CN115506195A - 刚弹性复合板及其制备方法、以及防治反射裂缝的方法 - Google Patents

Abstract

刚弹性复合板及其制备方法、以及防治反射裂缝的方法，属于道路路面裂缝防治技术领域。刚弹性复合板由固态弹性载体及设置在其内的高强金属网热融复合而成。复合板制备方法：在热融模具内摆放高强金属网及固态弹性载体原材料后，加热和加压，使固态弹性载体原材料融化包裹高强金属网后，释放外加压力至零并降温至室温，制成刚弹性复合板。防治反射裂缝方法：在水泥混凝土旧路面或沥青旧路面顶面接缝或裂缝处撒布粘层沥青或工程胶粘剂，再将复合板铺设于接缝或裂缝处后，直接加铺沥青混合料罩面层。即在旧路面加铺沥青混合料罩面层之前将复合板铺设于裂缝处，可有效防治加铺沥青混合料罩面层后，旧路面既有裂缝位置的向上反射裂缝。

Description

刚弹性复合板及其制备方法、以及防治反射裂缝的方法

技术领域

本发明属于道路路面裂缝防治技术领域；具体为一种刚弹性复合板及其制备方法、以及防治反射裂缝的方法。

背景技术

水泥混凝土路面是早期高等级公路主要的路面结构型式之一，旧水泥混凝土路面的升级改造措施，通常以加铺沥青混凝土面层为主。水泥混凝土路面加铺沥青混凝土路面(“白加黑”)工程中，旧水泥混凝土路面板块的接缝(主要是纵向施工缝和无传力杆横向缩缝假缝)以及不同原因引起的单一的、明显的路面板体裂缝，在行车荷载作用下会产生较为集中的荷载应力，同时接缝(或裂缝)处也是温缩变形和温缩应力集中的位置。所以，“白加黑”工程项目交工后，对应旧水泥混凝土路面板的接缝(或裂缝)位置，一般都会在加铺的沥青路面中形成较多的反射裂缝。裂缝大量出现的时间，快则在1～2年左右，慢则3-5年的时间。反射裂缝形成后，降水侵害及冻融作用对路面结构层尤其是沥青混凝土层的危害很大，加之荷载在裂缝位置产生的病害不断发展，路面结构的使用寿命会大大降低。对于这种“白加黑工程中旧水泥砼板块接缝”的反射裂缝处治，属于公路工程中的技术难题。

目前工程中减缓或防止反射裂缝的技术和措施，主要包括：增加沥青加铺层厚度；掺加纤维及橡胶等改善沥青面层性能；增设大粒径沥青碎石结构层；增设半刚性基层并配合钢筋网；整层铺设应力吸收层(特殊类型沥青混合料)；加铺聚酯玻纤布或土工布夹层、玻纤格栅、防水卷材等。但现有这些防止反射裂缝技术的防反效果并不理想，譬如：①增设半刚性基层并配合钢筋网，基本可以解决问题，但增加很高的造价，而且通常因标高受限、不能增加太厚的结构层而使方案受到很大限制；②增加沥青加铺层厚度、掺加纤维及橡胶等改善沥青面层性能、增设大粒径沥青碎石结构层等方案，增加很高的造价但不能彻底解决问题，只能适当缓解和延迟裂缝的发生和发展；③整层铺设应力吸收层(特殊类型沥青混合料)通常需要配合旧路面发裂处治，该方案造价较高且破坏了旧路面的整体性和整体强度，但因缺少针对性而导致实际应用效果一般；④加铺聚酯玻纤布或土工布夹层、玻纤格栅、防水卷材等方案，因其为软质材料，不能提供剪切强度甚至是很好的抗拉强度，所以基本不解决抗剪切问题。而且土工织物在有风天气或者运料和摊铺机组工作过程中很难平整铺设，工程施工难度也很大。

总体上来说，目前对于减缓或防止反射裂缝基本上就是束手无策，如何有效或彻底解决这一问题已成为工程中的技术难题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种刚弹性复合板及其制备方法、以及防治反射裂缝的方法。

