DZFH新型道路抗裂貼防反射裂縫性能研究

李汝凱，劉秘強，周剛，，王火明，，張振濤

(1.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；3.國家林業局昆明勘察設計院，云南 昆明 650216)

DZFH新型道路抗裂貼防反射裂縫性能研究

李汝凱1，劉秘強2，周剛1，2，王火明1，2，張振濤3

(1.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；3.國家林業局昆明勘察設計院，云南 昆明 650216)

為了給實體工程推薦較優的防反技術，針對重載條件下復合式路面的反射裂縫問題，選取MTS疲勞加載試驗和滾動荷載疲勞加載試驗，對DZFH新型道路抗裂貼防治復合式路面反射裂縫的性能進行了研究。試驗結果表明：在重載交通條件下，DZFH新型道路抗裂貼防治復合式路面反射裂縫性能良好，在防止反射裂縫產生和延緩反射裂縫擴展階段的防反效果明顯優于玻纖格柵和聚酯玻纖布；且道路抗裂貼自身抗拉強度越大，其防反性能越好。建議在復合式路面實體工程中選用抗拉強度較高的道路抗裂貼，不僅能提升路面防治反射裂縫的性能，還能做到常溫施工。

道路工程；DZFH新型道路抗裂貼；疲勞加載試驗；防反性能

0引言

近年來，隨著交通量的增大和汽車軸載量的增加，復合式路面結構逐漸興起。復合式路面綜合路用性能較好，面層采用瀝青混合料鋪筑而成，具有行車舒適、維修養護便捷、路面美觀等特點；基層采用水泥混凝土鋪筑而成，剛度大、變形小，具有很強的荷載承載能力。但由于復合式路面基層和面層剛度差別過大，在路面使用過程中容易產生反射裂縫，此時水會沿著裂縫進入基層或底基層，進而產生坑槽、脫空、斷板等其他損害，嚴重影響了路面的使用壽命。相關研究表明，雖然復合式路面結構的反射裂縫不可避免，但可通過加鋪防裂材料來防止和延緩反射裂縫，從而提高復合式路面的周期使用壽命[1-8]。

針對路面防反材料，國內研究者做了大量的試驗研究。凌天清等[9]采用車轍試驗儀研究了土工格柵、玻纖格柵、聚酯玻纖布、FHGS材料對路面反射裂縫的作用效果，得出FHGS和玻纖格柵材料的防裂性能基本相當，防反效果較好，明顯優于其它兩種材料；鄭大為等[10]采用有限元數值模擬方法，運用ANSYS有限元軟件，對比了加鋪土工合成材料和無土工合成材料下不同瀝青加鋪層厚度的瀝青層層底應力、彎沉值和強度因子的變化曲線，得出加鋪土工合成材料可減小瀝青層的層底應力和彎沉值，能起到防治路面反射裂縫的作用；張海偉等[11]采用動態加載試驗方法，以承載次數和提升系數為性能指標，研究了土工布夾層對防治反射裂縫性能的影響規律，結果表明，土工布夾層可使復合式路面結構抗反射裂縫的能力得到提升，可改變復合式路面結構對荷載和溫度的敏感性；周剛等[12]采用MTS疲勞加載試驗和滾動加載疲勞試驗，研究了經編復合聚酯防裂布防治復合式路面反射裂縫的作用效果，得出經編復合聚酯防裂布的防反性能明顯優于玻纖格柵和聚酯玻纖布；倪富健[13]采用MTS材料試驗機研究了聚酯玻纖布防治路面反射裂縫的性能，得出與不加鋪防裂材料或加鋪玻纖格柵相比，加鋪聚酯玻纖布的試件的防反性能得到大幅提升。

鑒于此，筆者優選了一種新型的復合型防裂材料——DZFH型道路抗裂貼，研究其防治復合式路面反射裂縫的性能。DZFH型道路抗裂貼是由“上層防裂布+中間胎體+下層自黏覆蓋材料”組合而成，上層防裂布和中間胎體都有一定的防反作用；下層為自黏材料，與水泥混凝土基層黏結良好，可做到常溫施工。筆者將模擬復合式路面實體工程，通過MTS疲勞加載試驗和滾動荷載疲勞加載試驗，研究DZFH型道路抗裂貼的防反性能。MTS疲勞加載試驗可分別模擬材料在彎拉作用和剪切作用下防治路面反射裂縫的性能，滾動荷載疲勞試驗則是模擬材料在彎拉和剪切綜合作用下防治路面反射裂縫的性能。為了增強試驗結果的說服力，筆者還選取玻纖格柵和聚酯玻纖布作為對比材料，旨在通過研究為實體工程推薦適宜的防裂材料。

1所選材料的技術指標

筆者選取了玻纖格柵、聚酯玻纖布和道路抗裂貼3種防裂材料，各材料技術指標如表1～表3。DZFH新型抗裂貼有兩種類型，一種抗拉強度大于50 kN/m(簡稱抗裂貼YN-50)，另一種抗拉強度大于25 kN/m(簡稱抗裂貼YN-25)。

