鄭茂參, 杜鴻儒, 李文凱

(1.貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司， 貴州 貴陽 550002； 2.中建市政工程有限公司， 北京 100089；3.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司， 湖南 長沙 410200)

0 引言

瀝青路面具有平整、耐磨、行車舒適和維修養(yǎng)護方便等優(yōu)點，已成為高等級公路最常見的路面類型。在眾多瀝青路面結(jié)構(gòu)組合當(dāng)中，半剛性和剛性基層瀝青路面具有變形小、承載能力強、整體性良好等優(yōu)勢，因此在修筑高等級瀝青路面時常采用這2種結(jié)構(gòu)類型。然而，半剛性和剛性基層瀝青路面易產(chǎn)生反射裂縫，在交通荷載和溫度荷載的反復(fù)作用下，基層產(chǎn)生的溫度型或荷載型裂縫易擴展到面層。路面雨水易沿著裂縫進入基層和底基層，進而產(chǎn)生坑槽、脫空、沉陷等病害，嚴(yán)重影響了路面使用壽命。盡管基層裂縫的產(chǎn)生不可避免，但可以在面層與基層之間設(shè)置防裂層，以延緩瀝青面層中反射裂縫的擴展，延長路面的使用壽命[1-9]。

綜上所述，鋪設(shè)防裂層能在一定程度上延緩基層裂縫向瀝青面層擴展的速度，延長路面的使用壽命。但目前的研究多集中在防裂層的使用效果評價方面，缺少防裂效果與防裂層本身性能的相關(guān)性研究，裂縫來源尚不明確。因此，本文選擇抗裂貼作為防裂夾層進行室內(nèi)試驗研究，制作瀝青混凝土-抗裂貼-水泥混凝土的組合試件，通過滾動荷載疲勞試驗和張拉試驗，分別模擬了瀝青面層在行車荷載和溫度荷載作用下反射裂縫的發(fā)展規(guī)律，分析了抗裂貼防治這2類反射裂縫的效果，并且提出了抗裂貼的施工工藝要點，為抗裂貼的工程應(yīng)用提供參考。

1 抗裂貼的技術(shù)指標(biāo)

選用泰安路銘工程材料有限公司生產(chǎn)的4種型號抗裂貼，將其分別編號為YN20、YN30、WT20和WT30型。其中，YN型和WT型的區(qū)別在于表面增強層材料的不同，20、30的區(qū)別在于涂覆層厚度差異。依據(jù)規(guī)范《瀝青加鋪層用聚合物改性瀝青抗裂貼》(JT/T 971—2015)對4種抗裂貼進行性能測試，測試結(jié)果如表1所示。

2 實驗方案

通過制備瀝青混凝土-抗裂貼-水泥混凝土復(fù)合型試件進行試驗測試。根據(jù)反射裂縫形成、擴展的機理[10- 15]，在行車荷載作用下，反射裂縫主要由行車荷載產(chǎn)生的剪切作用所引起；而在溫度荷載作用下，反射裂縫主要由溫度荷載產(chǎn)生的張拉作用所引起。因此，采用全自動車轍儀進行行車荷載疲勞試驗，模擬抗裂貼抵抗行車荷載作用所引起的剪切作用，采用OT測試系統(tǒng)模擬抗裂貼抵抗溫度荷載作用引起的張拉作用。

表1 抗裂貼的技術(shù)指標(biāo)防裂貼編號厚度/mm單位面積質(zhì)量/(g·m-2)拉伸強度(N/50 mm)斷裂伸長率/%橫向縱向橫向縱向YN202.12 12032.932.76.66.3YN303.32 63433.433.95.86.2WT202.22 08338.338.96.06.5WT303.22 54138.539.65.96.2要求≥2.0≥2 000≥28≥28≤20%≤20%

2.1 試件制備

首先，采用30 cm×30 cm×5 cm的試模澆筑水泥混凝土板，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護28 d，使其達到規(guī)定強度。隨后將制備好的水泥板置于30 cm×30 cm×10 cm的試模中，用毛刷除去表面灰塵，其上撒布熱瀝青，瀝青用量為0.8～1.2 g/m2，隨后鋪設(shè)道路抗裂貼，利用平鏟將抗裂貼壓平。鋪設(shè)好抗裂貼后，迅速裝入熱拌AC-20瀝青混合料，將試模置于車轍板成形儀上進行上層瀝青混合料成型，試件總厚度為10 cm。其中，瀝青為90#基質(zhì)瀝青，粗集料為玄武巖材質(zhì)，細(xì)集料為石灰?guī)r機制砂，礦粉為石灰?guī)r礦粉，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥混凝土砂為河沙，瀝青混合料中最佳油石比為4.4%。

