劉溪溪， 謝海巍， 劉尊青， 宿松亞

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 交通與物流工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052)

采用半剛性基層的瀝青路面容易出現(xiàn)裂縫，尤其是反射裂縫，多通過在瀝青層和水穩(wěn)層之間加鋪土工布來(lái)緩解反射裂縫的產(chǎn)生。張晶等通過監(jiān)測(cè)基層預(yù)鋸縫對(duì)應(yīng)位置處路面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)變、變形、溫度及路面橫縫密度，對(duì)防裂基布的防裂效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)；布窮通過室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M反射裂縫的產(chǎn)生，分析了不同荷載作用次數(shù)下防裂基布的防反射裂縫效果；辛順超等以瀝青混合料黏彈性理論為基礎(chǔ)，通過彎拉和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)比分析了不同裂縫防治方案下路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度特性，結(jié)果表明采用防裂基布可提高瀝青砼路面的耐疲勞損傷性能；嚴(yán)勝紅對(duì)比分析了防裂基布復(fù)合式應(yīng)力吸收層與應(yīng)力吸收層對(duì)反射裂縫的防護(hù)性能，結(jié)果表明防裂基布的鋪設(shè)能有效分擔(dān)水平荷載，延緩由基層反射裂縫引起的開裂破壞；馮振中通過理論數(shù)值分析、室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了土工布防治瀝青路面反射裂縫方案；丁一軍等通過反射裂縫足尺試驗(yàn)評(píng)價(jià)玻璃纖維土工格柵抑制反射裂縫的效果，結(jié)果表明加入聚酯纖維和在基層與面層之間鋪設(shè)玻璃纖維格柵可抑制反射裂縫的發(fā)展；Walubita L. F.等基于瀝青混合料拉伸試驗(yàn)研究不同土工合成材料基層的抗裂性能，結(jié)果證明土工合成材料可減輕反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展；Neves J.等通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了土工合成材料在路基中的加固作用；Norambuena-Contreras J.等對(duì)土工合成材料防反射裂縫的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；Yi Chao Jue等闡述了聚酯玻璃纖維布對(duì)瀝青路面反射裂縫的防治作用。土工合成材料對(duì)延緩反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展有一定效果，但不同材料土工布的防裂效果差異有待進(jìn)一步研究。該文選取新型防裂基布(聚丙烯類)和聚酯玻璃纖維布(聚酯類)2種不同材料土工布，通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試其關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)比分析其防裂效果。

1 半剛性基層裂縫成因分析

半剛性基層裂縫可分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫。荷載型裂縫主要是由基層承受的荷載超過基層材料的抗拉強(qiáng)度而引起；非荷載型裂縫主要為干縮和溫縮裂縫，裂縫的產(chǎn)生與自身材料性能有關(guān)。經(jīng)過拌合壓實(shí)的材料由于水分蒸發(fā)和無(wú)機(jī)結(jié)合料與集料遇水發(fā)生水化反應(yīng)，混合料含水量不斷下降，引發(fā)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的體積收縮——干縮，從而導(dǎo)致裂縫。同時(shí)晝夜溫差導(dǎo)致路面基層熱脹冷縮，造成基層表面開裂?；鶎赢a(chǎn)生的裂縫尖端很容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致裂縫繼續(xù)向面層延伸，在行車荷載和溫度耦合作用下，瀝青面層層底拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致底部開裂并延伸至路面，形成反射裂縫。土工布作為功能層或夾層設(shè)置在路面結(jié)構(gòu)中，其抗拉性、抗撕裂性可較好地抵抗和分散面層層底承受的拉應(yīng)力和基層因干縮、溫縮裂縫產(chǎn)生的集中應(yīng)力，起到防裂的作用。

