CN102505604A

CN102505604A - 沥青路面防裂夹层

Info

Publication number: CN102505604A
Application number: CN2011103697907A
Authority: CN
Inventors: 邓洪亮; 高文学; 王正念; 廖丹
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing Guohua Hengyuan Technology Development Co. Ltd.
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: CN102505604B

Abstract

本发明涉及一种沥青路面防裂夹层，属于复合材料领域，所述防裂夹层设置于沥青路面面层和基层之间，防裂夹层自上而下分别为应力吸收膜层、高聚物层、高强胎基层以及自粘型高聚物层；本发明的沥青路面防裂夹层具有自检测、自控制和自修复等智能功能和生命特征，能主动分散和吸收基层中应力，防止和减缓路面裂缝产生和扩展，防治路面裂缝及伴生病害，延长使用寿命。

Description

沥青路面防裂夹层

技术领域

本发明涉及一种沥青路面防裂夹层，其对路面裂缝具有自检测、自控制和自修复等智能功能和生命特征，属于复合材料领域。

背景技术

半刚性基层沥青路面裂缝等病害是不可避免的，道路工程界对防治或减缓沥青路面反射裂缝的措施一直在试验及探索过程中，近年对沥青面层抗裂性能的研究普遍都侧重于改善沥青面层材料方面，主要有三大研究方向：(1)改善矿质混合料的级配来提高沥青混合料的高温抗变形能力，形成了不同的沥青混合料新技术；(2)改善沥青性能品质来提高其抵抗永久变形能力并减小温度敏感性；(3)在沥青混合料中加入纤维加筋材料以增强其抗裂性。

土工格栅(Geogrids)、土工格网(Geonets)和土工膜(Geomembrane)等土工合成材料(Geosynthetics)及其复合型产品在20世纪70年代相继问世，英国Tansar公司生产的TansarAR1塑料格栅，塑料格栅和织物的复合产品TansarAR-G和玻纤格栅率先铺设在半刚性基层沥青路面面层和基层之间，进行了防治沥青路面的裂缝试验研究。德克萨斯A&M大学的J.W.Button和R.L.Lytton也曾对土工织物、土工网做过非常系统的抗反射裂缝研究。

RMC(加拿大皇家军事学院)的实验结果表明，在沥青面层底部铺设土工格栅时可减少沥青层底部的弹性拉应变50％。S.F.Brown(1985)教授研究认为，土工合成材料可减少车辙50％，防治反射裂缝，减少沥青面层厚度36％，节约资金12％～16％，但土工合成材料使用的效果受现有路面结构强度、损坏和修补情况、加铺沥青层厚度、气候条件、土工合成材料的种类、施工工艺等因素影响，影响沥青路面的性能，并诱发其他类型的路面病害(如泛油、面层材料剥落、推移等)，甚至导致使用的失败。

美国新赛提克公司生产了针刺无纺织物Pave DR381和德国科德宝公司的热粘无纺织物Lutradur等也进行了防治沥青路面的裂缝试验研究。美国也曾采用SBS和VSS公司的EVA(乙烯醋酸乙烯)橡胶沥青应力吸收中间层(SAMI)防止反射裂缝，实践证明可以在一定程度上减少和延缓反射裂缝。

美国Koch公司研制的Strata系统和Simm系统也是防治路面沥青裂缝的专利产品，在防治基层反射裂缝、保护基层不受水的侵蚀、提高沥青路面整体质量和使用寿命方面，具有其他材料和结构所无法比拟的优点。

近年来道路工程界又对Trupave聚酯玻纤布、碳纤维布、网状聚丙烯纤维、木质纤维和玻璃纤维土工格栅等进行了研究，结果表明这些材料均可不同程度地提高沥青混合料的高温抗车辙能力与低温抗裂能力，提高沥青路面抗疲劳性能，改善沥青路面的使用性能。

美国N.MDavis，Tons和Egons，D.A.Tamburro，G.H.Zuehklke等人在20世纪60年代研制Bonifiber和Fiberpave等抗沥青路面裂缝专利商品，采用石棉纤维和金属丝等材料来改善沥青路面的抗反射裂缝性能，曾在美国、加拿大、德国等广泛应用，但石棉纤维对环境有污染，金属丝易被腐蚀。

现有技术中存在下述问题：

(1)改善矿质混合料的级配方面，由于沥青路面裂缝是由于结构不协调变形而产生，如果面层与基层完全失去粘结就可以完全消除由于基层开裂而对沥青面层产生的应力集中，但这种方法在现实中是不可能实施的，只有低模量的中间夹层，具有较低的弹性模量且能承受很大的应变而不破坏，才能依靠自身的塑性变形来吸收应力，不致把很大的应变传递到沥青面层上。

