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土工合成材料提高交通基础设施耐久性——路面加筋
【字体: 】  【发布日期:2018-04-26 14:59】  【来源:中国土工合成材料工程协会】  【作者:秘书处】  【点击次数:

1.研究背景

    沥青混凝土路面在车辆荷载和自然环境等因素的作用下,其中沥青混合料的物理、力学性能随时间逐渐衰减,易产生龟裂、纵横向裂缝、车辙等路面病害。
  
  
    基于土工合成材料整体性强、抗拉强度高、高温性能稳定、耐久性好等优良的工程特性,在沥青混凝土面层中采用土工合成材料加筋技术可显著提高沥青路面的抗疲劳寿命、抗反射裂缝和抗高温车辙能力等。因此,采用土工合成材料加筋技术已经成为改善提升沥青混凝土路面性能的一种有效方法。
    玻璃纤维土工格栅(简称玻纤格栅)
是选用无碱玻纤纱,利用先进经编机织成基材,采用经编定向结构,并经过改性沥青涂覆处理而成的平面网络状材料。可充分利用织物中纱线强力,改善其力学性能,使其具有良好的抗拉强度、抗撕裂强度和耐蠕变性能。由于其与沥青混合料具有很高的相容性,与沥青混合料复合后可充分保护玻纤基材,提高基材的耐磨性及抗剪切能力,提升路面抵抗裂缝、车辙等病害的能力。
    聚酯玻纤布
是一种新型玻纤复合防裂材料,由玻璃纤维和聚酯纤维组成的一种复合土工合成材料,融合了玻璃纤维的强度和聚酯纤维的柔韧性、与沥青混合料有良好的相容性等特点。它通过吸收沥青材料后形成的一个结构层,具有防水耐热和耐腐的物理特性,并具有膨胀系数低、韧性好、耐蠕变性能、便于施工;其与沥青混合料层复合后能提高其低温抗裂性、抗疲劳性、抗反射性能,从而延长路面使用寿命。
    通过室内试验研究了玻纤格栅和聚酯玻纤布对沥青路面低温抗裂性和高温稳定性的改善提高。试验对比分析了无加筋层、加筋两种不同强度的玻纤土工格栅和加筋聚酯玻纤布后的路面性能。
    试验所采用的玻纤格栅抗拉强度分别为50kN/m、20kN/m,聚酯玻纤布抗拉强度为8kN/m。

2.低温抗裂试验

2.1试验方案
    通过小梁低温弯曲试验来评价加筋路面的低温抗裂性能。试验采用AC-13和AC-20两种级配沥青混合料,作为对比设计了纯沥青混合料、高强度玻纤格栅复合沥青混合料、低强度玻纤格栅复合沥青混合料及聚酯玻纤布复合沥青混合料四种结构形式。根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》先碾压成型300mm×300mm×50mm车辙板,为了符合施工现场实际情况,先制作一个车辙板试件而后在其上铺设土工合成材料,再在其上制作车辙板。车辙板成型完成后,隔日脱模后切割成250mm×35mm×30mm小梁试件,切割时注意土工材料位于车辙板中部。试验采用微控电子万能材料试验机,试验温度为-10℃,加载速率为50mm/min,试验数据由试验机自动记录。

(a) 1# 纯沥青混合料                   (b) 2#中间加低强度玻纤格栅

(c) 3#中间加高强度玻纤格栅                 (d) 4#中间加聚酯玻纤布
四种路面结构形式试件制作过程
2.2 试验结果分析
    根据试验结果计算其评价指标:抗弯拉强度、破坏时的梁底最大弯拉应变及破坏时的弯曲劲度模量
小梁低温弯曲试验结果
    根据试验结果,可以看出:
    各种路面结构类型小梁的弯拉强度指标:3#>4#>1#>2#;弯拉应变指标:3#>4#>1#>2#;劲度模量指标:2#>3#>1#>4#。加铺高强度玻纤格栅及聚酯玻纤布后试件抗弯拉强度及弯拉应变均提高,只有聚酯玻纤布加筋路面结构弯曲劲度模量减小。3#试样的弯曲劲度模量较1#试样增加了6.8%,而4#的弯曲劲度模量比1#试样减小了6.0%。可见,在抗低温裂缝方面聚酯玻纤布比玻纤格栅加筋效果会更好一些。
    沥青混凝土路面材料的脆性由于土工合成材料的韧性而得到缓解,土工合成材料铺设在沥青面层中,提高了面层内的横向拉伸强度。当试件底部拉应力超过沥青混凝土拉伸强度后底层出现裂缝,裂缝延伸到土工合成材料处时,由于土工合成材料的存在改变了裂缝尖端的受力状况,使得应力集中得到分散,限制了裂缝的扩展。说明土工合成材料加筋路面具有良好的韧性,即低温抗裂能力。

3.高温抗车辙试验

3.1试验方案
    试验采用上层为AC-13、下层为AC-20材料,试样尺寸为300×300×100mm车辙板,试样制备方法与小梁弯曲试验相同。试验采用双轮自动车辙试验仪,试验温度为60℃,轮压为0.7MPa,试验数据由试验机自动记录。
    试验通过板块状试件与车轮之间的反复相对运动,使试件在车轮的重复荷载作用下,在规定的温度条件下,产生压密、剪切、推移和流动而形成辙槽,以辙槽的深度RD(mm)和动稳定度DS(每产生1mm辙槽所需碾压次数)来评价沥青混合料在规定温度下抵抗塑性流动变形的能力。
3.2 试验结果分析

  复合沥青路面结构高温稳定性试验结果
    根据试验结果可以看出:路面中加入土工合成材料后,车辙深度大小依次为2#>1#>4#>3#,动稳定度大小依次为3#>4#>2#>1#。因此,加入高强度玻纤格栅或聚酯玻纤布后可明显减小车辙深度,增大其动稳定度。
采用一定强度玻纤格栅加筋沥青混凝土可显著提高沥青路面的高温稳定性。加入玻纤格栅后,格栅与沥青混合料之间由于网孔产生的相互嵌锁作用限制了集料的移动、抑制了塑性变形的累积,从而保持了矿质骨架的稳定。聚酯玻纤布会降低面层之间的结合力,与沥青混合料的整体性结合弱于玻纤格栅。

4.结束语

分析上述试验结果可得到如下结论:
 玻纤格栅和聚酯玻纤布加筋均能提高路面的低温抗裂性和高温抗车辙性。
 低强度玻纤格栅做加筋材料,对沥青混凝土路面的性能改善不明显。
 玻纤格栅加筋路面的高温稳定性优于聚酯玻纤布加筋路面。
 玻纤格栅加筋路面的低温抗裂性劣于聚酯玻纤布加筋路面。


撰稿:杨广庆

 审核:吕  鹏

 编辑:程凤娟


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