本发明涉及道路路面升级改造(水泥或沥青混凝土路面加铺或沥青混凝土路面翻修)工程中的路面裂缝防治。

本发明基于“刚性-弹性复合体系”原理，采用硬质、抗剪切力、高强、防缝裂金属网与固态弹性载体复合的方式，提供一种刚弹性复合板及其制备方法、以及防治反射裂缝的方法。在水泥混凝土旧路面加铺沥青混合料罩面层之前将该复合板铺设于裂缝处，可有效防治加铺沥青混合料罩面层后，旧路面既有裂缝位置的向上反射裂缝。

本发明的创新之处在于：①本发明将刚性和弹性完美结合，既可以利用金属网达到硬质、高强、抗剪切力的目的，又可以利用弹性载体吸收和分散来自上部车辆荷载和下部结构层响应的应力；②本发明的复合板能够在工厂批量化预制，提高现场施工效率；③本发明的复合板可以平整铺设于水泥混凝土旧路面，不影响施工车辆或设备加铺沥青混合料罩面层；④复合板可以不整层铺设，只针对裂缝位置做针对性处治；⑤复合板底面与旧路面结合面可以根据弹性载体材料使用常规沥青粘层或专用粘接胶结合，顶面可以在上层沥青砼高温摊铺中与其融合，从而使复合板顶面和底面均形成良好的层间结合；⑥复合板造价处于合理范围；⑦本发明可以从根本上有效或彻底解决“对应水泥砼旧路面的接缝(或裂缝)位置，一般都会在加铺的沥青路面中快速形成较多反射裂缝”的工程技术难题。

本发明的技术方案包括：①基于“刚性-弹性复合体系”原理，提供一种硬质、抗剪切力、高强、防缝裂的金属网与弹性载体复合的刚弹性复合板；②提供一种刚弹性复合板的制备方法；③提供一种防治反射裂缝的方法(即防治反射裂缝向上发生、发展的方法)。

实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种刚弹性复合板，由固态弹性载体及设置在其内的高强金属网热融复合而成。

高强金属网为焊接格栅式结构。

固态弹性载体原材料为橡胶、塑料、沥青、硅质材料、树脂材料或复合材料。

刚弹性复合板幅宽为70～100cm，平均厚度为3.5mm±1mm。

刚弹性复合板的外形为平板形、格栅形或凹槽形。

刚弹性复合板的制备方法，所述方法是：在热融模具内摆放高强金属网及固态弹性载体原材料后，对固态弹性载体原材料进行加热和加压，使固态弹性载体原材料融化，并在所述模具内流动包裹高强金属网后，释放外加压力至零，并降温至室温，制成刚弹性复合板，最后从模具中取出刚弹性复合板。

固态弹性载体原材料为橡胶、塑料、沥青、硅质材料、树脂材料或复合材料。

高强金属网由高强金属丝或合金丝经节点焊接制成。

一种利用刚弹性复合板对旧路面顶面接缝或裂缝防治反射裂缝的方法，所述方法是：先在水泥混凝土旧路面或沥青旧路面顶面接缝或裂缝处撒布粘层沥青或工程胶粘剂，再将刚弹性复合板铺设于水泥混凝土旧路面或沥青旧路面顶面接缝或裂缝处后，直接加铺沥青混合料罩面层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)制备一种具有硬质、抗剪切力、高强、防缝裂性能的刚弹性复合板(固态弹性载体与高强金属网热融复合)，可有效减缓加铺沥青混合料罩面层后，旧路面既有裂缝位置的向上反射裂缝的产生和发展，并且降低施工难度，提高施工整体效率和节约工期，减少后期维修养护费用，延长道路使用寿命；

