 玻纖高聚物抗裂貼材料簡介
2.2特性:
玻纖高聚物抗裂貼是由瀝青基高分子聚合物改性的抗拉玻纖織物復合而成。具有高強抗拉、耐高溫、防水、消能、自粘及與瀝青相容性好的特點,是將現有公路上防止裂縫的幾種措施的綜合應用。
2.3優點:
克服了單純使用土工布、玻璃纖維格柵抗裂而造成的界面性,具有抗裂、防水密封、吸收應力的作用;
克服了土工布、玻纖格柵在攤鋪過程中造成推移、折疊,影響上下結構層粘連的問題;
高抗拉強度設計使其能夠抵抗較嚴重裂縫的破壞,為水泥路面“白改黑” 處置提供很好的解決方案。
低溫柔性設計使其具有良好的抗溫縮性能,其熱穩定性保證了在高溫混合料攤鋪前后的微小形變。
2.3.1抗裂:
分隔了半剛性基層和瀝青面層,避免了瀝青層直接處于裂縫尖端的應力集中區域,由抗拉強度較高的織物本身承受較大的拉應力,降低瀝青面層底部在基層裂縫處的應力集中現象,抵抗溫縮荷載疲勞破壞,阻礙了裂縫的迅速擴展。
抗裂貼能增大基層內垂直裂縫沿界面向水平方向發展的可能性,從而延緩裂縫反射到路表的時間。
2.3.2防水:
抗裂防水膜耐高溫織物的熔點高于瀝青混合攤鋪溫度玻纖-高聚物抗裂貼鋪設在層間裂縫表面,形成一個完整的隔水防滲層,可隔斷雨雪水下滲路徑,從而減少路面水損害。
2.3.3消能:
玻纖高聚物抗裂貼中的高分子聚合物具有一定粘彈的材料,有較好的低溫柔韌性,鋪設在瀝青路面層間,相當于設置了一粘彈性層,裂縫處拉應力通過抗裂貼中高聚物層擴展到更寬范圍,起到吸收拉伸能量的作用。
2.3.4自粘:
材料具有自粘性,揭去隔離膜后粘結性能良好,采用壓路機或小型壓實設備穩壓后,與路面粘結更加牢固,無推移,能夠滿足上層瀝青混合料攤鋪施工要求。
3.1項目概況
項目所在地:G104江蘇鎮江市段,樁號在K1162+862-K1168+150。
主要道路指標:水泥混凝土路面,始建于1992年,路面寬度9-15M,全長5.288KM。平均彎沉值10.7(0.01mm),標準差2.19(0.01mm),代表彎沉值14.0(0.01mm)。接縫傳荷系數為83.6,接縫傳荷能力優良。路面RQI路面平整度指數為72.5,行駛質量“中”。
施工方案為:“白改黑”,對水泥砼病害進行處理(如水泥壓漿和換板處理),用玻纖高聚物抗裂貼(寬32至48厘米)處理所有接縫,鋪筑6cm中粒式瀝青砼下面層和4cm細粒式瀝青砼上面層。
三、玻纖高聚物抗裂貼施工技術
舊水泥板塊處理方法:凡彎沉超過0.2mm的板塊,按脫空板進行壓漿處理。對破碎板采取新板換舊板。水泥混凝土表面裂縫處理方法:寬度0.5mm以上采用壓注灌漿法,3mm輕微裂縫采用條帶罩面法補縫;相鄰板塊彎沉差大于6(0.01mm)板塊,壓漿處理;接縫填料破損進行接縫填料修補。
3.2施工工藝
工藝流程:清縫——縫處理——浦設——壓密面層
3.2.1老路處理
灌縫
3.2.4鋪筑瀝青砼
3.3工后檢測及效果評價
試驗路自施工完成后,2012年6通過CICS路況檢測車對完工后路面平整度的檢測,路面行駛質量RQI指數為95.9,行駛質量屬“優”。通車一年多來,瀝青路面平整,沒有產生反射裂縫。
(1)路面使用情況調查
全段未發現任何裂縫、車轍等病。
(2)路面彎沉
從測定結果可以看出,施工鋪設抗裂貼的路面回彈彎沉值比施工前抗裂貼的路段小,說明抗裂貼對于瀝青面層確實有加筋的作用,可以有效提高路面承載能力。
(3)施工完成后取芯效果:通過取芯觀察,抗裂防水膜與新舊瀝青結構層黏結成為完整的一體,起到了防水阻裂的預期效果。
4.1 主要結論
(1)聚酯玻纖防裂布是一種新型土工合成材料,是聚脂纖維和玻璃纖維的復合物,在聚酯纖維土工布的表面經編縱橫交錯的玻璃纖維束,融合了聚酯纖維和韌性和玻璃纖維的強度。
(2)玻纖抗裂貼具有強度大、延伸率低、與瀝青相容性好、耐高溫、耐腐蝕的優點,可用于防治路面反射裂縫、抵抗水破壞、增強路面承載能力。
(3)玻纖抗裂貼夾層可以隔離面層基層接觸,降低基層裂縫處應力集中,增大基層裂縫沿界面向水平方向發展,抑制緩解半剛性基層瀝青路面的反射裂縫現象。同時削弱面層對基層約束條件,減少溫縮裂縫的產生和發展。
(4)抗裂貼的施工工序主要包括清理基層、鋪設抗裂貼、噴灑粘層油、面層攤鋪四個步驟。為保證良好的粘結性能,一定要對基層頂面進行仔細的清理,為抗裂貼的鋪設提供一個平整清潔的工作面。
4.2 待研究的問題
(1)抗裂貼實際上是一種復合土工合成材料,它的主要技術指標仍需進一步的研究。如厚度指標包括了一部分玻璃纖維束的高度,但是實際上在工程中這一部分厚度基本不吸收瀝青粘層油,而且是嵌鎖在瀝青混凝料中的。
(2)理論上講,抗裂貼的玻璃纖維網格可以提高瀝青混凝土粒料之間的嵌鎖能力,從而提高瀝青混凝土抵抗推移變形的能力,但是如何采用試驗方法進行評價仍需進一步研究。
(3)對于抗裂貼防裂隔水的機理主要是結合病害機理和材料特性兩方面進行闡述的,仍需加強對抗裂貼在道路結構中力學響應的分析。
(4)仍需結合大量的實體工程,以總結抗裂貼的施工經驗,并通過長期的檢測工作檢驗抗裂貼的長期路用性能。