自粘式聚酯玻纤布在隧道沥青路面的应用研究
摘要
关键词
正文
目前修建的额隧道多为复合式路面结构,路面内水泥混凝土路面板接缝极易在沥青铺装层内产生反射裂缝。由于层间粘结不好,隧道复合式路面铺装各层间不能共同受力,会大大降低隧道路面沥青铺装层的结构强度和整体性。若由于隧道排水不畅或地下水上溢,导致渗漏水沿水泥混凝土板接缝侵入沥青面层,极易造成沥青层的水损坏。因此,防止水泥混凝土面板的反射裂缝及隧道渗漏水从路面底部侵入沥青层是保证隧道路面结构耐久性和安全性的重要技术措施,是解决隧道路面病害的关键。
隧道路面产生上述破坏的原因在于水泥混凝土面板和沥青面层之间缺少性能优势的防水阻裂材料。因此,在水泥混凝土面板和沥青层之间设置防水阻裂层,既可以有效的防止面板渗水、反射裂缝又可以改善复合式路面层间的受力条件,对防止复合式隧道路面破坏起到重要作用。
本项目通过室内试验研究及现场试验路施工,对于聚酯玻纤布在隧道路面中的防水阻裂技术进行系统研究,提出聚酯玻纤布在隧道路面中的合理铺设方案、施工工艺、质量控制方法,并通过对试验路的性能观测评价其防水阻裂能力。希望通过聚酯玻纤布的推广应用减少沥青路面早期破坏,提高路面使用质量,延长路面使用寿命。
根据对聚酯玻纤布主要技术指标的分析,总结其具有如下工程特性:
(1)强度大,且没有方向性。
(2)延伸率低,没有长期蠕变性,保证了材料能够长期使用。
(3)与沥青和沥青混合料具有良好的相容性,聚酯玻纤布的熔点在230℃以上,在230℃时其物理化学特性稳定,所以,在热铺沥青混凝土下稳定性不受任何影响。
(4)化学稳定性好,经过特殊处理后的聚酯玻纤布能防止各类化学侵蚀,抵制生物侵蚀和气候变化。
(5)聚酯玻纤布与粘层油形成防水层,即使面层出现裂缝,也能有效防止表面水下渗,保证基层材料免于水损坏。
(6)可以粉碎和再生使用,铣刨时会被粉碎成非常小的纤维而增进再生料(RAP)的性能。
聚酯玻纤布是继土工布土工格栅、条带聚合物之后发展起来的一种新型复合土工合成材料,与沥青混合料有良好的相容性且高温稳定性好。
聚酯玻纤布的优点
(1)延缓反射裂缝
沥青混凝土路面反射裂缝是公路病害中一种顽症。由路面基层的裂缝引起,由于面层材料在设计时要求与基层有相当的结合力,因而通过两层接触面的应力传递,使基层裂缝反射传播至面层。而裂缝产生的原因是路面无法承受因底层移动而产生的剪切应力和拉伸力。这种移动可由交通荷载(轮胎压力)或荷载(膨胀和收缩)引起。
聚酯玻纤布由于具有很低的延伸率及瞬时抗拉强度,可有效地消除路面结合处或裂缝处的应力集中,降低裂缝在路面中的扩展和向上反射。在沥青罩面层中加铺聚酯玻纤布夹层,抑制应力,释放应变,作为沥青混凝土拉伸增强料,达到减少裂缝的目的。聚酯玻纤布可延缓反射裂缝的产生,延长道路使用寿命,从而极大地降低修复与养护的成本。
(2)抗低温缩裂
沥青材料在较高温度条件下,具有良好的应力松驰性能,温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力,但当气温大幅度下降时,沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力,当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长,混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的,面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度,沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时,裂缝就更容易发生。聚酯玻纤布在沥青面层中的应用,可以提高了面层横向拉伸强度,使用沥青混凝土的拉伸强度大大提高,因而抵抗得住较大的拉应力而不致发生破坏。另外,即使因为局部区域产生裂纹,在裂纹发生处的应力集中;经聚酯玻纤布的传递而消失,裂缝不会再继续发展。