(2)对加铺沥青混合料罩面层后的总体路面结构起到补强的作用，改善其总体力学状态；

(3)由硬质抗剪切力高强防缝裂金属网与固态弹性载体热融复合而成的复合板具有良好的封水(防水下渗)能力，对旧路面以下结构具有较好的防治水损害和冻融破坏的保护作用。

(4)采用抗剪切力高强防缝裂金属网与固态弹性载体复合板防治反射裂缝适用于所有道路、机场、场区等加铺沥青混凝土路面工程。

附图说明

图1是本发明的刚弹性复合板的剖面图；

图2是本发明的高强金属网的俯视图；

图3是本发明的平板形刚弹性复合板的俯视图；

图4是图3的主视图；

图5是本发明的凹槽形刚弹性复合板的俯视图；

图6是图5的A-A截面的剖面图；

图7是将本发明的刚弹性复合板用于旧路面加铺工程中的横断面图；

图8是本发明的凹槽形刚弹性复合板的外形图；

图9是本发明的平板形刚弹性复合板的外形图；

图10是加铺沥青混合料罩面层前将本发明的刚弹性复合板铺设于较宽的路中接缝处的施工现场图；

图11是加铺沥青混合料罩面层前将本发明的刚弹性复合板铺设于板块纵向裂缝处的施工现场图。

上述附图中涉及的部件名称及附图标记汇总如下：

固态弹性载体1、高强金属网2、水泥混凝土旧路面或沥青旧路面3、粘层沥青或工程胶粘剂4、刚弹性复合板5、沥青混合料罩面层6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1-图6、图8及图9所示，本实施方式记载了一种刚弹性复合板，由固态弹性载体1及设置在其内的高强金属网2热融复合而成。

进一步的是，高强金属网2为焊接格栅式结构。

高强金属网2包括高强钢类等所有可行金属材料或合金材料，由高强金属丝经节点焊接而成格栅式金属网，高强金属网2横向和纵向同性质、同尺寸。高强金属网2应具有足够的抗拉强度、抗疲劳强度、刚性或弹性模量等力学技术指标(典型参数要求参见表1)，还应保证足够的焊点抗剪强度和总的抗剪力(焊点面积和体积)，也可以根据具体工况决定是否采用耐锈蚀或其他耐腐蚀处理。

进一步的是，固态弹性载体1原材料为橡胶、塑料、沥青、硅质材料、树脂材料或复合材料(也可以为所有符合表1典型参数的可行类型材料)。

固态弹性载体1材料应具有适宜的强度、刚度或弹性模量等力学技术指标(典型参数要求参见表1)，还应具有良好的与沥青类或水泥类材料粘结或层间摩擦能力、耐沥青混凝土铺筑高温能力、较高气温工况下的耐热能力、低温耐寒抗冻及耐冻融能力(不瞬间损坏且反复冻融后技术指标下降不明显)、荷载反复作用下的抗疲劳能力、自然水温工况下的抗老化能力(耐久性良好)。另外，热融制成刚弹性复合板5后还应具有防止金属网锈蚀的能力—整体不透水，固态弹性载体1对金属网包裹保护。

进一步的是，刚弹性复合板5幅宽为70～100cm，平均厚度为3.5mm±1mm。

进一步的是，刚弹性复合板5的外形为平板形、格栅形或凹槽形。

平板形复合板的优点是：模具及其他相关制作工艺简单、产品稳定；缺点是：固态弹性载体1使用量偏大，造价偏高；

格栅形复合板的优点是：固态弹性载体1使用量最小，造价最低；缺点是：模具及其他相关制作工艺略复杂；

凹槽形复合板的优点是：弹性载体使用量较小，造价较低；缺点是：模具及其他相关制作工艺略复杂。

格栅形和凹槽形复合板受力状态会更好一些，原因是：上边加铺的沥青混合料可以进入凹槽或格栅网格内，与金属网同层面直接接触和相互约束，使金属网各方向性能和作用能够得以充分发挥。

刚弹性复合板5由固态弹性载体1及高强金属网2并经物理热融制成，固态弹性载体1可起到应力吸收和分散的作用；高强金属网2具有硬质、抗剪切力、高强、防缝裂等性能。固态弹性载体1内部的高强金属网2为焊接格栅式，可有效抵抗车辆荷载作用下旧路面裂缝处产生的剪切应力，且密封于固态弹性载体1中可显著延缓高强金属网2的腐蚀。刚弹性复合板5幅宽为70～100cm，平均厚度为3.5mm±1mm，可以短时耐受160℃左右的高温。刚弹性复合板5外形可以做成平板形，也可以做成格栅形或凹槽形。

具体实施方式二：如图1-图6、图8及图9所示，本实施方式记载了一种刚弹性复合板的制备方法，所述方法是：在热融模具内摆放高强金属网2及固态弹性载体1原材料后，对固态弹性载体1原材料进行加热和加压(属于常规工艺)，使固态弹性载体1原材料融化，并在所述模具内流动包裹高强金属网2后，释放外加压力至零，并降温至室温，制成刚弹性复合板5，最后从模具中取出刚弹性复合板5。

