土工合成材料在沥青混凝土路面中的应用

　　摘要：本文简述当前沥青混凝土路面发展的现状，从沥青混凝土路面存在的问题和产生的原因，探讨土上合成材料在延缓反射裂缝的产生和减少沥青路面车辙形成方面的作用。

　　关键词：土工合成材料;沥青混凝土路面;应用;反射裂缝;车辙

　　Abstract: this paper briefly describes the current development of asphalt concrete pavement, the current situation of asphalt concrete pavement from the problems and the causes of, this paper discusses the soil synthetic materials in delaying the cracking of the reflection and reduce rut formation asphalt pavement of the role of.

　　Keywords: geosynthetic materials; The asphalt concrete pavement; Application; Reflection crack; rut

　　中图分类号：TU528.42 文献标识码：A 文章编号：

　　近年来，我国使用沥青铺面的高等级公路不断增加，在城市的旧水泥路面上铺设沥青面层也越来越多。因此，希望延长道路的使用寿命和降低在旧水泥路面上铺设沥青路面的成本成为了路面工程中的一个重要课题。而这种路面主要出现的破坏—裂缝和车辙，严重影响了道路的结构性能，大大缩短了道路的使用寿命。

　　1裂缝和车辙产生的原因

　　(1)路面体一般由面层、基层、底基层组成，路面所受应力一般有两种类型，由于温度变化而产生的应力和由于交通荷载作用而产生的应力。裂缝是沥青混凝土路面低温时的主要病害，其主要形式是温缩裂缝和疲劳裂缝，这些裂缝在基层已有裂缝的地方更容易产生。半刚性基层上沥青面层或水泥混凝土路面上沥青加铺层反射裂缝形成的主要原因有：

　　①温度导致的热胀冷缩效应使得半刚性基层或水泥混凝土路面的裂缝或接缝处产生应力集中导致沥青铺设层在此处沿己有的裂缝开裂。

　　②基层的水平落差造成沥青铺设层承受剪切与弯曲的多次反复作用，引起疲劳开裂。

　　③沥青的老化和面层弹性下降。

　　④土中的冻融效应。

　　⑤所用材料及施工工艺不当。

　　(2)车辙是沥青混凝土路面结构在行车荷载反复作用下产生竖向永久变形的结果，这种变形主要发生在高温季节，是沥青混合料高温稳定性不足在重交通道路上的反应。通过车辙试验的车辙形成过程可观察到，当荷载开始作用时，首先出现变形和流动的是沥青和沥青胶浆，由于局部材料支撑能力的丧失，矿质骨架在粘结力比较微弱的情况下维持稳定;随着沥青及胶浆的流动，在加上沥青的润滑作用，矿料骨架逐渐被破坏，在体积不变的情况下，矿质骨架失稳，车辙加速形成。特别是采用半刚性基层的沥青路面结构，沥青路面竣工初期在结构内部形成了一定的空隙，在高温和车轮荷载反复作用下，沥青混凝土逐步被压密，空隙逐渐减少，直到沥青混凝土体积不再减少，这是车辙形成的初始阶段。然后，在车轮荷载的反复作用下，沥青混凝土发生累积变形，车轮荷载作用多的地方不断下凹，并向两侧拥挤，使得车轮荷载少的地方逐渐隆起，这是车辙形成的第二阶段也是主要阶段。

　　2土工合成材料铺设的技术作用

　　防止基层裂缝反射到面层，传统的方法是设计足够的厚度，延迟裂缝出现或在出现的裂缝中灌注沥青。还研究了其他的方法，如在面层沥青混合料中掺入改性沥青增加路面层的变形性;混合料中掺入合成纤维改善路面的抗拉强度。近年来，国内外作了不少的研究且证实的一种有效技术是在基层和面层间铺设土工合成材料(无纺织物、有纺织物、土工格栅)作界面层。

　　(1)使用土工格栅铺设可减少沥青层内的应力集中，增强该结构抗变形能力。据分析使用土工格栅有以下三种作用：①加筋作用;②消解应力集中作用;③大应变下承力作用。

　　土工格栅在沥青混凝土中与其共同承受拉应力，并与混凝土相互嵌挤，限制了混凝土移动，增强了其整体性。由于连续网格作用，有效地扩散了应力和应变，减少了弯拉应力，增大了抗剪强度，控制或延缓了裂缝的发生和扩展。土工格栅在裂缝出现之前主要起到消解应力集中的作用，裂缝出现后，则土工格栅大应变下承受应力作用，阻止裂缝扩展。土工格栅加入沥青混凝土后，除了承受和扩散应力、应变作用外，由于其连续的网孔与混合料相互嵌锁，限制了集料移动，保持了沥青混凝土结构的整体性，增加了其高温抗变形能力，减少了路面车辙。这实质上是控制了车辙形成的第二阶段。

