新型防裂基布應用于新疆公路養護工程的效果研究

宿松亞， 謝海巍， 劉尊青， 田斌

(1.新疆農業大學 交通與物流工程學院， 新疆 烏魯木齊 830052；2.天鼎豐聚丙烯材料技術有限公司， 山東 德州 253000)

新疆地區氣候具有夏季溫度高、冬季溫度低、晝夜溫差大等特點，對瀝青路面帶來了嚴酷考驗。同時新疆長期以來綠洲經濟、強基薄面的設計特點，半剛性基層干線道路占比在95%以上。目前，反射裂縫已成為新疆公路半剛性基層瀝青路面最常見的病害之一，而且由于交通量及載重增加，在重載的反復作用下，路面反射裂縫日趨嚴重。

在病害處治方面，Emiliano Pasquini等提出合理選擇和應用優化的土工格柵加筋瀝青膜可顯著提高瀝青路面的抗反射裂縫能力；辛順超等通過試驗驗證了鋪設防裂基布能使瀝青砼路面耐疲勞損傷性能得到提高，有效延緩反射裂縫的產生；張晶等通過試驗段鋪筑驗證了路面結構中加鋪防裂基布能減少或抑制反射裂縫的產生；饒斌等為防止反射裂縫產生，結合工程實踐提出了基于防裂基布夾層的瀝青路面施工質量控制體系；嚴勝紅結合工程實例分析防裂基布防反射裂縫的防護性能，表明防裂基布能有效分擔水平荷載，延緩由基層反射裂縫而引起的開裂破壞。實際工程中也普遍通過在路面結構中設置土工合成材料夾層來延緩和抑制反射裂縫。但針對這方面的研究多采用室內試驗、理論分析或軟件模擬、實地施工質量控制研究等，對于實際應用于道路中一段時間后防裂效果的分析研究較少。為較好反映新疆不同氣候、不同區域道路下新型防裂基布的路用性能，該文選擇具有代表性的南疆G3012高速公路路段K230—K24、北疆省道S223路段K0—K37進行調研，分析公路養護中使用防裂基布的路面防裂效果。

1 新型防裂基布的性能

1.1 防裂基布的技術指標

新型防裂基布為100%聚丙烯連續長絲材料，是一種聚合物高分子材料，具有低延伸性和高抗拉強度，特別是能和瀝青黏結層形成牢固的增強型復合材料。其材料結構是各向同性的，不同于常見的紡織性結構，完全可以便利地被粉碎，可實現路面材料的再生循環使用。在實驗室對防裂基布材料的物理、力學指標及熔融、玻璃化溫度等熱力學指標進行測試，各項檢測結果均滿足規范要求(見表1)。

表1 新型防裂基布的技術指標試驗結果

1.2 防裂基布室內外試驗結果

制作標準試件，在規范試驗條件下進行疲勞試驗，驗證防裂基布的抗疲勞性能，同時利用現場足尺抗裂性能試驗檢測室外鋪設防裂基布的防裂效果。

(1) 疲勞試驗中試件隨荷載增加的位移變化。疲勞試驗測試中，未鋪設防裂基布試件在施加均勻持續荷載至3 500 N時完全裂開，產生最大位移約8 mm；鋪設防裂基布試件在施加均勻持續荷載至7 000 N時完全裂開，產生最大位移約10.2 mm(見圖1)。

圖1 疲勞試驗位移變化

(2) 疲勞試驗中試件隨荷載作用次數增加產生的疲勞損壞。未鋪設防裂基布試件疲勞破壞時作用次數為1 800次，鋪設防裂基布試件疲勞破壞時作用次數為4 800次(見圖2)，后者疲勞破壞作用次數是前者的2.7倍，鋪設防裂基布試件表現出良好的抗疲勞性能。

圖2 疲勞試驗中試件疲勞損壞情況

(3) 現場足尺抗裂性能試驗結果。隨著試驗尺度的升級，對防裂基布各項試驗結果進行定性評價，評定結果見表2，均為有效果。

綜上，使用防裂基布試件的抵抗變形能力和抗疲勞損壞能力遠大于未使用防裂基布試件，表明防裂基布的防裂效果良好。現場足尺抗裂性能試驗也驗證了防裂基布的防裂效果。

表2 新型防裂基布現場足尺抗裂性能試驗結果

2 防裂基布使用效果分析

2.1 調研路段概況

省道S223線路：2016年對K0—K37段實施大中修養護，其中K0—K31段主要養護方案為局部路段挖除原瀝青面層作罩面處理或采用同步碎石封層，K31—K37段中修罩面采用5 cmAC-16C瀝青砼面層+新型防裂基布。