进一步的是，固态弹性载体1原材料为橡胶(如生胶片，加温加压过程也是其硫化为橡胶成品的过程)、塑料、沥青、硅质材料、树脂材料或复合材料(也可以选用其他可行类型材料)。

固态弹性载体1原材料应具有适宜的强度、刚度或弹性模量等力学技术指标(典型参数要求参见表1)，还应具有良好的与沥青类或水泥类材料粘结或层间摩擦能力、耐沥青混合料铺筑高温能力、较高气温工况下的耐热能力、低温耐寒抗冻及耐冻融能力(不瞬间损坏且反复冻融后技术指标下降不明显)、荷载反复作用下的抗疲劳能力、自然水温工况下的抗老化能力(耐久性良好)。另外，热融制成刚弹性复合板5后还应具有防止金属网锈蚀的能力，即整体不透水，固态弹性载体1对高强金属网2具有较好的包裹保护能力)。

进一步的是，高强金属网2由高强金属丝或合金丝经节点焊接制成(高强金属网2横向和纵向同性质、同尺寸。高强金属网2应具有足够的抗拉强度、抗疲劳强度、刚性或弹性模量等力学技术指标(典型参数要求参见表1)，还应保证足够的焊点抗剪强度和总的抗剪力(焊点面积和体积)，也可以根据具体工况决定是否采用耐锈蚀或其他耐腐蚀处理)。

具体实施方式三：如图7、图10及图11所示，本实施方式记载了一种利用具体实施方式一至五中任一具体实施方式所述的刚弹性复合板对旧路面顶面接缝或裂缝防治反射裂缝的方法，所述方法是：先在水泥混凝土旧路面或沥青旧路面3顶面接缝或裂缝处撒布粘层沥青或工程胶粘剂4，再将刚弹性复合板5铺设于水泥混凝土旧路面或沥青旧路面3顶面接缝或裂缝处后，直接加铺沥青混合料罩面层6。

该方法针对总体稳定、平整，混凝土强度较好，仅有接缝或裂缝病害，碎板少的水泥路面，进行加铺沥青混合料罩面层6工程时，撒布粘层沥青或常见的工程胶粘剂，将具有硬质、抗剪切力、高强、防缝裂性能的刚弹性复合板5铺设于水泥混凝土旧路面3顶面接缝或裂缝处后直接加铺沥青混合料罩面层6(即在旧路面加铺沥青混凝土罩面层6之前将该复合板铺设于裂缝处)。该方法同样适用于总体稳定、平整、强度较好，仅有少量纵裂或横裂的沥青路面，进行直接加铺或铣刨重铺沥青混合料罩面层6工程。该方法可有效防治加铺沥青混合料罩面层6后旧路面既有裂缝位置的向上反射裂缝。

实施例1：

一种刚弹性复合板的制备方法，高强金属网2采用节点焊接的高强钢丝网格栅，高强钢丝直径2～3mm，网孔尺寸长×宽均为5～10cm；钢丝抗拉强度为1000～1600MPa。

固态弹性载体1采用经济合理、技术指标满足需求的橡胶，原材料为生胶片，与高强金属网2的物理热融过程即加温加压过程也是其硫化为橡胶成品的过程(为成型工艺)。

制备平板式的刚弹性复合板5，制备过程可以采用常用热融模具(简单平板式)。若制备格栅形或凹槽形的刚弹性复合板5，需制作专用形状的热融模具。

在模具中依次放置生胶片—高强钢丝网2—生胶片后，在热融模具(选用热融硫化模具)内经高温和压力(为成型工艺)，生胶片融化，在模具内有序且适度流动并包裹高强钢丝网，完成硫化过程，释放外加压力至零并降温至室温后即制成刚弹性复合板5。