2 不同土工材料關(guān)鍵指標(biāo)試驗(yàn)與抗裂效果分析

新型防裂基布由100%聚丙烯(半結(jié)晶熱塑性塑料)連續(xù)玻璃纖維材料制作而成，具有低延性和高抗拉性，結(jié)合瀝青可形成牢固的增強(qiáng)復(fù)合材料；材料的各向同性使其易粉碎處理，達(dá)到路面材料循環(huán)利用的目的。聚酯玻璃纖維布是以玻璃纖維和聚酯纖維復(fù)合而成的土工材料，具有較大的強(qiáng)度，其抗高溫性能和抗蠕變性能較好，與熱瀝青結(jié)合后具有較好的黏結(jié)性和防水性，粉碎后可進(jìn)行循環(huán)再利用。不同材料土工布的物理性能和材料性能不盡相同，下面通過室內(nèi)試驗(yàn)分析2種材料的物理性質(zhì)和受力特性，研究其反射裂縫防治效果。

2.1 厚度、質(zhì)量對(duì)比分析

通過稱量測(cè)試單位面積土工合成材料在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的質(zhì)量，反映材料用量及質(zhì)量穩(wěn)定性。反映材料力學(xué)性能的厚度采用千分尺測(cè)量。測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 2種土工材料的物理性能測(cè)試結(jié)果

由表1可知：新型防裂基布的質(zhì)量小于聚酯玻璃纖維布，由質(zhì)量計(jì)算公式m=ρSh可得聚酯的密度大于聚丙烯，聚酯的密度為1.2～1.37 g/cm3，聚丙烯為0.851～0.935 g/cm3，與實(shí)際相符。在質(zhì)量、面積和厚度確定的條件下，密度大小決定含絲數(shù)量多少，材料密度越小，含絲數(shù)量越多，因而單位面積新型防裂基布的含絲數(shù)量多于聚酯玻璃纖維布。

2.2 拉伸試驗(yàn)對(duì)比分析

采用土工材料寬條拉伸試驗(yàn)測(cè)試材料抵抗拉伸斷裂的能力，以拉伸強(qiáng)度和最大負(fù)荷下材料伸長(zhǎng)率表征其抗拉性能。按照規(guī)范要求施加荷載直至試件被完全拉伸破壞，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 2種土工材料的拉伸試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知：2種土工材料的伸長(zhǎng)率為63%～65.2%，無(wú)明顯差異。新型防裂基布的縱橫向抗拉強(qiáng)度差別較小，無(wú)明顯的方向性，材料縱橫向受力均勻；而聚酯玻璃纖維布縱向抗拉強(qiáng)度為橫向的2.58倍，表現(xiàn)出明顯的方向性。在受到縱向和橫向復(fù)合應(yīng)力作用時(shí)，防裂基布縱橫向抗拉強(qiáng)度基本都能滿足，而聚酯玻璃纖維布縱向抗拉強(qiáng)度能滿足，橫向抗拉強(qiáng)度難以保障。

2.3 撕破強(qiáng)力對(duì)比分析

撕破強(qiáng)力試驗(yàn)是評(píng)價(jià)土工織物破損擴(kuò)大難易程度的重要力學(xué)指標(biāo)，反映土工材料在荷載作用下抵抗破損口不斷擴(kuò)大的能力。采用梯形法測(cè)試材料受荷載作用直至撕裂破壞時(shí)最大破壞應(yīng)力，2種材質(zhì)土工布的撕坡強(qiáng)力試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知：新型防裂基布的縱橫向撕破強(qiáng)力遠(yuǎn)高于聚酯玻璃纖維布，分別為聚酯玻璃纖維布的1.55、1.59倍。土工布抵抗破損擴(kuò)大的能力主要依靠材料的纖維數(shù)量和抗拉強(qiáng)度，纖維抗拉強(qiáng)度一定時(shí)，纖維數(shù)量增加，則抵抗撕裂的強(qiáng)度增大。新型防裂基布單位面積的含絲數(shù)量大于聚酯玻璃纖維布，在抵抗撕裂時(shí)表現(xiàn)出良好的撕破強(qiáng)力，抵抗破損擴(kuò)展的能力更好。

