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1動力學室內直道試驗
室內直道試驗采用直線式加速加載系統模擬汽車行駛,在試驗路試槽鋪筑對比結構,通過在直線式加載車輪跡線埋設應變片及應力盒,測量汽車荷載作用下路面結構內部的應力應變變化的綜合系統。
1.1試驗方案室內直道試驗路試槽寬度為4m,試槽深度1.5m,沿深度分布結構為100cm人工打夯碎石土土基,按試驗相似原理現澆的混凝土板(長3m×寬2m×厚0.2m),鋪設防反裂結構層(方案一不鋪設抗反裂層;方案二SAMI(厚度1.5cm);方案三strata應力吸收層(厚度2.5cm);方案四聚酯玻纖布應力吸收層(厚度不計);方案五MJ-超薄阻裂貼(厚度0.5cm))以及鋪設面層4cmAC-13。為保證除抗反裂措施不同外,其他工況保持一致,由土基調整標高,鋪筑結束后,直道面層整體在一個平面上。具體平面布置如圖1所示。
1.2應變片及應力盒埋置及檢測指標為了準確測量路面結構內部的應力應變的變化,在瀝青混凝土加鋪層表面及底部埋設應變片,位于在直線式加載車輪跡線的正下方,所有應變片均通過橋盒與應變儀及電腦相連,將采集的數據存儲在電腦中,以便數據分析。不同方案均在瀝青混凝土加鋪層相同位置埋設了應變片和應力盒,每組埋設3個應變花、2個單向應變片和1個應力盒。測定指標為檢測在一定標準軸載次數作用下,面層底部及表面各方向的動應變(με),以此表征路面結構內的抵抗應變的大小情況。
1.3測試結果與分析(1)標準軸載作用21430588次各方向動應變檢測結果標準軸載作用21430588次后,各試驗結構總體路面狀況良好,未鋪設抗反裂措施的方案一在縱橫縫位置開始出現少量的微裂縫,寬度在0.1mm左右,其中縱縫位置數量較多。而其他方案未出現裂縫,通過應變儀采集的數據分析可知,各路面結構測得的動應變經計算分析后均在某一常數(簡稱K值)附近波動,具體K值數據如表1及圖2、圖3所示。從試驗檢測結果可以看出,設置防反裂措施后,較未鋪設任何措施的方案,瀝青面層表面及底部抵抗變形開裂的能力得到了不同程度的增強,其中strata應力吸收層抗反能力最強,MJ-阻裂貼與橡膠瀝青封層相當,聚酯玻纖布次之。路面接縫處為其受力最不利節點,但仍未出現開裂病害,表明各種防反裂措施均能有效的延緩了面層開裂的時間,具體比較的結果如下:strata應力吸收層>MJ-阻裂貼>橡膠瀝封層>聚酯玻纖布。(2)標準軸載作用46534587次各方向動應變檢測結果繼續增加標準軸載作用次數,當作用次數增加到一倍之后,各路面結構均出現了一定開裂病害,其中未鋪設方案原微裂縫發展成接縫處網裂,最大裂縫寬度在2.3mm左右;聚酯玻纖布方案初現縱橫裂縫交叉現象;橡膠瀝青與MJ-阻裂貼方案開始出現單條裂縫,裂縫寬度均在0.3mm以下;只有strata方案仍未出現寬裂縫,需借助放大鏡才能尋找出微裂縫。具體數據統計如表2及圖4、圖5所示。從試驗檢測結果可以看出,繼續增加荷載作用次數,不同結構瀝青面層表面及底部抵抗變形開裂的能力能夠較為清楚的分辯,同樣,strata應力吸收層抗反能力最強,MJ-阻裂貼與橡膠瀝青封層相當,聚酯玻纖布較差。具體比較的結果如下:strata應力吸收層>MJ-阻裂貼>橡膠瀝青封層>聚酯玻纖布。這一結果表明,較無防反層方案,設置防反層后,瀝青面層表面和底部動應變值不同程度的增大,使得最不利受力點(接縫處)相對水平位移分散,大大減小該處裂縫尖端的應力強度因子幅值,很好起到了消除應力集中以及協調變形的作用。但應注意到的是strata抗反能力最強是有原因的,其厚度有3cm,其他方案最大也只有1cm左右,因此從應力緩沖的角度上看,加鋪層間宜加設一定厚度的抗反層。