G3012線路：2017年對K230—K240段進行維修養護，其中K230+000—K237+965段采用加鋪5 cmARAC-16C中粒式橡膠瀝青砼+新型防裂基布方案，K237+965—K240+000段采用銑刨4 cm原瀝青面層+加鋪4 cmARAC-16C中粒式橡膠瀝青砼+新型防裂基布方案。

2.2 裂縫率分析評價

采用人工調查法對S223線K31—K37段(設防裂基布)和K27—K31段(未設防裂基布)、G3012線K230—K234段(設防裂基布)和K242—K245段(未設防裂基布)的裂縫率(每公里裂縫條數)進行分析，結果見圖3、圖4。

圖3 S223道路裂縫率

圖4 G3012道路裂縫率

由圖3、圖4可知：使用防裂基布道路的裂縫率比未使用防裂基布道路的小。

2.3 道路性能評價

根據多功能綜合檢測車的檢測數據對路面損壞指數PCI、路面平整度指數RQI、路面車轍指數RDI、路面綜合評價指數PQI進行評價，結果見表3、圖5。

表3 路面使用性能指數評價結果

圖5 路面使用性能指數分布

由表3、圖5可知：1) S223的PCI值均大于80，根據JTG H20-2018《公路技術狀況評定標準》，評定為良；使用防裂基布路段(K31—K37)的PCI值均優于未使用防裂基布路段。G3012的PCI大于80，評定為良；使用防裂基布路段(K230—K235)的PCI值均大于90，評定為優。2) 兩線路的RQI、RDI值變化均較小，評定為優，主要是由于鋪設的防裂基布為功能層，并不具有結構層的作用，對路面平整度和車轍指數的影響較小。路面損壞指數與路面病害密切相關，調查路段的主要病害為裂縫類，且未使用防裂基布路段的裂縫數量多于使用防裂基布路段，與人工調查計算裂縫率結果一致。防裂基布能較好地延緩瀝青路面反射裂縫的發展。

2.4 路面層間結合分析

通過在鋪設防裂基布和未鋪設防裂基布路面的無病害處、橫縱向裂縫處鉆芯取樣，根據芯樣狀況(見圖6)對路面結構完整性進行分析。

圖6 現場芯樣

由圖6可知：1) 未鋪設防裂基布的裂縫處取出的芯樣基本無完整性，層間結合不良，裂縫自上而下貫穿整個芯樣并開裂成塊；裂縫處的芯樣多數由基層反射裂縫導致開裂，裂縫自下而上反射至路面。2) 鋪設防裂基布的裂縫處取出的芯樣完整性好，層間結合良好。溫縮裂縫處鉆芯，裂縫未貫穿整個芯樣，下面層未出現開裂情況；反射裂縫處鉆芯，反射裂縫自下而上延伸至瀝青面層底部的防裂基布層便中止，未反射至瀝青面層。表明防裂基布可有效延緩瀝青路面反射裂縫的發展，緩解路面溫縮裂縫進一步擴大，較好地解決面層和基層層間結合問題，保證路面結構的完整性。

2.5 芯樣抗剪切試驗分析

抗剪切試驗能反映面層抗剪強度，表明路面層間結合能力。在鋪設防裂基布路段選擇有代表性的病害處鉆取芯樣展開抗剪切試驗，試驗結果見表4。

表4 芯樣抗剪切試驗結果

現有研究和地方規范指出芯樣抗剪強度多小于1 MPa。由表4可知：鋪設防裂基布路段的抗剪切強度滿足這一要求，芯樣層間結合良好。

3 結論

(1) 使用防裂基布能較好地抑制瀝青路面反射裂縫的發展，降低路面裂縫率。

(2) 使用防裂基布能較好地解決面層和基層層間結合問題，保證路面結構的完整性。