混合料,具有安全、易用等特点,由于聚合物的掺入,其抗压、抗折强度显著提高,但它的粘结强度较低,因此用它处理断板裂缝时,效果是不够理想的,对体积大而粘结强度要求不太高的修补是适用的。
其三,以聚硫环氧树脂为代表的聚合物混凝土(砂浆),其价格昂贵,但硬化很快,早期强度高,粘结强度比上述两者都高得多。我国研制的有机物修补材料品种颇多,但都存在粘度大、渗透性差、难以施工等问题。
以上三大类材料虽各有优缺点,但都难以同时满足混凝土路面对修补材料的要求。为此,广东省交通科学研究所组织科技人员全力攻关,开发了PCR混凝土路面修补材料,该材料具有早期粘结强度高、硬化速度快、粘度低、渗透性强、耐久性好、抗腐蚀性好及抗老化性强等特点,是一种很好的路面修补材料。
7 水泥混凝土板块加铺沥青层时的反射裂缝的控制
国内外普遍应用断裂力学,解释反射裂缝形成的机理,并结合有限元数值方法分析反射裂缝的产生与扩展,然而由于加盖层与原道面有联结层使道面结构只有复杂性,加之材料参数具有变异性及不易准确测定,因此理论分析解决不了反射裂缝,只能为设计提供一些参考。到目前为止,长期的理论分析研究没有给解决反射裂缝提供很好的设计方案。鉴于这种情况,各国提出了防治和延缓反射裂缝的技术途径主要有三个,其一是减少原水泥砼板缝处的竖向和水平相对位移;其二是提高加盖层沥青砼的强度和拉伸能力,其三是设置防裂层,这也是提高其承载力减少竖向和水平相对位移的必须措施。我国对防裂层的应用处于探索阶段。
7.1 加铺前的处治
加铺前仅需对几种严重的病害进行处治,如对严重破碎板,沉陷、活动的板进行修复。处置工作量宜与铺层的厚度综合考虑,因为对路面病害的处治,可提高现有路面的结构值,相应可减薄加铺层的厚度。但是,不倾向用增加加铺层厚度的方法来代替对现有路面病害的修复,况且增加铺层厚度并不能解决所有的病害,如板失去均衡支撑出现活动,缺少排水系统、唧泥等,对这些病害必须进行处治。
7.2 洒布粘层沥青
应该说在所有的刚性层上加铺沥青混凝土时,都应该在刚性层上洒布粘层沥
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青。粘层油用量过少不能全部覆盖板表面,影响面板与AC层的粘结;用量过多,则形成较厚的自由沥青将导致沥青面层泛油。洒粘层油可采用洒布汽车或小型洒布车(机)进行。
7.3 设置夹层(联结层或应力吸收层)
通常认为:温度应力引起反射裂缝的产生,并参与了其最初的扩展,而荷载应力加速了裂缝的进一步扩展。针对其机理,在板块与AC层设置夹层可预防或延缓反射裂缝产生。夹层有机织土工布、无纺土工布、沥青胶薄膜、改性沥青防水毡、土工格栅、改性(橡胶)沥青砂、沥青碎石、沥青混凝土等。而各种材料对反射裂缝的防治效果是研究人员和建设者非常关注的内容。国内外的许多专家学者对此进行了研究。
在国外,为了有效的防治反射裂缝,研究人员进行了大量的试验,并尝试了多种防治反射裂缝的措施。1976年美国佐治亚州在旧混凝土道面上,对几种土工织物防反射裂缝能力进行的试验表明:在没有应力消散层的情况下,5cm厚加层使用4年其裂缝反射率为100%,而16cm厚的加层使用4年其裂缝反射率仅为24%。可见单纯将厚度增加到16cm时,在3-4年内其防裂效果还是不错的,但仅靠增加厚度耗资巨大,超过6年反射率还是较高的,如果能与其它有效措施结合使用将会大大减少反射裂缝。此后,Courard等人应用细纤维和钢丝网对罩面层进行了加强。Botton, Caltabiano, Ishai等人对土工网格、土工织物等夹层类措施进行了试验室评价,结果显示,这类措施对防治反射裂缝有一定的效果。
国内对沥青路面的反射裂缝问题进行了较多的探讨,而对旧水泥路面上沥青混凝土罩面层这类复合结构的试验研究则很少。
长安大学通过足尺疲劳试验研究了土工织物对防止路面反射裂缝的效果,试验得出土工织物设置的合理层位为混凝土板与沥青加铺层间。在层间设土工织物时,沥青加铺层厚度越大,抵抗反射裂缝的能力越强,抑止反射裂缝的效果越好。就防止反射裂缝效果而言,无纺土工布优于有纺土工布,全幅铺设土工布优于接缝处局部铺设。
同济大学通过室内试验对此进行了较为深入的研究,并对防止反射裂缝的五种措施进行了评价,即特种金属网格SSG1(高2cm)>APP>土工隔栅(PG)>土工布
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(GT)>土工网(GG)。
空军某机场曾做过废橡胶粉沥青砼防裂层、土工布防裂层、大孔隙黑色碎石底层作为防裂层、APP改性油毡防裂层四种材料的施工试验:从现场施工实践来看,APP改性油毡贴缝具有很好的适应性,作为防裂层材料较为理想。
空军某研究所利用反射裂缝试验台架(我国首台的大型疲劳试验设备)模拟现场的道面状况和实际施工(如混合料摊铺碾压)等条件,利用APP改性油毡作防裂缝层,在室内进行足尺板的反射裂缝试验。为了研究APP的防裂效果,采用不同材料的防裂层进行对比试验,试验结果表明:在沥青砼加盖层材料与厚度相同的情况,实验方法与条件等都一样时,其APP改性油毡的防裂效果最好,它比不设防裂层的直接加铺方式疲劳载荷重复作用次数提高约7倍,比编织土工布防裂层提高约3倍,比无纺土工布提高约2倍。
北京建筑工程学院对SBS改性沥青材料应力吸收层进行了研究,采用三轴试验或直接剪切试验评价材料的抗剪强度,采用拉拔试验评价材料的粘结力,采用渗水试验评价材料的防水性能。试验研究表明,水泥混凝土板的表面特性与粘结层的抗剪强度有密切的关系,粗糙的表面使水泥板和沥青混凝土层间有更大的接触面积,形成大的接触状态,抗剪强度最大,但拉拔强度与表面特性的相关性相对较小。应力吸收层的抗剪强度均随温度变化较大,试验温度升高,抗剪强度减小, 在抗剪、粘结力和渗水性方面都能较好地满足使用要求 。
总的来说,目前对各类措施防反射效果评价缺乏系统性,所得的结论在定量上也不一致。
建议采用室内试验和室外试验结合的方法,对预采用的夹层材料的防治反射裂缝效果进行对比,同时考虑多种因素做经济分析。建设者可据此考虑用何种材料。
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