　　(2)土工织物对沥青路面的作用，其机理非常复杂，它由以下几项来确定：土工织物、沥青混凝土、沥青浸注、表面结构及施工方法。铺设土工织物间层可具有下列缓裂或防裂作用：

　　①减少面层与基层间的结合力，使面层最大拉伸应变减少。

　　②间层为具有较大延伸性材料，基层拉伸通过间层可使应力扩展至更宽的范围，从而缓解裂缝处的应力集中。

　　③土工织物浸透沥青油可以防止地表水渗进入基层，使基层材料特性不致于进一步恶化。

　　④土工织物有保温作用，减缓基层降温。

　　3土工合成材料的选择

　　从以上两类土工合成材料的铺设技术作用可以看出，沥青混凝土铺设路面应用土工格栅从机理上讲，主要是利用材料的抗拉强度和抗拉模量阻l丘裂缝向路面延伸，减少路面车辙的形成，因此要求其强度高，延伸率小。经过理论和实践证明应用于沥青混凝土铺设路面土工格栅中的玻璃纤维格栅抗拉强度大，单根材料直径较小，不易形成隔离层，而且熔点温度达1 ooo0c是格栅中最为理想的防裂加筋材料。土工格栅由于制造过程中经过了定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，加强了分子链间的联结力，大大提高了其拉伸强度(可较未拉伸前提高s-to倍)，而伸长率却只为原板材的ions%其技术要求见表1

　　表1土工格栅材料技术要求

　　而土工织物的抗拉强度一般较小，其主要起隔离作用，因此一般要求材料有一定的强度，同时延伸率在一定范围。另外对土工合成材料，要求既不能过薄，也不能过厚，过厚易导致上下层结合不好而出现剥离现象，同时要求土工织物耐170℃以上高温，否则受沥青混凝土摊铺时高温影响，土工织物材料性能会发生明显变化，从而影响工程质量。土工织物中的针刺聚酷长丝无纺土工布能忍受220℃的高温而不发生明显的收缩，而且具有较高强度及高延伸率的性质，也具有防紫外线、耐冻融性、耐化学试剂性，是土工织物中最为理想的防裂、防渗、防冻材料。同时土工织物最大负荷延伸率也是一项重要指标，但目前缺乏成熟的

　　经验，延伸率指标很难确定。其主要技术要求见表2：

　　表2土工织物材料技术要求

　　4施工过程控制重点

　　应用土工合成材料防治路面裂缝，路面的结果型式及厚度不应因加铺了土工合成材料而改变。

　　(l)施工前应将基层表面整平，若为旧水泥混凝土路面，要视板的破坏情况分别采取措施整治;若为旧开裂沥青混凝土路面也要填灌裂缝，整平可在表面上铺一整平层以满足平整度要求。

　　(2)土工合成材料铺筑时，应先将一端用固定器固定，然后用机械或人力拉紧，张拉伸长率宜为1.0-1.5%，并用固定器固定另一端。

　　(3)土工格栅横向应搭接8~lOcm，并根据摊铺方向，将后一端压在前一端部之下;纵向应搭接5~8cm;土工织物横向应搭接4~5cm，并根据摊铺方向，将后一端压在前一端部之下;纵向应搭接4-5cm.横向搭接处应采用固定器固定，纵向可以直接用粘层油粘结。

　　(4)洒布粘层油时应注意用量，每平方米用量约1-1.2kg摊铺沥青混凝土面层按施工规范进行，做到碾压密实，无明显轮迹，厚度控制均匀。

　　5结束语

　　在沥青混凝土加铺层下铺设土工合成材料，延缓反射裂缝的产生和减少沥青路面车辙形成的效果非常明显，根据不同的工程情况选择不同的土工合成材料是工程应用成功的关键。必须从设计、施工、原材料采购及合成材料等方面加以重视，这样才会更有利于土工合成材料加筋技术的快速合理发展。