几种不同防治反射裂缝措施室内试验模拟

摘要：针对旧水泥路面加铺沥青层易出现反射裂缝的问题，采用UTM材料试验机对工程中较为常用的几种防治反射裂缝措施和结构分别进行了脉冲荷载下的反射裂缝疲劳模拟试验，试验结果表明：层间防反措施在抑制裂缝的产生方面具有较好效果，其中尤以聚酯玻纤布与改性沥青油毛毡最为显著；AR-AC13S橡胶沥青混合料表现出了良好的抗开裂能力。

关键词：旧水泥路面；沥青加铺层；反射裂缝；疲劳试验

Abstract: The Old Cement Concrete Pavement overlay of the asphalt layer is prone to reflective cracking, the use of the the UTM material testing machine to the more commonly used in the project several measures to control reflective cracking and structure were carried out under pulse loads of reflective cracking fatigue simulation test, testthe results showed that: between layers and Counter measures to suppress the crack generation has a good effect, especially polyester fiberglass cloth and modified bitumen asphalt felt the most significant; AR-AC13S rubber asphalt mixture showed a good resistance to cracking.

Key words: old cement road; asphalt overlay; reflective cracking; fatigue test

中图分类号：TV543+.6文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

吴江90年代中期，开始大规模修建水泥路面。由于交通量的大幅度增长和和超重轴载的破坏作用，有相当一部分路面出现了路面断板、角隅断裂、错台等病害，面临着维修改造工作。

旧水泥混凝土路面加铺沥青能有效地改善旧水泥路面的使用性能，在国内外旧水泥路面改造工程中应用最多。但由于旧路面接缝、裂缝的存在，改造后的路面在经过行车荷载、温度荷载等应力作用后，沥青加铺层极易出现反射裂缝。这种裂缝，如不及时养护或修补，雨水会沿裂缝下渗，在行车荷载作用下将很快导致裂缝的碎裂和扩展，导致加铺层与旧路面的粘结丧失，沥青层的剥落和松散，使加铺层出现严重损坏，这也使得反射裂缝问题成为这一路面结构的最大问题之一。

为了研究柔性基层、橡胶沥青（AR-SAMI、AR-AC13）、聚酯玻纤布、改性沥青油毛毡及掺加聚酯纤维混合料在沥青加铺层中防止反射裂缝的实际效果，采用轮碾法分别进行了上述结构的模拟施工，并通过UTM试验机进行了不同加铺层结构反射裂缝的对比试验，模拟弯拉荷载及剪切荷载作用下加铺层结构反射裂缝的产生、发展过程，通过室内试验的模拟，评价不同加铺层结构的防裂效果，为水泥混凝土路面的加铺改造提供依据。

1 试验方案

1.1试验模型

为了模拟水泥混凝土路面沥青加铺层在荷载作用下的弯拉型和剪切型反射裂缝，采用两种试验模型，如图1和图2所示。

试件长度为30cm，宽度为15cm，水泥混凝土垫块厚度为4cm，两块混凝土垫块之间留0.5 cm宽的缝隙。模拟弯拉型反射裂缝时下垫3cm厚的橡胶板，剪切型反射裂缝模拟时右侧下垫3cm厚钢板，左侧下垫3cm橡胶板。

图1弯拉型荷载模型 图2剪切型荷载模型

1.2沥青加铺层结构类型

为了比较柔性基层、橡胶沥青（AR-SAMI、AR-AC13）、聚酯玻纤布、改性沥青油毛毡和掺加聚酯纤维混合料在沥青加铺层中防止反射裂缝的实际效果，共设计了6种室内反射裂缝疲劳试验方案，结构类型如表1所示。

表1 沥青加铺层结构类型

1.3试件制备

采用高度为10cm车辙试件模，加铺沥青层前，在试模下部4cm浇筑混凝土强度等级为C30的试块（并预先留好0.5cm宽的缝隙，垂直于轮碾方向），上表面进行打毛刻槽处理，放入养生室，养生28d。

混凝土养生结束后，对未采用防反粘结层的加铺层结构（如道路石油沥青ATB25、聚酯纤维改性沥青AC-20C），在混凝土垫块上洒布改性乳化沥青粘层油（涂刷）。待乳化沥青破乳，分别将拌制并经短期老化后的沥青混合料装入试模，用轮碾机轮碾成型。AR-SAMI、SBS改性沥青油毛毡和聚酯玻纤布均按实际施工工艺室内模拟施工。

成型后试件停放24h，待试件完全冷却后，脱模。并沿轮碾方向，在试件中间处切割。切割成两组试件，分别用于弯拉型和剪切型荷载试验。

1.4试验加载方式

采用UTM-100材料试验机，在沥青加铺层顶部沿宽度方向加条形荷载，加载面积为0.15 m×0.01m，加载强度为0.7Mpa，试验温度为15℃。加载的波形为半正弦波，加载频率为10Hz。在弯拉型和剪切型荷载的作用下，分别观测各种加铺结构反射裂缝的初裂、扩展到1cm、2cm、3cm、5cm及终裂时的疲劳荷载作用次数。

图3UTM-100试验机及试件加载示意图

2 试验用原材料

2.1沥青胶结料

试验共采用三种沥青，70号道路石油沥青、SBS改性沥青和橡胶改性沥青。其主要性质如表2、表3与表4所示。

表270号道路石油沥青试验指标

表3SBS改性沥青技术指标

表4橡胶沥青技术指标

2.2集料

本试验采用的粗集料为石灰岩与辉绿岩两种，石灰岩产地为浙江长兴，辉绿岩为湖州鹿山坞，细集料为镇江茅迪石灰岩。粗集料除AR-AC13S采用辉绿岩外，其余混合料类型均采用石灰岩。具体试验指标见表5、表6。

表5粗集料技术指标

表6细集料技术指标

2.3聚酯玻纤布

聚酯玻纤布原材料技术参数试验结果见表7。

表7聚酯玻纤布试验结果

2.4混合料级配确定

分别对ATB-25、AC-20C、AC-20C（聚酯纤维）与AR-AC13四种混合料类型进行了配合比设计，混合料级配见表8。

表8混合料级配设计结果

3 试验结果及分析

3.1试验结果

利用UTM-100试验机分别对6种加铺层结构进行了弯拉型和剪切型反射裂缝模拟试验，试验结果分别见表9与表10。

表9 弯拉荷载反射裂缝模拟试验结果

表10 剪切型荷载反射裂缝模拟试验结果

3.2试验结果分析

（1）不同组合类型防反射裂缝效果分析

由图4弯拉型试验结果可见，方案F（聚酯玻纤布+改性沥青AC-20C）防反结构表现出了较优的抗裂效果，方案E（改性沥青油毛毡+改性沥青AC-20C）其次，这两种方案在1cm以内裂缝扩展速度缓慢，2cm以后表现出了加速扩展的态势，说明两种防反措施在抑制裂缝的产生方面具有较好效果。对于采用橡胶沥青应力吸收层的方案B和方案C，试件的初裂次数基本相同，但在后期裂缝的扩展速度上表现出了差异。没有采用层间防反措施的方案A与方案D，试件的疲劳作用次数最小，试件的初裂次数也最小。