(2)土工合成材料使用的效果受现有路面结构强度、损坏和修补情况、加铺沥青层厚度、气候条件、土工合成材料的种类、施工工艺等因素影响，影响沥青路面的性能，并诱发其他类型的路面病害(如泛油、面层材料剥落、推移等)，甚至导致使用的失败。

(3)Trupave聚酯玻纤布、碳纤维布、网状聚丙烯纤维等土工织物作为应力吸收膜中间层，由于很薄而不具备增强结构和改善排水等功能，因此不能算作一种理想的夹层材料。

(4)采用石棉纤维和金属丝等材料来改善沥青路面的抗反射裂缝性能，曾在美国、加拿大、德国等广泛应用，但石棉纤维对环境有污染，金属丝易被腐蚀。

发明内容

本发明为了克服上述缺陷提出了一种沥青路面防裂夹层，其由基体材料，敏感材料，高分子聚合物软物质和驱动材料等组成，能够使材料主动发挥其对路面裂缝具有自检测、自控制和自修复等智能功能和生命特征，防止和减缓路面病害，延长路面的使用寿命。

本发明采用的技术方案如下：

一种沥青路面防裂夹层，其特征在于：所述防裂夹层设置于沥青路面面层和基层之间，所述防裂夹层自上而下分别为应力吸收膜层、高聚物层、高强胎基层以及自粘型高聚物层；所述应力吸收膜层由聚酯玻纤布构成，聚酯玻纤布由60％重量的玻璃纤维和40％重量的聚酯纤维组成，所述应力吸收膜层的厚度为0.03mm；所述高聚物层由高分子聚合物改性沥青构成，高分子聚合物改性沥青基质为沥青，其中，橡胶粉的质量为高分子聚合物改性沥青质量的15～20％，所述高聚物层厚度为0.5mm；所述高强胎基层由高强度聚酯纤维无纺布和玻纤毡制作而成，其抗拉强度为6kN/m，厚度为1mm；所述自粘型高聚物层由上述高聚物层中加入2～5％质量的石油树脂作为增粘剂制作而成，所述自粘型高聚物层厚度为1mm；所述自粘型高聚物层中设置有多组弹簧状智能合金基体材料，各组弹簧状智能合金基体材料间距为10cm；所述弹簧状智能合金基体材料由Ti-Ni合金加工训练而成，最大恢复应变为6％～8％，最大恢复应力为690MPa，弹簧状智能合金-SMA基体材料的弹簧直径为1mm。

本发明的基体材料采用具有记忆功能和驱动功能的超弹性智能合金等，担负着路面承载作用，在竖向和水平车辆荷载的反复作用下，能够主动控制和抵抗路面内部产生的各种应力，特别是路面内产生的剪应力，使得路面整体在较长时间内具有足够的承载力和优良的路面性能，具有自检测、自诊断、自适应和自修复的能力，能对环境变化等具有敏感响应(敏感性)和记忆功能(可存储性)，可产生较大的应变和应力，并做出响应(反馈功能)和控制(驱动功能)，用巨大回复力来驱动裂缝的自动闭合，实现自动调整路面结构内力，阻止路面结构裂缝的产生和扩展。

粘结材料采用自粘型高分子聚合物，由于高分子熵诱导的结果，不仅能形成硬物质通常所具有的三维有序性，还能因其对外场作用的敏感而产生有序相的畸变，形成其它一些层次的有序相的软物质，在剪切力作用下可发生畸变和流动，起到对结构内部裂缝的修复作用，对结构的微裂缝实现自动修复，防止路面水向沥青面层结构中渗流，避免沥青路面水损等伴生病害的产生和扩展。