(3)半刚性基层收缩裂缝的修补
一直以来,我国的道路建设均以半刚性基层的沥青路面结构为主。作为半刚性基层,首先要有足够的承载能力,以承担设计期间的累计标准轴次,保证路面不致产生过度的变形和开裂损坏。但是,半刚性基层也存在非荷载变形的特点,由于整个路面结构层属一体结构,当含水量和温度变化时,基层材料因急剧收缩受阻,几乎无法避免收缩变形,于是产生了较大的拉应力,当拉应力超过基层材料本身的承载能力,而应力又得不到适当的缓冲时,就会产生收缩裂缝。而且无论新旧沥青混凝土间的搭接还是新旧半刚性基层间搭接都是很难密实的,两条接缝处的空隙率还是比较大的。采用聚酯玻纤布可以改善这种状况。聚酯玻纤布修补裂缝可延缓和防止基层裂缝反射至面层,防止雨水由面层下渗导致基层唧浆和加剧路面损坏。
(4)提供超级防水层
公路沥青路面中的许多损坏都与水有关。透过面层渗入基层的水在荷载作用下对基层进行损害,使其强度降低,造成路面开裂。在热拌沥青混合料(HMA)路面下安装防水层,是保护和延长道路寿命的最佳方法之一。防水层(或下封层)更具水密性,主要作用是封阻地表水渗入和路基水上升,尤其对于空隙率较大或低气温施工路面其防水作用更加不容忽视。它往往是避免灾害性破坏的有力防线。因为大量的降水,无阻隔的直接灌入路基必然造成路面承载力的大幅度下降,继而造成路面板体的严重破坏。因此无论是在南方和北方的高速公路建设中,设立良好的防水层间处理都是很有意义的。
聚酯玻纤布是由非织造玻纤聚酯制造。可以经受改性沥青混凝土的高温(257℃)施工。它的这种高温稳定性将给路面提供一个连续、不变形的防水层,有效地防止水分渗透,避免因水分渗透而导致的路面层与基层的损坏。
隧道中需要特别注意的问题就是水对聚酯玻纤布铺设的影响。隧道内空气湿度较大,当洞外天气晴朗温度较高时,洞内外温差增大,洞外的水汽随风进入洞内,在洞内温度较低则凝结到水泥板上,这种现象叫“返潮”。由于采用的自粘式聚酯玻纤布是将沥青、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚丙烯、树脂胶和碳酸钙混合、加热、搅拌制备高聚物改性沥青,将聚酯玻纤布进行烘干处理,然后浸入上述高聚物改性沥青中,得到浸渍聚酯玻纤布;将高聚物改性沥青均匀涂在上述浸渍聚酯玻纤布上,静置预定时间,得到涂油聚酯玻纤布;冷却,定型,得到自粘式聚酯玻纤布。自粘式聚酯玻纤布,可以确保粘层油用量准确,喷洒均匀,保证了路面的使用性能,且可以免除施工现场喷洒粘层油施工工序,简化了施工工艺,提高了施工质量,加快了施工进度,自粘式聚酯玻纤布铺设前水泥混凝土面板需干燥才能更好粘结,因此在铺设前采用鼓风机将隧道内水量较大的路段进行“风干”处理,待混凝土板表面没有水膜时方可安排铺设。
聚酯玻纤布的设置方式可以按照铺设宽度分为两种:满铺和贴缝。
满铺:满铺方式一般出现在新建半刚性沥青混凝土路面中,聚酯玻纤布沿整个路面宽度满语铺设。这种铺设方式的优点在于保持了路面结构的整体性、连续性,路面各点的应力状态较为一致缺点在于施工要求较高,成本较大。
贴缝:新建半刚性基层沥青路面还可以采用贴缝处理的方法,首先在隧道混凝土面板预切缝灌缝处理后在裂缝处粘贴一定宽度聚酯玻纤布。防裂机理主要是通过锯缝释放半刚性基层因温度下降及水分散发收缩受阻而产生的拉应力提供预定的不连续的断面位置,从而控制随意裂缝的出现,同时,利用切缝上的土工合成材料在一定程度上缓解裂缝处沥青应力集中,消除沥青加铺层反射裂缝的产生。贴缝处理的优点在于可以节约成本,铺设具有针对性。
自粘式聚酯玻纤布作为隧道路面防水阻裂层材料来防止沥青层早期破坏
隧道路面沥青铺装层破坏形式主要为裂缝和水损害,设置防水阻裂层材料可有效减轻隧道路面早期破坏。
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