城市瀝青路面加鋪中土工合成材料應用淺析

嚴競煌

我國是在20世紀70年代由勝利油田開始正式生產道路瀝青,但一直以來都是嚴重缺乏瀝青資源的,所以早期建成的城市瀝青路面,面薄質低,需改建加鋪的大量任務也隨之而來。而據有關資料表明,應用于瀝青路面面層結構形成土工織物加筋瀝青面層,具有改善面層的物理力學特性,提高面層使用壽命等優點[1]。因此,考慮面層結構組合及瀝青面層受力特點,研究合理的選擇土工織物產品,通過合理的路面設計與施工,使織物和面層瀝青混合料合理有效地結合在一起,最終形成經濟、使用性能優良的土工織物加筋瀝青面層,用作改建加鋪層具有一定的技術與經濟價值[2]。

1 土工合成材料的一般技術要求

在舊瀝青路面、水泥混凝土路面的瀝青改建加鋪層底部或新建道路瀝青面層底鋪設土工合成材料,可在一定程度上減少或延緩舊路面裂縫反射到瀝青加鋪層,或半剛性基層對瀝青路面面層的裂縫反射[3]。主要用于改建加鋪瀝青路面的裂縫防治的土工織物應滿足表1的規定。采用的土工織物應能耐瀝青混合料的攤鋪溫度(170℃)的高溫。使用土工織物時應特別注意施工損傷導致的其實際強度的降低。土工織物具有非常大的變形特性,在減緩溫度型反射裂縫方面具有一定的效果。

2 土工合成材料物理與力學特性

表1 土工織物材料技術要求

2.1 物理特性

土工合成材料的物理特性主要從厚度、質量、高溫特性與織物瀝青吸附量四個方面描述。1)厚度。測定厚度的標準固定壓力一般為2 kPa,此厚度可用來計算土工織物的抗拉模量。常用的各種土工織物的厚度：土工織物一般為0.1 mm～5 mm,最厚的達十幾毫米。土工織物格柵的厚度隨著部位的不同而異,其肋厚一般為0.5 mm至十幾毫米。2)質量。本文從土工織物的單位面積測定其質量。它能反映材料多方面的性能,如抗拉強度、頂破強度等力學特性。常用的土工織物的單位面積質量一般在50 g/m2～1 200 g/m2之間。3)高溫特性。瀝青面層混合料為高溫施工,土工織物物理學特性應具有穩定性。由于瀝青混合料施工溫度一般在80℃～175℃,如果采用改性瀝青時,溫度會更高一些。高溫條件下,土工織物將會發生熔融現象;各種材料的熔點為聚乙烯175℃,聚丙烯175℃,聚酯和聚酰胺250℃,玻璃纖維不小于1 000℃。有時溫度雖未達到熔點,但較高,聚合物分子結構也可能會發生變化,影響材料的彈模和強度。4)織物瀝青吸附量。無紡土工布只有在吸附了一定數量的粘層油后才能形成有效的防水層,防止路表水浸入路面結構內部。粘層油太少會使織物不易被油飽和;太多則不利潛在滑移面以及易泛油。土工織物瀝青吸附量一般由廠家提供具體數據,如一般熱瀝青+土工布,最佳粘層油用量為0.095 g/cm2～0.105 g/cm2。

