莫石秀，孔令云

（1.廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司，廣州　510635；2.重慶交通大學(xué)，重慶　400074）

土工材料及其加鋪位置對瀝青混合料抗裂性能影響研究

莫石秀1，孔令云2

（1.廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司，廣州510635；2.重慶交通大學(xué)，重慶400074）

通過比較玻璃纖維土工格柵、加鋪聚酯長絲燒毛土工布以及不加鋪土工格柵的試樣小梁彎曲試驗、劈裂試驗、單軸壓縮試驗、疲勞試驗，研究不同種類土工材料及其鋪設(shè)位置對瀝青混合料性能的影響。試驗分析表明：鋪設(shè)玻璃纖維格柵對瀝青混合料破壞應(yīng)變影響顯著，對其勁度模量有較大改善，且其疲勞性能也得到明顯改善；隨著溫度降低，加鋪玻璃纖維格柵后試件抗拉強(qiáng)度提高幅度明顯高于加鋪土工布的，但對其破壞應(yīng)變、勁度模量的影響不是很顯著。

道路工程；路面工程；玻璃纖維格柵；破壞應(yīng)變；勁度模量；劈裂強(qiáng)度

反射裂縫是瀝青路面普遍存在的一種病害現(xiàn)象［1-2］。目前反射裂縫主要處治方法有：增加瀝青面層厚度［3-5］；進(jìn)行半剛性材料的合理設(shè)計；控制瀝青路面設(shè)計指標(biāo)［6］；在面層和基層之間加鋪級配碎石；加鋪土工織物等［7-9］。調(diào)研發(fā)現(xiàn)［10-11］，在瀝青面層與下臥層、瀝青上面層與下面層之間鋪設(shè)1層土工材料，可減緩甚至消除面層反射裂縫、延長瀝青路面使用壽命。但是，由于瀝青路面施工時溫度約為（160±10）℃，致使土工材料褶皺、變形，以至于軟化，使其性能大幅度降低，不但難以實現(xiàn)其使用目的，有時反而會導(dǎo)致瀝青路面凹凸不平，同時還會降低其層間的粘結(jié)效果。因此，目前工程上逐漸采用玻璃纖維格柵以消除該影響?；诖?，筆者以寧夏古王路一標(biāo)段主線為依托工程，通過小梁彎曲試驗、劈裂試驗、單軸壓縮試驗、疲勞試驗，對鋪設(shè)玻璃纖維土工格柵與加鋪或不加鋪聚酯長絲燒毛土工布的瀝青混合料進(jìn)行對比分析，為實際工程應(yīng)用提供參考。

1　試驗原材料性能測試及試驗設(shè)計

1.1依托工程

本文以寧夏古王路一標(biāo)段主線為依托工程，其瀝青路面面層結(jié)構(gòu)為4 cm上面層+6 cm中面層+ 8 cm下面層的結(jié)構(gòu)，試驗用原材料、集料級配與依托工程相同。

1.2新瀝青

瀝青采用國產(chǎn)克拉瑪依石油瀝青AH-90，其基本技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　瀝青基本技術(shù)指標(biāo)

1.3粗集料

粗集料采用沙壩溝料場的集料，包含18～31、10～18、5～10 mm碎石，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2　粗集料技術(shù)指標(biāo)

1.4細(xì)集料

根據(jù)依托工程實際情況，細(xì)集料采用石屑及天然砂2種材料，見表3。

1.5礦粉

試驗采用礦粉的基本參數(shù)見表4。

1.6混合料級配

瀝青混合料配合比采用依托工程的配合比，見表5。

表3　細(xì)集料料源及密度

表4　礦粉基本技術(shù)參數(shù)

1.7試驗設(shè)計

根據(jù)依托工程瀝青面層結(jié)構(gòu)組成，試驗時，對土工材料（玻璃纖維格柵、聚酯燒毛土工布）的鋪設(shè)位置分別考慮為下面層頂部、中面層頂部。土工材料鋪設(shè)于中面層頂部時其位置接近瀝青面層1/3高度處，鋪設(shè)于下面層頂部時其位置接近瀝青面層1/2高度處。

本文主要考慮瀝青混合料的抗裂性問題，而瀝青混合料開裂產(chǎn)生原因眾多，包括瀝青混凝土低溫變形能力差、抗拉強(qiáng)度低，常溫條件下自身抗疲勞性能差等。因此，基于依托工程及瀝青混凝土加速半剛性基層瀝青路面反射裂縫的因素，本文設(shè)計了針對性試驗方案，見表6。

