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摘要：通过室内往返轮载试验，对比研究了玻纤格栅、土工复合基布、聚酯玻纤布3种材料的防裂效果，以及沥青混合料级配对防裂的影响，结果表明：玻纤格栅的防裂效果最好，其次是土工复合基布，聚酯玻纤布的防裂效果相对较差；在相同条件下，SMA级配沥青混合料加铺层比AC级配沥青混合料加铺层具有更好的抗裂效果。在重载条件下，选择抗裂效果较好的防裂材料和沥青加铺层级配，可以最大限度地增加沥青加铺层的防裂效果，避免过早产生反射裂缝。

关键词：旧水泥混凝土路面；沥青加铺层；反射裂缝；土工织物夹层

概述

由于水泥混凝土路面具有施工工艺简便，耐久性好，养护维修费用少，在20世纪90年代，水泥混凝土路面在我国公路中得到广泛应用。但是，随着交通的发展，特别是重车的增加，水泥混凝土路面出现了不同程度的破坏病害，同时，人们对行车舒适性要求的提高，一些地区通过在水泥混凝土路面上加铺沥青罩面，以提高路面的舒适性。在进行水泥混凝土路面加铺沥青面层的“白改黑”的过程中，原水泥混凝土路面接缝将会反射到沥青面层上，使沥青面层的使用寿命缩短。因此防止反射裂缝成为水泥混凝土路面“白改黑”的关键技术难题，为此，国内外对防止反射裂缝的方法进行了大量的研究，其中设置应力吸收层是防治反射裂缝的常见方法。针对在复合式路面中设置应力层的方法，长安大学范振兴研究了设置应力吸收层对减少反射裂缝的必要性与有效性。苏梁，张伟等对应力吸收层进行了专门的研究，结合工程实际，在“白加黑”道路改造上应用，分析研究其作用机理和技术要点；南京林业大学高敏杰等人使用有限元软件研究了应力吸收层对反射裂缝的作用。研究结果表明，当路面中加入应力吸收层之后，路面上裂缝处的应力有所消散，反射裂缝形成的速度变慢，路面质量明显改善。浙江工业大学倪彤元等人将SBS和橡胶粉复合成复合式应力吸收层，这种材料既可防治裂缝，价格又相对便宜。哈尔滨工业大学谭忆秋等人分析了高黏性沥青的防治效果，结果发现此种应力吸收层对反射裂缝的防治明显，耐久性好，也具有良好的抗拉伸和抗低温能力，材料的稳定性较好。在国外，旧水泥混凝土加铺沥青层反射裂缝的防治的研究比国内早。比较典型的研究成果是美国公司研发的系统，系统关键技术便是应力吸收层，核心组成部分是应力吸收层和沥青罩面，可以减小路面应力以及防水。此外，在印度尼西亚，TAm公司使用了一种天然屑粒橡胶改性沥青作为应力吸收层，同时应用于水泥混凝土路面加铺沥青层上，并且将其命名为浓缩改性沥青。这种改性沥青由于具有高黏度，高软化点以及高针入度的优点，能够提高混合料的抗车辙和抗疲劳能力，可以延缓反射裂缝的产生与扩展，在亚热带、热带地区得到广泛的应用。美国密歇根州早在20世纪三十年代在沥青加铺层中加入焊接金属网丝，加筋网对防止反射裂缝的产生与扩展具有明显的效果。年，加拿大首次用纤维处治反射裂缝，纤维掺入到加铺的沥青混合料以后，孔隙率会变大，从而使用油量增多，提高了混合料的柔性，同时纤维可以加强分散和扩散路面应力。20世纪80年代，土工格栅用于复合路面的反射裂缝防治。英国公司系统地研究了聚合物格栅，在一些工程中开始采用土工格栅，并取得了良好的效果，年诺丁汉大学布朗等人研究土工格栅防治反射裂缝的原理，该研究称塑料格栅在沥青层中起到了加筋的作用，增强了沥青层的强度，同时，分散了路面上的应力，使作用在结构层上的应力变小，因此延缓了反射裂缝的发展速度，延长路面使用寿命。从上述可知，国内外对水泥混凝土路面的沥青加铺层防止反射裂缝方法从材料、结构、防裂机理等方面进行了大量研究，目前常用的方法有：(1)设置土工织物夹层：在旧水泥混凝土路面接缝或裂缝处的一定宽度范围内铺设具有足够强度的土工织物，使水泥混凝土路面接缝或裂缝处的沥青加铺层所受应力值降低，防止裂缝处出现应力集中现象，从而延缓反射裂缝传递到沥青加铺层的一种防裂方法；(2)设置应力吸收层：包括橡胶应力吸收层、美国材料公司开发的STRATA系统及由土工布、玻纤格栅与黏弹性薄膜层组合而成的复合应力吸收层，一种具有防治沥青加铺层反射裂缝的复合高强系统。这些方法对于防治水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝取得了不同的效果，但仍然没有一个完全根治反射裂缝的方法，防裂效果的差别在于延长出现剪切裂缝的时间，而不能彻底消除反射裂缝。本研究针对公路水泥混凝土路面结构及加铺改造的交通特点，通过室内试验，对比研究了不同防裂材料在不同荷载条件下防治反射裂缝的效果和影响因素，为水泥混凝土路面加铺改造设计的防裂材料选择优化提供参考。

