羅震亞

由于半剛性基層及水泥混凝土路面強(qiáng)度高、剛度大,因其干縮性大,容易產(chǎn)生干縮裂縫,因此在半剛性基層上和水泥混凝土路面大修工程中在兩層結(jié)構(gòu)之間設(shè)置應(yīng)力吸收帶,以減緩反射裂縫的發(fā)生和發(fā)展,延長道路的使用壽命。膠粉+SBS改性瀝青是在SBS改性瀝青的基礎(chǔ)上發(fā)展起來,用作應(yīng)力吸收帶,一方面有比SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層更好的抗反射裂縫的性能,另一方面,設(shè)置應(yīng)力吸收帶對(duì)提高路面的整體承載能力十分有利,在相同的使用效果下,可適當(dāng)減薄瀝青混凝土面層的厚度,具有很好的應(yīng)用前景。

瀝青加鋪層反射裂縫擴(kuò)展過程經(jīng)歷了三個(gè)階段:第一個(gè)階段為起裂階段,瀝青加鋪層由于舊水泥混凝土路面接縫或裂縫處存在原始的缺陷,使路面結(jié)構(gòu)不完整。路面結(jié)構(gòu)在溫度荷載或交通荷載或其混合作用下產(chǎn)生的應(yīng)力和位移在接縫處不再連續(xù),并產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中;第二個(gè)階段為穩(wěn)定擴(kuò)展階段,瀝青加鋪層在外力的反復(fù)作用下引起的應(yīng)力集中,使裂縫在加鋪層的厚度方向縱向向上擴(kuò)展及在其表面橫向擴(kuò)展;第三個(gè)階段為破裂階段,瀝青加鋪層經(jīng)過溫度和交通荷載的反復(fù)作用,反射裂縫最終貫穿整個(gè)瀝青加鋪層。反射裂縫出現(xiàn)初期對(duì)路面的使用性能影響不大,但雨水的浸入使接縫、裂縫兩側(cè)的路面結(jié)構(gòu)層特別是基層和土基,在大量行車荷載反復(fù)作用下,產(chǎn)生沖刷和唧泥現(xiàn)象,造成路面結(jié)構(gòu)的脫空,相鄰板塊出現(xiàn)較大的垂直相對(duì)位移,路面結(jié)構(gòu)裂縫區(qū)域局部承載能力明顯降低,導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步破壞,縮短路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。本文采用膠粉+SBS改性瀝青和SBS改性瀝青性能對(duì)比,提出更為有效的應(yīng)力吸收材料,以用于今后的水泥混凝土大修工程中。

1 原材料性能比較

膠粉+SBS改性瀝青采用殼牌70號(hào)基質(zhì)瀝青、10%SBS改性劑、100目膠粉摻量為15%生產(chǎn)而成;SBS改性瀝青采用殼牌70號(hào)基質(zhì)瀝青和10%SBS改性劑生產(chǎn)而成。膠粉+SBS改性瀝青和SBS改性瀝青的高低溫路用性能,直接決定了瀝青性能的優(yōu)劣。采用DSR動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)來評(píng)價(jià)兩種改性瀝青的高溫性能,BBR低溫彎拉試驗(yàn)來評(píng)價(jià)兩種改性瀝青的低溫抗裂性能。其動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)和低溫彎拉試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。根據(jù)路用性能等級(jí)測(cè)試結(jié)果,其路用性能等級(jí)為PG76-22。

表1 兩種改性瀝青高低溫SHRP指標(biāo)

通過表1可以看出加入15%膠粉+10%SBS改性瀝青的高低溫性能有很大的改善,它的抗車轍因子和抗疲勞因子有很大的提高。從蠕變勁度模量方面也可看出,對(duì)溫度的變化低溫模量也不是很高,在低溫時(shí)應(yīng)力吸收的能力比10%SBS改性瀝青強(qiáng)。

2 兩種材料性能試驗(yàn)