2.2 力學特性

土工合成材料的力學特性主要由抗拉強度和變形率,握持強度,梯形撕拉強度,頂破強度以及刺破強度等幾個方面體現。

1)抗拉強度和變形率是土工織物的主要特性指標。抗拉強度與測試織物試樣的寬度、形狀、約束條件等有關。土工織物在受力過程中截面是變化的,不易精確測定,其受力大小一般以單位寬度所承受的力來表示。目前國外大多數標準趨于條寬200 m,考慮織物變形,采用較慢的變形率,多數為10 mm/min。國內目前仍采用50 mm窄條拉伸試驗方法測試土工織物的抗拉強度。2)握持強度。握持強度反映土工織物分散集中力的能力。握持強度試驗采用的儀器一般與條帶拉伸試驗相同,但方法不同。土工布握持強度值一般為0.3 kN～6.0 kN。3)梯形撕拉強度。土工織物在鋪設與使用過程中,常常會有不同程度的破損。撕拉強度反映了試樣抵抗擴大破損裂口的能力,可以評價不同土工布被擴大破損程度的難易是土工織物應用中的重要力學指標。土工織物的梯形撕拉強度值一般為0.15 kN～30 kN。4)頂破強度。在織物加筋瀝青面層設計使用時,可采用圓球頂破試驗和CBR試驗對土工布在施工中抗頂破能力進行測試,以防止土工織物因抗施工損傷能力不夠,造成破損。5)刺破強度。刺破強度是反映土工織物抵抗小面積集中荷載如有棱角的石子或樹枝等的能力。金屬桿直徑為8 mm,桿端呈平頭,環形夾具內徑為44.5 mm。試樣大小與環形夾具相配,數量不少于10塊。

3 綜合應用

3.1 土工合成材料在舊瀝青路面改建加鋪中裂縫防治應用

應用土工合成材料防治路面裂縫,路面結構形式和厚度不應因改建加鋪了土工合成材料而改變。具體操作如下：1)土工合成材料鋪筑時,應先將一端用固定器固定,然后用機械或人力拉緊,張拉伸長率宜為1.0%～1.5%,并用固定器固定另一端。2)土工合成材料搭接與固定。玻璃纖維網橫向應搭接8 cm～10 cm,并根據攤鋪方向,將后一端壓在前一端部之下;縱向應搭接5 cm～8 cm。橫向搭接處應采用固定器固定;縱向搭接處可采用尼龍繩或鉛絲綁扎固定,固定間距不應超過1.5 m。土工織物橫向應搭接4 cm～5 cm,并根據攤鋪方向,將后一端壓在前一端部之下;縱向應搭接4 cm～5 cm。橫向搭接處應采用固定器固定;縱向可以直接用粘層油粘結。3)粘層油的使用。對于玻璃纖維網宜先鋪設,再灑布熱瀝青作粘油層,粘油層每平方米用量為 0.4 kg～0.6 kg;對土工織物應先灑布粘油層,每平方米用量為0.3 kg～0.4 kg,再鋪設土工織物,然后再灑布粘油層,每平方米0.4 kg～0.6 kg。

3.2 土工合成材料在舊水泥混凝土路面裂縫防治中的應用

根據交通部《土工合成材料應用技術規范》的建議,舊水泥混凝土路面上可直接加鋪瀝青混凝土面層,厚度宜為 6 cm～10 cm[4],而之后相應的土工合成材料的張拉、搭接與固定及粘油層的灑布等過程同3.1。

3.3 土工合成材料在新建道路路面裂縫防治中的應用

半剛性基層施工養護期間出現的收縮開裂以及碾壓混凝土路面的接縫,可采用土工合成材料進行處理,防止裂縫反射到瀝青面層。土工合成材料應置于半剛性基層與下封層(或瀝青面層)之間。

4 結語

利用土工織物大體有隔離、防滲、加筋補強、過濾排水及防護等功能,可應用在瀝青、水泥路等類型路面的加鋪養護與改建工程中,如處治翻漿路段、加鋪面層防止反射裂縫等方面,給城市道路的改善提供優良的可參考使用材料,從而提升道路的使用壽命,更經濟方便地進行城市道路維護[5]。

[1]沈金安.國外瀝青路面設計方法總匯[M].北京：人民交通出版社,2004.

[2]郭忠印,李立寒.瀝青路面施工與養護技術[M].北京：人民交通出版社,2006.

[3]張樂飛.城市道路工程[M].北京：人民交通出版社,2008.

[4]黃曉明,朱 湘.瀝青路面設計[M].北京：人民交通出版社,2002.

[5]楊 震.淺談瀝青路面裂縫及處理[J].中小企業管理與科技,2009(5)：68-71.