表5　瀝青混合料配合比組成

表6　試驗方案設(shè)計

1.8試件成型

1）輪碾成型車轍試驗板，試件尺寸350 mm× 300 mm×100 mm，分2次成型。

2）成型5 cm高試驗板，并室溫放置12 h。

3）在上述試件上鋪設(shè)玻璃纖維格柵或聚酯燒毛土工布，然后再鋪設(shè)5 cm車轍板。

4）試件切割，包括：

低溫彎曲試件、疲勞試件：250 mm×50 mm×60 mm小梁試件；

壓縮試驗試件：40 mm×40 mm×80 mm棱柱體；

劈裂試驗試件：在成型的車轍試件板上用鉆芯機(jī)鉆直徑100 mm的芯樣，然后將其切割為高45 mm的試件。

2　試驗結(jié)果及分析

根據(jù)表6試驗方案，對不同土工材料、不同加鋪位置條件下的試件進(jìn)行了抗裂特性、抗疲勞特性、抗壓特性等試驗研究。

2.1抗裂特性

彎曲試驗條件如下：

試驗溫度：-10℃；

試件：50 mm×60 mm×250 mm；

加載方式：中央單點加載，跨距為150 mm；

加載速率：50 mm/min。

試驗結(jié)果見圖1。

圖1　彎曲試驗結(jié)果

1）由圖1（a）可以看出，當(dāng)玻璃纖維格柵加鋪在瀝青面層1/3高度處時，抗拉強(qiáng)度顯著降低?？梢?，對于抗拉強(qiáng)度而言，玻璃纖維格柵鋪設(shè)位置不宜過高，格柵保護(hù)層應(yīng)有一定厚度。本次試驗中，加鋪格柵對試件抗拉強(qiáng)度的改善效果不顯著。

2）由圖1（b）可以發(fā)現(xiàn)，鋪設(shè)土工布或玻璃纖維格柵后，試件破壞應(yīng)變呈明顯上升趨勢，且隨著鋪設(shè)位置降低，改善效果更好。

3）低溫條件下，瀝青混合料勁度模量越小其變形能力越強(qiáng)，由圖1（c）可以看出，加鋪土工材料后，試件勁度模量均有顯著降低，但不同鋪設(shè)位置、不同材料對勁度模量的影響不顯著。

4）低溫彎曲試驗中的跨中撓度值可以間接反映路面承載能力情況。由圖1（d）可以發(fā)現(xiàn)，加鋪土工材料后，在同樣加載條件下，試件跨中撓度顯著減小，即加鋪土工材料后其對瀝青混合料的承載能力有顯著改善，有利于減小路面的表面彎沉。

綜上所述，在彎曲試驗中，鋪設(shè)玻璃纖維格柵效果顯著，鋪設(shè)于瀝青面層1/2高度處較好。對未出現(xiàn)裂縫的結(jié)構(gòu)，玻璃纖維格柵宜鋪設(shè)在較低層位。2.2抗疲勞特性

疲勞試驗步驟如下：靜力試驗（確定最大破壞荷載）→確定應(yīng)力比→確定應(yīng)力水平→確定施加的交變荷載（正弦波）→確定交變荷載的頻率（10 Hz），試驗結(jié)果見圖2。

圖2　疲勞試驗結(jié)果

由圖2可以看出：

1）加玻璃纖維格柵后，在同樣的應(yīng)力水平條件下，試件的疲勞壽命得到顯著提高，且應(yīng)力水平越高，疲勞壽命敏感性越低。

2）疲勞試驗過程中出現(xiàn)的試驗現(xiàn)象分析如下。

未加鋪格柵試件的疲勞試驗現(xiàn)象：在試件底面產(chǎn)生裂紋后，裂縫迅速發(fā)展至上面層瀝青混凝土，直至試件完全斷裂。裂縫發(fā)展過程中，試件底面未出現(xiàn)微小裂縫，試件發(fā)生完全斷裂。

加鋪玻璃纖維格柵試件的疲勞試驗現(xiàn)象：在底面出現(xiàn)裂縫，發(fā)展至玻璃纖維格柵處后，因為玻璃纖維格柵對裂縫處應(yīng)力的吸收作用，使裂紋發(fā)展方向發(fā)生了變化，即由豎向裂縫發(fā)展為橫向裂縫，同時試件底面出現(xiàn)大量微小裂縫。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是：當(dāng)裂紋發(fā)展至格柵處時，裂縫尖端應(yīng)力集中得到釋放，使得主裂縫發(fā)展為多條微小裂縫，從而延緩了試件開裂。

裂縫發(fā)生位置的試驗現(xiàn)象：試驗時，級配較好、不存在較大顆粒的試件，其裂縫基本均在試件跨中處產(chǎn)生；級配不好、存在個別較大顆粒的試件，裂縫一般從該較大顆粒處產(chǎn)生。由此可知，施工時應(yīng)注意礦料拌和均勻性，以有助于裂縫的緩解。