表1三經三緯玻纖格柵基本技術指標Table 1Basic technical indicators of fiber glass grating

表2聚酯玻纖布基本性能指標Table 2Basic performance indicators of fiberglass-polyester paving mat

表3道路抗裂貼性能指標Table 3Performance indicators of DZFH road crack paste

2試驗方案及加載方式

2.1試驗方案

試驗結構模型為：面層材料為AC-20瀝青混合料，厚度為5 cm，瀝青采用PG82高黏改性瀝青，油石比為4.9%，骨料的級配如表4，級配滿足規范要求。基層為C40普通水泥混凝土，厚度為5 cm。黏層油采用PG82高黏改性瀝青，灑布量為0.95 kg/m2。每組試驗進行4個平行試驗，取每組試驗數據的平均值作為最終結果，然后對試驗數據進行綜合分析。

表4AC-20各檔集料通過百分率Table 4Passing percentage of each file of AC-20 aggregate

2.2加載方式

MTS疲勞加載試驗采用正弦波形的循環應力加載，壓頭加壓面積為15 cm×4 cm，加載頻率為10 Hz，溫度控制在(23 ± 2) ℃。為了模擬反射裂縫的實際作用模式，水泥混凝土板預切縫的接縫寬度為1 cm，試件所受壓強取設計標準軸載下壓強的1～3倍，即在0.7～2.1 MPa之間循環加載。當瀝青層底部出現一條長度為5 cm、寬度不小于0.5 mm裂縫時所對應的加載次數為初裂疲勞加載次數；當瀝青層出現一條貫穿整個面層的反射裂縫時所對應的加載次數，為終裂疲勞加載次數。

2.2.1MTS載疲勞試驗

MTS疲勞加載試驗分為兩部分：MTS間接彎拉試驗，模擬彎拉作用下DZFH抗裂貼材料防治路面反射裂縫的性能；MTS間接剪切試驗，模擬剪切作用下DZFH抗裂貼防治路面反射裂縫的性能。兩種模式MTS疲勞加載試驗的模型如圖1。

圖1試驗模型 Fig.1Test model

2.2.2滾動荷載疲勞試驗

滾動疲勞加載試驗可用于模擬復合式路面在行車荷載作用下受到的剪切-彎拉-剪切的循環作用模式，屬于彎拉和剪切的綜合作用形式，比MTS疲勞加載更接近于路面的實際受力情況。筆者采用車轍試驗儀進行滾動疲勞加載試驗(圖2)，橡膠輪施加荷載提升至(1.4 ± 0.1) MPa，滾動速率為21次/min(往返計一次)，試驗溫度控制在(23 ± 2) ℃。

圖2滾動荷載疲勞試驗模型Fig.2Schematic model of rolling load fatigue test

3試驗結果分析

3.1MTS間接彎拉試驗

圖3為MTS間接彎拉試驗結果。

圖3MTS彎拉試驗的疲勞加載次數結果Fig.3Results of fatigue loading times in MTS flexural test

由圖3可見：

1) 在MTS間接彎拉作用過程中，無土工材料的試驗模型的抗彎拉性能最差，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布和抗裂貼后終裂疲勞加載次數均有大幅提高。表明在彎拉作用下加鋪土工材料對防治反射裂縫具有重要的作用，能顯著提升路面的抗反射裂縫性能。

2) 玻纖格柵防止反射裂縫初裂性能較好，聚酯玻纖布延緩反射裂縫擴展性能較好，在3種防裂材料中，道路抗裂貼防反性能最好，防止裂縫產生及延緩裂縫擴展性能都好于玻纖格柵和聚酯玻纖布。與未加鋪防裂材料相比，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布、道路抗裂貼YN-25、道路抗裂貼YN-50這4種防裂材料，初裂疲勞加載次數分別提高了57%、34%、64%、70%；終裂疲勞加載次數分別提高了82%、106%、177%、224%。這主要是因為道路抗裂貼是復合型防裂材料，具有多重防反作用。道路抗裂貼是由上層防裂布、中間胎體和下層自黏覆蓋材料組合而成，上層防裂布能夠起到加筋作用，中間胎體黏結各層的同時起到應力吸收作用，下層自黏覆蓋材料能夠在常溫下與基層水泥混凝土板良好黏結，也具有應力吸收的性能，特別是在持續極限加載階段，抗裂貼能夠很好的承受持續超載彎拉應力作用，這與抗裂貼自身的材料組成有著密切的關系，因此，抗裂貼能夠很好的防治和延緩反射裂縫。