對(duì)于應(yīng)力吸收帶,最主要的指標(biāo)為軟化點(diǎn),彈性恢復(fù)能力,抗反射裂縫的能力,所以進(jìn)行以下試驗(yàn)來評(píng)價(jià)兩種應(yīng)力吸收帶材料的性能優(yōu)劣。

2.1 軟化點(diǎn)試驗(yàn)

通過進(jìn)行軟化點(diǎn)試驗(yàn),兩種改性瀝青都有很高的軟化點(diǎn),從表2中可以看出軟化點(diǎn)都在100℃以上。從高溫方面來說,15%膠粉+10%SBS的改性瀝青抗車轍性能更加優(yōu)越。

表2 兩種瀝青的軟化點(diǎn)指標(biāo) ℃

2.2 彈性恢復(fù)試驗(yàn)

通過對(duì)5%膠粉+10%SBS改性瀝青和10%SBS改性瀝青進(jìn)行25℃彈性恢復(fù)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)15%膠粉+10%SBS改性瀝青的彈性恢復(fù)性能優(yōu)于10%SBS改性瀝青,并能滿足試驗(yàn)指標(biāo)要求(見表3)。

表3 兩種瀝青的彈性恢復(fù)指標(biāo) ℃

2.3 抗反射裂縫研究

通過分析水泥混凝土反射裂縫產(chǎn)生的機(jī)理和現(xiàn)場(chǎng)觀察,發(fā)現(xiàn)反射裂縫的產(chǎn)生主要有三種破壞形式:1)車輪反復(fù)作用下,車輪前后剪切作用引起的剪切破壞;2)溫縮裂縫的產(chǎn)生過程;3)板翹曲應(yīng)力作用下的開裂形式。

所以在室內(nèi)運(yùn)用車轍試驗(yàn)機(jī)來模擬瀝青路面反射裂縫的形成過程,試驗(yàn)方法見圖1。

表4 輪碾試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出,對(duì)于采用15%膠粉+10%SBS的改性瀝青應(yīng)力吸收帶而言,當(dāng)加載到159次時(shí)才首次在應(yīng)力吸收帶出現(xiàn)細(xì)微裂縫,并在瀝青混凝土底部也開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫;當(dāng)加載268次時(shí)裂縫上升到瀝青混凝土頂部,并在加載452次時(shí)裂縫貫通全試驗(yàn)斷面。與10%SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層相比,該結(jié)構(gòu)裂紋發(fā)展更為緩慢,裂縫分散并且不規(guī)則。兩者相同點(diǎn)為裂縫沒有集中的主裂縫,而是分布在距離水泥混凝土板縫較遠(yuǎn)的一個(gè)范圍內(nèi),從而大大提高了加鋪層結(jié)構(gòu)的抗疲勞破壞能力。

3 結(jié)語

1)對(duì)于運(yùn)用應(yīng)力吸收帶,可以很好的緩解水泥混凝土的鋸縫及斷板裂縫反射到瀝青加鋪層上來,運(yùn)用應(yīng)力吸收帶可以有效的消解水泥混凝土板塊接縫處的應(yīng)力集中現(xiàn)象,降低加鋪層內(nèi)裂縫尖端的應(yīng)力幅值,使裂縫不會(huì)很快失穩(wěn)擴(kuò)展,延緩裂縫反射的速度,提高路面的使用壽命。2)15%膠粉+10%SBS的改性瀝青應(yīng)力吸收帶的應(yīng)力吸收能力,不管從軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)能力還是抗反射裂縫的能力都遠(yuǎn)優(yōu)于10%SBS改性瀝青應(yīng)力吸收帶,但在加鋪合理厚度上有待進(jìn)一步研究。3)在水泥混凝土路面大修工程中,應(yīng)力吸收帶比應(yīng)力吸收層節(jié)約材料,只在斷板裂縫及橫縱縫上加鋪即可,但不可太厚,以免影響瀝青加鋪層的平整度。

[1] 廖衛(wèi)東,陳拴發(fā),劉云全.STRATA應(yīng)力吸收層抗疲勞特性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003(25):12.