表3 2種土工材料的撕破強(qiáng)力試驗(yàn)結(jié)果

2.4 CBR頂破強(qiáng)力對(duì)比分析

頂破強(qiáng)力反映土工材料抵抗各種法向靜態(tài)應(yīng)力的能力。測(cè)試材料經(jīng)受頂壓荷載直至完全損壞時(shí)所用的力，結(jié)果顯示：聚酯玻璃纖維布能承受的頂破強(qiáng)力為0.427 kN；新型防裂基布能承受的頂破強(qiáng)力為1.7 kN，約為聚酯玻璃纖維布的4倍，抵抗法向靜態(tài)應(yīng)力的性能良好，優(yōu)于聚酯玻璃纖維布。

2.5 抗凍融性、抗堿性分析

土工材料的抗凍融性反映其由溫差變化引起的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度改變。通過檢測(cè)土工材料撕破強(qiáng)力、拉伸強(qiáng)度、拉伸伸長(zhǎng)率和頂破強(qiáng)力在不同凍融循環(huán)次數(shù)作用下的保持率，分析不同土工材料的抗凍性能。檢測(cè)結(jié)果見表4和圖1。由表4、圖1可知：2種土工材料在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的撕破強(qiáng)力保持率變化幅度較??；不同凍融循環(huán)次數(shù)下，新型防裂基布的頂破強(qiáng)力基本不變，而聚酯玻璃纖維布的頂破強(qiáng)力保持率逐漸下降；新型防裂基布的抗拉強(qiáng)度保持率和拉伸伸長(zhǎng)強(qiáng)度保持率下降幅度較小，而聚酯玻璃纖維布的這2個(gè)強(qiáng)度保持率下降幅度較大，尤其是縱向強(qiáng)度保持率下降明顯。新型防裂基布的抗凍融性能優(yōu)于聚酯玻璃纖維布。

圖1 不同凍融循環(huán)次數(shù)下強(qiáng)度指標(biāo)的保持率

表4 2種土工材料的抗凍融性測(cè)試結(jié)果

土工材料的抗堿性好，則能有效抵抗外界的堿性侵蝕，保障土工布的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通過抗堿性試驗(yàn)測(cè)試土工布的質(zhì)量變化率、尺寸變化率、強(qiáng)力保持率及斷裂伸長(zhǎng)保持率等指標(biāo)，結(jié)果見表5。由表5可知：2種土工材料的質(zhì)量變化和尺寸變化不大；新型防裂基布的強(qiáng)力保持率大，強(qiáng)力基本不變，而聚酯玻璃纖維布的強(qiáng)力保持率較小，強(qiáng)力下降較大；兩者的斷裂伸長(zhǎng)保持率也表現(xiàn)出較大差距。新型防裂基布的抗堿性能優(yōu)于聚酯玻璃纖維布。

表5 2種土工材料的抗堿性測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

新型防裂基布、聚酯玻璃纖維布都具有較好的拉伸強(qiáng)度，新型防裂基布縱橫向受力均勻，聚酯玻璃纖維布表現(xiàn)出明顯的方向性能；新型防裂基布能承受的縱向撕破強(qiáng)力是聚酯玻璃纖維布的1.55倍，橫向?yàn)榫埘ゲＡЮw維布的1.59倍，表現(xiàn)出良好的抗撕裂性能；新型防裂基布能承受的頂破強(qiáng)力約為聚酯玻璃纖維布的4倍，其抵抗法向靜態(tài)應(yīng)力的能力優(yōu)于聚酯玻璃纖維布；新型防裂基布的抗拉強(qiáng)度保持率和強(qiáng)力保持率均高于聚酯玻璃纖維布。綜合理論和試驗(yàn)結(jié)果，新型防裂基布的防反射裂縫能力優(yōu)于聚酯玻璃纖維布。