3) 道路抗裂貼抗拉強度越大，防反性能越好，但兩者之間的增加量不成比例。相比加鋪聚酯玻纖布、玻纖格柵和未加鋪防裂材料，加鋪道路抗裂貼YN-50時終裂疲勞加載次數分別提高了57%、78%、224%，而加鋪道路抗裂貼YN-25時終裂疲勞加載次數分別提高了34%、52%、177%。抗裂貼YN-50的線抗拉強度不小于50 kN/m，比抗裂貼YN-25的線抗拉強度提高了1倍，但在間接彎拉作用下初裂和終裂疲勞加載次數分別提高了4%和17%。

3.2MTS間接剪切試驗

圖4為MTS間接剪切試驗結果。

圖4MTS剪切試驗的疲勞加載次數結果Fig.4Results of fatigue loading times in MTS shear test

由圖4可見，在剪切作用下，相比不加鋪防裂材料，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布、抗裂貼YN-25和抗裂貼YN-50時，初裂疲勞加載次數分別提高了91%、63%、118%、143%，終裂疲勞加載次數分別提高了27%、66%、147%、197%，由此可得，3種土工材料對防治路面反射裂縫都有著一定的效果，道路抗裂貼防治反射裂縫效果最好，且抗拉作用越大，防反性能越好。原因在于，在MTS剪切作用下，在裂縫加載部位將承受很大的剪切應力。加鋪道路抗裂貼可消除裂縫處的應力集中現象，達到應力重新分布的目的。因此，能較好的防治剪切型反射裂縫。

綜合MTS間接彎拉和間接剪切試驗結果，在彎拉作用和剪切作用下，道路抗裂貼YN-50材料的防反性能最好，其次是抗裂貼YN-25材料，好于聚酯玻纖布和玻纖格柵；與不加鋪防裂材料相比，可顯著提升復合式路面結構的防反性能。

3.3滾動試驗

圖5為滾動加載試驗結果。

圖5滾動疲勞加載試驗次數結果Fig.5Results of fatigue loading times in rolling fatigue loading test

由圖5可以得出與MTS疲勞加載試驗同樣的結論，即加鋪防裂材料可大幅提升復合式路面的防反性能，道路抗裂貼YN-50的防反性能優于玻纖格柵和聚酯玻纖布(未進行抗裂貼YN-25材料的試驗)。與不加鋪防裂材料相比，加鋪玻纖格柵、聚酯玻纖布、道路抗裂貼YN-50時初裂疲勞加載次數分別提高了43%、66%、120%，終裂疲勞加載次數分別提高了32%、102%、199%，再次驗證了試驗結果的準確性。

4結論

1) 加鋪防裂材料能顯著提高復合式路面防治反射裂縫的性能，對防止反射裂縫產生和延緩反射裂縫擴展效果顯著。

2) 在重載交通條件下，DZFH新型道路抗裂貼防治路面反射裂縫性能良好，在防止反射裂縫產生和延緩反射裂縫擴展階段的防反效果明顯優于玻纖格柵和聚酯玻纖布，相比不加鋪防裂材料可大幅提升路面的防反性能。

3) DZFH新型道路抗裂貼的抗拉強度越大，其防反性能越好，但兩者之間的增加量不成比例。

4) 通過筆者的研究，結合實體工程的應用情況，建議在復合式路面實體工程中選用抗拉強度較高的DZFH新型道路抗裂貼，不僅能大幅提升復合式路面防治反射裂縫的性能，還能做到常溫施工。

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(責任編輯：譚緒凱)

Performance Study of Reflective Resistance Crack of DZFH Road Crack Paste

LI Rukai1，LIU Miqiang2，ZHOU Gang1，2，WANG Huoming1，2，ZHANG Zhentao3

(1.China Merchants Chongqing Communications Research & Design Institute，Chongqing 400067，P. R. China; 2.School of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P. R. China; 3.China Forest Exploration & Design Institute in Kunming，Kunming 650216，Yunnan，P. R. China)

In order to recommend better reflective resistance technology for entity engineering，MTS fatigue loading test and rolling load fatigue loading test were selected to study the performance of DZFH road crack paste on preventing and treating the reflective crack of composite pavement under the condition of overloads.The results show that new DZFH road crack paste has good performance on preventing and treating the reflective crack of composite pavement under the condition of overloads，which has a significantly better reflective resistance performance at the stage of preventing the reflection crack and delaying the crack propagation than glass fiber grid and fiberglass-polyester paving mat do.The higher the tensile strength of road crack paste，the better its reflective resistance performance.Road crack paste with high tensile strength is suggested to be used in composite pavement entity engineering，which can not only improve the performance of preventing and treating reflective cracks on the road surface，but also can carry out the construction at normal temperature.

highway engineering; DZFH road crack paste; fatigue loading test; reflective resistance performance

U416

A

1674-0696(2017)10-051-05

2016-06-21；

2017-03-23

重慶市社會民生科技創新項目(cstc2015shmszx30010)

李汝凱(1989—)，男，山東泰安人，工程師，碩士，主要從事路面結構與材料方面的研究。Email：lirukai@cmhk.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.10.09