2工程經濟分析
不同施工環境及價格市場,人、料、機施工定額不同,本文以某高速水泥路面加鋪改造工程(白改黑)為例,詳細列舉各抗反裂措施的施工大致成本,統計如表3所示。(1)橡膠瀝青封層(SAMI)橡膠瀝青:15.6元/m2(按橡膠瀝青6000元/t,每平米灑布2.6kg橡膠瀝青計算);集料:1.6元/m2(按玄武巖集料100元/t,每平方灑布16kg計算);橡膠瀝青灑布成本:4元/m2(按施工里程10km,雙向4車道估算);集料撒布成本:2.0元/m2(按施工里程10km,雙向4車道估算);成本合計(不包括人力成本):23.2元/m2。(2)Strata應力吸收層Strata特種改性瀝青:33.9元/m2(按特種改性瀝青6500元/t,2.5cm厚,瀝青用量9%,每平米需5.2kg瀝青計算);集料:5.3元/m2(按玄武巖集料100元/t,每平方52kg計算);施工成本:5元/m2(按施工里程10km,雙向四車道估算);成本合計(不包括人力成本):44.2元/m2。(3)聚酯玻纖布熱瀝青:2.8元/m2(按基質瀝青4000元/t,每平米灑布0.7kg熱瀝青計算);聚酯玻纖布:16元/m2;熱瀝青灑布成本:3元/m2(按施工里程10km,雙向四車道估算);成本合計(不包括人力成本):21.8元/m2。(4)MJ-超薄阻裂貼阻裂貼材料成本:20元/m2(按施工里程10km,雙向四車道估算);成本合計(不包括人力成本):20元/m2。從上述經濟分析,施工成本合計具體比較的結果如下:strata應力吸收層>橡膠瀝青封層>聚酯玻纖布>MJ-阻裂貼。如全幅采用Strata應力吸收層,其成本較其他方案都要高出很多(將近一倍),應注意的是Strata應力吸收層需采用旋轉壓實儀進行專門的配合比設計,技術門檻較高與其他兩種應力吸收層相比不適合大規模推廣使用如全幅采用MJ-阻裂貼和SAMI,前者施工成本低,而且MJ-阻裂貼比SAMI更便于施工,施工單位無需配備專用設備,且對局部裂縫貼縫處理方面更方便快捷,因此在防止反射裂縫性能基本相當的情況下,MJ-阻裂貼比SAMI具有更優的工程實用性。聚酯玻纖布具有與MJ-阻裂貼相同的施工優點,但動力學性能較MJ-阻裂貼差,性價比較低。
3結語
(1)室內直道試驗結果表明:目前國內主要采用的幾種抗反裂方法都具有分散裂縫尖端應力,防治反射裂縫的作用,抗反裂作用strata應力吸收層>MJ-阻裂貼>橡膠瀝青封層>聚酯玻纖布。(2)工程經濟分析結果表明:施工成本strata應力吸收層>橡膠瀝青封層>聚酯玻纖布>MJ-阻裂貼。(3)橡膠瀝青應力吸收層和Strata應力吸收層處理路面反射裂縫一般都需要進行滿鋪,而MJ-阻裂貼、聚酯玻纖布相對靈活,可針對局部反射裂縫進行貼縫處理,但聚酯玻纖布相對抗裂最差;Strata應力吸收層抗反裂效果最佳,但價格昂貴;MJ-阻裂貼與橡膠瀝青封層抗裂效果相當,但前者價格適宜;綜合比較MJ-阻裂貼的性價比最高。
作者:王水單位:平頂山市佳洋路橋工程有限公司