有益效果

本发明的沥青路面防裂夹层具有如下优点：

(1)具有自检测、自控制和自修复等智能功能和生命特征。

(2)能主动分散和吸收基层中应力，防止和减缓路面裂缝产生和扩展，防治路面裂缝及伴生病害，延长使用寿命。

(3)对沥青路面裂缝主动检测和自动恢复，防止路表水渗入路基，防水路面和路基水损破坏。

(4)易于按施工条件加工成形，现场道路施工操作简单。

(5)无污染，耐腐蚀，保护环境。

附图说明

图1是本发明沥青路面防裂夹层各层示意图。

图中：1-应力吸收膜层；2-高聚物层；3-高强胎基层；4-自粘型高聚物层；5-智能合金基体材料。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种沥青路面防裂夹层，防裂夹层设置于沥青路面面层和基层之间，所述防裂夹层自上而下分别为应力吸收膜层1、高聚物层2、高强胎基层3以及自粘型高聚物层4；其中，应力吸收膜层1由聚酯玻纤布(fiberglass-polyester paving mat)构成，聚酯玻纤布是由60％重量的玻璃纤维和40％重量的聚酯纤维组成的一种复合土工合成材料，厚度0.03mm，耐高温(250℃)，抗拉强度高(35kN/m)，与沥青混合料有良好的相容性；高聚物层(high polymer soft matter)2由高分子聚合物改性沥青构成，基质为沥青，橡胶粉的质量为高分子聚合物改性沥青质量的15～20％，厚度0.5mm(5kg/m²)，使用温度≤150℃；所述高强胎基层3由高强度聚酯纤维无纺布和玻纤毡(布)制作而成，抗拉强度6kN/m，使用温度-25～100℃，具有较高的弹性和耐疲劳性，1500％的伸长率和较强的耐穿刺能力，厚度1mm；所述自粘型高聚物层(high polymer soft matter)4是由上述高聚物层中加入2～5％质量的石油树脂作为增粘剂制作而成，厚度1mm(约8kg/m²)，使用温度≤150℃；所述自粘型高聚物层4中设置有多组弹簧状智能合金(SMA)基体材料5，间距10cm；所述智能合金基体材料5由Ti-Ni合金加工训练的智能高弹性合金弹簧，最大恢复应变6％～8％，最大恢复应力690MPa，具形状记忆效应和超弹性、阻尼特性、温度记忆效应、热记忆效应、耐腐蚀性、生物功能性和生物相容性等，弹簧直径1mm，重量百分比为1～2％。

经过理论分析和现场试验表明，在沥青面层中埋入沥青路面防裂夹层，可以有效地吸收由基层裂缝处传递到面层中的荷载应力，起到应力吸收层的作用，改善裂缝尖端区域的应力状况，从而可以延缓反射裂缝在底面层的产生，延缓反射裂缝在面层中的扩展。同时，智能防裂夹层使沥青底面层内应力产生重新分布，裂缝处的最大主应力由2.202MPa减小到0.478MPa，减小幅度达78.3％。消散基层因裂缝而产生的面层中的应力集中效果明显，消散比例达90％左右，可有效地防治或减缓路面反射裂缝的产生和扩展。

设置沥青路面防裂夹层后，接缝处沥青层底的荷载应力均有不同程度的降低。其中，最大主应力、最大剪应力以及等效应力分别降低了78.1％，59.8％，59.0％，接缝两侧的弯沉差减小了33.3％，减缓接缝处的应力效果比较明显，同时可减小接缝处的弯沉差。

沥青路面防裂夹层可使沥青层底接缝处的水平向位移和竖直向位移分别减小711％、12.6％，在接缝处，沥青层底被混凝土板带动的翘曲作用减弱，收缩位移也相应减少，从而使接缝的张开扩展趋势降低。

沥青路面防裂夹层单价稍高，相当于SBS油毡、聚乙烯卷材、玻纤格栅价格，其良好的防裂效果在道路运营中正可以延长养护周期，提高经济效益，从而创造更好的社会价值。

以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。

Claims

1.一种沥青路面防裂夹层，其特征在于：所述防裂夹层设置于沥青路面面层和基层之间，所述防裂夹层自上而下分别为应力吸收膜层(1)、高聚物层(2)、高强胎基层(3)以及自粘型高聚物层(4)。

所述应力吸收膜层(1)由聚酯玻纤布构成，聚酯玻纤布由60％重量的玻璃纤维和40％重量的聚酯纤维组成，所述应力吸收膜层(1)的厚度为0.03mm；

所述高聚物层(2)由高分子聚合物改性沥青构成，高分子聚合物改性沥青基质为沥青，其中，橡胶粉的质量为高分子聚合物改性沥青质量的15～20％，所述高聚物层(2)厚度为0.5mm；

所述高强胎基层(3)由高强度聚酯纤维无纺布和玻纤毡制作而成，其抗拉强度为6kN/m，厚度为1mm；

所述自粘型高聚物层(4)由上述高聚物层中加入2～5％质量的石油树脂作为增粘剂制作而成，所述自粘型高聚物层(4)厚度为1mm；

所述自粘型高聚物层(4)中设置有多组弹簧状智能合金基体材料(5)，各组弹簧状智能合金基体材料(5)间距为10cm；所述弹簧状智能合金基体材料(5)由Ti-Ni合金加工训练而成，最大恢复应变为6％～8％，最大恢复应力为690MPa，，弹簧状智能合金基体材料(5)的弹簧直径为1mm。