2.2 加載方式

2.2.1行車荷載型疲勞試驗

如圖1所示，將制備好的復(fù)合試件沿著試件縱向切割為300 mm×70 mm×100 mm的小梁，并在小梁試件的水泥混凝土板中央，沿寬度方向預(yù)切割寬度為3、6、9 mm，深度為50 mm的裂縫，用于模擬基層開裂。將成型的小梁試件安置于車轍儀中，按照圖1所示，在切縫的兩邊分別安置20 mm厚的橡膠墊塊和鋼墊塊，使試件在車轍儀滾輪的作用下，與切縫的上端產(chǎn)生剪切型荷載作用，用于模擬行車荷載作用所引起的疲勞效應(yīng)。實驗溫度為20 ℃，滾輪采用0.7 MPa標(biāo)準(zhǔn)橡膠輪，行走距離為230 mm，往返碾壓速度為42次/min，當(dāng)瀝青混凝土面層出現(xiàn)貫穿裂縫時停止試驗，統(tǒng)計加載次數(shù)。每組進行3個平行試件，用不加鋪抗裂貼的試件作為對比組，加載過程如圖2所示。

圖1 行車荷載型疲勞試驗加載方式(單位： mm)

圖2 行車荷載型疲勞試驗

2.2.2溫度荷載型疲勞試驗

如圖3所示，將試件切割為150 mm×70 mm×80 mm的小梁，使上層瀝青層厚度為50 mm，下層水泥層厚度為30 mm，并根據(jù)試驗要求，在水泥層中線處預(yù)切割深度為30 mm，裂縫寬分別為2、4、6 mm的試件各3塊，用于模擬基層的開裂。試驗采用美國德克薩斯州交通研究所開發(fā)的Overlay Tester(OT)張拉測試系統(tǒng)進行，將切割好的試件粘結(jié)在特制鋼質(zhì)基座上，與2塊剛基座之間的裂縫寬度相適應(yīng)，一端固定于儀器,一端連接加載系統(tǒng)，施加最大位移為0.635 mm的周期性三角波型荷載，單次試驗周期為10 s?？紤]溫度型開裂大多發(fā)生在我國北方地區(qū)，因此選取以北京為代表的華北地區(qū)一年中月最低氣溫作為試驗溫度的參考值，試驗溫度為-15 ℃，當(dāng)面層出現(xiàn)貫穿裂縫時停止加載，記錄加載的周期數(shù)。每組進行3個平行試件，用不加鋪抗裂貼的試件作為對比組，加載過程如圖4所示。

圖3 溫度荷載型疲勞試驗加載方式(單位： mm)

圖4 溫度荷載型疲勞試驗

3 實驗結(jié)果分析

3.1 行車荷載型疲勞

圖5為行車荷載型疲勞試驗結(jié)果，由圖中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，相較于未加鋪抗裂貼的復(fù)合型試件，在相同預(yù)切縫寬度下，加鋪抗裂貼試件出現(xiàn)貫穿裂縫時的行車荷載作用次數(shù)有所增加，增加幅度在7.0%～28.7%之間，表明抗裂貼對荷載型反射裂縫具有一定防治效果。同時，隨著預(yù)切縫寬度增加，加鋪相同抗裂貼試件出現(xiàn)貫穿裂縫的行車荷載作用次數(shù)減少，說明預(yù)切縫寬度增加對抗裂貼處治荷載型基層反射裂縫具有不利影響。

圖5 行車荷載型疲勞試驗結(jié)果

結(jié)合抗裂貼的性能指標(biāo)進行對比分析可知，對于同一類型抗裂貼(YN或者WT)，當(dāng)厚度和單位面積質(zhì)量變化時，試件出現(xiàn)面層貫穿裂縫時的行車荷載作用次數(shù)相差很小，說明抗裂貼的厚度和單位面積質(zhì)量變化對荷載型反射裂縫幾乎沒有影響。當(dāng)抗裂貼的單位面積質(zhì)量、厚度和斷裂長率相同，而拉伸強度不同時，抗裂貼的拉伸強度越大，出現(xiàn)荷載型反射裂縫時的行車荷載作用次數(shù)越多，說明拉伸強度大的抗裂貼具有更好的荷載型反射裂縫防治效果。