试验原材料及性能

水泥混凝土板

试验用水泥混凝土板设计厚度5cm，采用m30水泥砂浆制作水泥板，作为模拟混凝土路面板，按满足工作性、强度、耐久性及经济性等原则对砂浆的水泥、水和细集料进行配合比设计。28d抗压强度36.6MPa。

土工织物夹层

本试验选择玻纤格栅、土工复合基布和聚酯玻纤布3种，试验用土工织物尺寸mm×mm。

AC-13和SMA-13沥青混合料面层

为研究沥青面层级配对材料防裂性能的影响，试验选择了AC-13和SMA-13级配的沥青混合料面层。AC-13和SMA-13沥青混合料的最佳油石比分别为4.7%和6.1%。

不同土工织物的抗裂性能试验研究

试验设备和模拟路面结构

为模拟车轮对接缝上防裂土工材料的作用，试验采用沥青混合料车辙试验机作为加载设备，车辙板为模拟路面结构。车辙板底部安装具有弹性的1cm厚的泡沫板材料，上面为4cm的水泥砂浆板，两块拼接，拼接处宽度6mm，模拟接缝，上面加铺5cm沥青混合料面层，模型结构总厚度10ｃm；模拟路面结构分别为无夹层、玻纤格栅、土工复合基布、聚酯玻纤布，试验温度为常温。

试件制作

(1)浇筑m30砂浆水泥板块，养护28d后取出，将水泥砂浆板放置在车辙模具内，下面垫泡沫板，两块水泥板间距6mm；(2)在水泥板上洒布黏层油，黏层油采用普通基质热沥青；(3)铺设防裂材料；(4)加铺沥青混合料并用车辙成型轮碾碾压成型。

加载测试

加载橡胶轮轮宽50mm，行走距离mm±10mm，滚动速率21次/min；为模拟不同轴载对抗裂效果的影响，施加的荷载分别为0.7MPa、1.05MPa、1.4MPa，每个结构平行试件3个。以加载次数为评价指标，根据各组结构沥青路面开裂时的加载次数评价各防裂材料的抗裂性能。

试验结果及分析

可以看出：

(1)在相同荷载作用下，SMA-13级配罩面的开裂荷载次数均显著高于AC-13级配罩面，表明SMA级配沥青混合料罩面比AC级配有较强的抗裂性能。

(2)加抗裂夹层后，沥青混合料罩面开裂荷载次数大大提高，因此，在水泥混凝土路面罩面时，在接缝、裂缝处贴防裂材料是十分必要的，可以显著延缓沥青罩面开裂的时间，从而延长沥青面层的使用寿命。

(3)三种防裂材料的结构和强度不同，抗裂效果也不同，在相同荷载作用条件下，玻纤格栅的抗裂效果最好，其次是土工复合基布，聚酯玻纤布相对较差。

(4)当轮压荷载增加1倍时，玻纤格栅防裂的AC-13罩面的开裂次数减少43.8%，土工复合基布防裂的AC-13罩面的开裂次数减少35.9%，聚酯玻纤布防裂的AC-13罩面的开裂次数减少33.6%；而SMA-13罩面的开裂次数减少分别为21.6%、30.3%和35%。对于同一种防裂材料而言，荷载对防裂效果有显著影响，当荷载增加到一定程度后，沥青面层级配和抗裂材料性能的抗裂衰减率基本相同。

结语

不同抗裂材料防治反射裂缝的效果不同，本研究的三种防裂材料试验结果表明：玻纤格栅的防裂效果最好，其次是土工复合基布，聚酯玻纤布的防裂效果相对较差；在相同条件下，SMA级配沥青混合料加铺层比AC级配沥青混合料加铺层具有更好的抗裂效果。影响抗裂效果的因素有沥青混合料级配、荷载，在确定抗裂材料时可以结合道路的交通条件，选择抗裂性能较好的沥青加铺层级配和抗裂材料，充分发挥各结构层的抗裂作用，最大限度地延长反射裂缝出现时间。