2.3抗壓特性

本文采用瀝青混合料單軸壓縮試驗研究瀝青混合料的抗壓特性，試驗條件為：試驗溫度20℃，加載速度50 mm/min，試件恒溫時間為5 h。試驗結(jié)果見圖3、表7。

1）由圖3（a）～（c）可以看出，加鋪玻璃纖維格柵、土工布2種材料對瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度和勁度模量等參數(shù)的影響不顯著，試件的破壞應(yīng)變得到了顯著改善。

2）由表7可以看出，從破壞應(yīng)變值增加量、勁度模量減小量2個指標(biāo)看，玻璃纖維格柵與土工布的效果比較接近；從對破壞應(yīng)變增加量的影響看，加鋪玻璃纖維格柵的影響顯著優(yōu)于加鋪土工布的，是加鋪土工布的2倍。綜合比較不難發(fā)現(xiàn)，加鋪玻璃纖維格柵效果顯著優(yōu)于不加格柵或加鋪土工布的。

3）對比圖3（d）、（e）可以發(fā)現(xiàn)，圖3（d）中荷載接近峰值荷載時，出現(xiàn)了撓度增加、荷載上下浮動的現(xiàn)象，圖3（e）中未鋪土工材料時則無該現(xiàn)象。由此可以看出玻璃纖維格柵對試件具有顯著加筋作用。

2.4劈裂強(qiáng)度特性

進(jìn)行了劈裂強(qiáng)度試驗，試驗條件如下：環(huán)境箱中恒溫5 h，試驗溫度-10℃時加速速率為1 mm/min，15℃時加速速率為50 mm/min。試驗方法參考JTG E20—2011試驗規(guī)程，試驗結(jié)果見圖4。

圖3　抗壓試驗結(jié)果

表7　土工材料加鋪在瀝青面層1/2高度處時壓縮試驗各指標(biāo)相對變化量匯總

圖4　劈裂強(qiáng)度試驗結(jié)果

由圖4可以看出：

1）隨著溫度降低，3種工況下試件的劈裂抗拉強(qiáng)度均得到顯著提高，加玻璃纖維格柵試件的劈裂強(qiáng)度最優(yōu)，但不加或加土工布的之差距也不顯著。

2）隨著溫度降低，加鋪玻璃纖維格柵試件抗拉強(qiáng)度提高幅度顯著優(yōu)于加鋪土工布的。

3）隨著溫度降低，3種工況對試件破壞應(yīng)變、勁度模量的影響不是很顯著。

3　結(jié)論

1）由破壞應(yīng)變指標(biāo)可知，鋪設(shè)玻璃纖維格柵對瀝青混合料低溫變形能力有顯著影響，且鋪設(shè)層位對該指標(biāo)的影響尤為顯著。加鋪玻璃纖維格柵對瀝青混合料低溫變形能力的改善是通過降低其低溫勁度模量來實現(xiàn)的，鋪設(shè)層位對該指標(biāo)的影響不顯著?？梢姡谟绊憺r青混合料低溫變形能力的體系中，不僅僅是其勁度模量決定的。

2）對土工材料而言，當(dāng)其鋪設(shè)位置偏高時，對瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度有負(fù)面影響，即會降低瀝青混合料水平方向的承載能力。

3）設(shè)鋪玻璃纖維格柵有利于改善瀝青混合料的豎向變形能力，且鋪設(shè)位置越低，效果就越顯著，而鋪設(shè)土工布則無此效果。

4）玻璃纖維格柵可有效改善瀝青混合料的疲勞性能，可使其應(yīng)力水平增加，疲勞壽命敏感性降低。

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Study on Influence of Geotextile and Its Laying Position to Anti-Cracking Performance of Asphalt Mixture

MO Shixiu1，KONG Lingyun2

By comparing bending test，cracking test，uniaxial compression test，and fatigue test on sample beams of fiber glass geo-grid，paving polyester filament singeing Geotextile and geo-grid with no paving，this paper studies influence to performance of asphalt mixture by different geotextile material and its laying position.Analysis on test results shows that laying fiber glass geo-grid has obvious influence to rupture strain of asphalt mixture which has greatly improved the stiffness modulus as well as the antifatigue performance.As temperature reduces，test samples paved with fiber glass geo-grid has better anti -tensile strength comparing with test sample paved with geo-textile cloths.However，the influence on rupture strain or stiffness modulus was not so obvious.

Road project；pavement project；fiber-glass geo-grid；rupture strain；stiffness modulus；cleavage strength

1009-6477（2016）04-0039-05

U416.217

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.009

2016-02-26

莫石秀（1978-），男，廣東省廣州市人，博士，高工。