3.2 溫度荷載型疲勞

圖6為溫度荷載型疲勞試驗結(jié)果，由圖中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在不同裂縫寬度下，相較于未加鋪抗裂貼的復(fù)合型試件，加鋪4種抗裂貼試件溫度荷載作用周期次數(shù)均增加了1倍以上，這表明抗裂貼對防治溫度引起的反射裂縫具有明顯效果。當(dāng)加鋪的抗裂貼相同時，隨著裂縫寬度增加，溫度荷載作用周期次數(shù)基本不變，說明溫度型反射裂縫對于預(yù)切縫寬度并不敏感。

圖6 溫度荷載型疲勞試驗結(jié)果

對比圖6中YN20和YN30組數(shù)據(jù)可知，在相同裂縫寬度下，2種組合試件疲勞作用次數(shù)相差很小，表明二者在防治基層反射裂縫上效果相同。結(jié)合性能指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，二者的拉伸強度和斷裂伸長率相差很小，而YN30型的厚度和質(zhì)量均比YN20大，說明在一定條件下，抗裂貼的厚度和單位面積質(zhì)量對防治溫度型基層反射裂縫的效果影響不明顯。究其原因是YN20型抗裂貼涂覆層的厚度已經(jīng)能夠滿足粘結(jié)和施工性能要求，所以繼續(xù)增加涂覆層厚度并不能有效增加抗裂貼防治溫度型反射裂縫的效果。同樣，對比分析WT20和WT30型的數(shù)據(jù)可知，結(jié)果和上述結(jié)論一致。

再次對比圖6中YN組和WT組數(shù)據(jù)可知，當(dāng)裂縫寬度相同時，WT20組試件比YN20試件疲勞荷載作用次數(shù)高了約15%。結(jié)合抗裂貼的性能指標(biāo)進行分析發(fā)現(xiàn)，二者的厚度、單位面積質(zhì)量和斷裂伸張率幾乎相同，而WT20型的拉伸強度比YN20型大16%左右(橫向和縱向)，說明在抗裂貼的眾多性能指標(biāo)當(dāng)中，拉伸強度對于防止荷載型基層反射裂縫起關(guān)鍵作用。同理，對比分析YN30和WT30組數(shù)據(jù)可以得到相同的結(jié)論。這可能是因為拉伸強度越大，在行車荷載作用下，抗裂貼延緩裂縫往兩邊擴展的能力越強。

綜合試驗結(jié)果可知，抗裂貼對于荷載型疲勞裂縫和溫度型疲勞裂縫的防治均有一定效果，但對于溫度型疲勞裂縫的效果影響更加明顯，說明抗裂貼主要是用于防治溫度型反射裂縫，但也有部分防治荷載型反射裂縫的效果。這是因為在行車荷載作用下，反射裂縫主要是剪切型裂縫，而抗裂貼的功能是層間抗拉，因此對荷載型反射裂縫作用不明顯。增加抗裂貼的厚度、質(zhì)量，對于瀝青路面基層反射裂縫的防治效果沒有提升作用。而抗裂貼的拉伸強度與基層反射裂縫的防治效果成正比，抗裂貼的拉伸強度越高，防治基層反射裂縫的效果越好。因此，選用路用防治反射裂縫用抗裂貼時，應(yīng)當(dāng)在滿足規(guī)范要求的單位面積質(zhì)量、厚度和斷裂伸長率的情況下，選用拉伸強度較高的抗裂貼。

4 結(jié)論

采用4種抗裂貼制作了瀝青混凝土面層-抗裂貼-水泥混凝土基層組合試件，設(shè)計行車荷載型疲勞試驗和溫度疲勞荷載試驗，分析了裂縫寬度、抗裂貼類型和性能指標(biāo)對抗裂貼防治基層反射裂縫效果的影響，并對抗裂貼的施工要點進行了說明，結(jié)論如下：

1)抗裂貼對于荷載型基層反射裂縫的防治具有一定效果，加鋪4種抗裂貼中的任意1種后，組合試件出現(xiàn)貫穿裂縫的行車荷載次數(shù)均增加，比未加鋪試件增加了7.0%～28.7%；抗裂貼拉伸強度越大，其防治荷載型基層反射裂縫的效果越好。

2)抗裂貼可大幅度延緩溫度型基層反射裂縫向面層擴展，且其效果比荷載型明顯，加鋪后的試件溫度荷載作用周期增加了1倍以上；抗裂貼防治溫度型基層反射裂縫的效果與其拉伸強度密切相關(guān)，拉伸強度越高，效果越好。

3)根據(jù)行車荷載型疲勞試驗和溫度疲勞荷載試驗的試驗結(jié)果，推薦在滿足規(guī)范所要求的單位面積質(zhì)量、厚度和斷裂伸張率等指標(biāo)條件下，使用拉伸強度高的抗裂貼。