本发明可以根据高强金属网金属丝直径、网孔间距、金属丝强度或模量等，制作不同力学指标型号的复合板；复合板可以做成平板形，也可以做成格栅形或凹槽形等外观形状。

工作原理：

相比于常用于应对反射裂缝难题的应力吸收层和其他软质加铺织物等，本发明中采用具有硬质、抗剪切力、高强、防缝裂性能的刚弹性复合板5(高强金属网2与固态弹性载体1热融复合而成，高强金属网2为高强度硬质焊接金属网，固态弹性载体1具有一定强度)，基于“刚性-弹性复合体系”原理，因此兼具更好的应力吸收和分散能力、抗剪切强度、抗拉强度。当车辆荷载作用于水泥混凝土旧路面3裂缝处加铺的沥青混合料罩面层6时，刚弹性复合板5可有效吸收和分散来自上部车辆荷载和下部旧路面顶面的响应双向应力，有效抵抗剪切应力和拉应力(固态弹性载体1可起到应力吸收和分散的作用；中间布置的高强金属网2为焊接格栅式，可有效抵抗车辆荷载作用下旧路面裂缝处产生的剪切应力)，从而避免在旧路面接缝处加铺的沥青混合料罩面层6发生形变而产生反射裂缝，有效消除沥青混合料罩面层6在接缝处的应力集中现象，抑制反射裂缝的发生和扩展。

(1)利用高强刚性焊接金属网的强度，在较弱或无传荷能力的接缝或裂缝处，抵抗车辆荷载作用下旧路面不均匀变形引起的巨大的剪切力；

(2)利用固态弹性载体1、复合板整体或高强金属网2的强度，抵抗温度等条件变化引起的体积变化或横向位移所产生的拉力；

(3)利用固态弹性载体1、复合板整体合理的弹性-刚性匹配，有效缓冲和扩散行车荷载压力以及旧路面顶面的响应应力；

(4)对铺设沥青混合料罩面层6后的总体路面结构起到加劲补强的作用，并改善其总体力学状态。

本发明主要适用于水泥混凝土路面加铺沥青混合料(沥青混凝土)罩面层工程、沥青路面维修工程、水泥路加铺后的沥青路面的再维修工程，主要针对旧路面裂缝和接缝(单一和/或较明显裂缝、没有或较低传荷能力的接缝)。

刚弹性复合板5(抗剪切力高强防缝裂刚性金属网复合板)技术参数见表1；

表1

本发明的刚弹性复合板5具体适用条件及具体技术方案(应用方法)见表2；

表2

本发明的复合板与其他材料关键参数对比见表3；

表3

本发明技术方案与现常用工程方案及造价对比见表4

表4

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种刚弹性复合板，其特征在于：由固态弹性载体(1)及设置在其内的高强金属网(2)热融复合而成。

2.根据权利要求1所述的刚弹性复合板，其特征在于：高强金属网(2)为焊接格栅式结构。

3.根据权利要求1所述的刚弹性复合板，其特征在于：固态弹性载体(1)原材料为橡胶、塑料、沥青、硅质材料、树脂材料或复合材料。

4.根据权利要求1所述的刚弹性复合板，其特征在于：刚弹性复合板(5)幅宽为70～100cm，平均厚度为3.5mm±1mm。

5.根据权利要求1所述的刚弹性复合板，其特征在于：刚弹性复合板(5)的外形为平板形、格栅形或凹槽形。

6.一种权利要求1-5中任一权利要求所述的刚弹性复合板的制备方法，其特征在于：所述方法是：在热融模具内摆放高强金属网(2)及固态弹性载体(1)原材料后，对固态弹性载体(1)原材料进行加热和加压，使固态弹性载体(1)原材料融化，并在所述模具内流动包裹高强金属网(2)后，释放外加压力至零，并降温至室温，制成刚弹性复合板(5)，最后从模具中取出刚弹性复合板(5)。

7.根据权利要求6所述的刚弹性复合板的制备方法，其特征在于：固态弹性载体(1)原材料为橡胶、塑料、沥青、硅质材料、树脂材料或复合材料。

8.根据权利要求6所述的刚弹性复合板的制备方法，其特征在于：高强金属网(2)由高强金属丝或合金丝经节点焊接制成。

9.一种利用权利要求1-5中任一权利要求所述的刚弹性复合板对旧路面顶面接缝或裂缝防治反射裂缝的方法，其特征在于：所述方法是：先在水泥混凝土旧路面或沥青旧路面(3)顶面接缝或裂缝处撒布粘层沥青或工程胶粘剂(4)，再将刚弹性复合板(5)铺设于水泥混凝土旧路面或沥青旧路面(3)顶面接缝或裂缝处后，直接加铺沥青混合料罩面层(6)。

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