非連續短纖維增強瀝青抗裂防水封層技術研究

一、課題名稱

本技術研究課題的名稱為《非連續短纖維增強瀝青抗裂防水封層技術研究》。

二、提名等級

本技術研究課題獲重慶市科技進步獎三等獎提名。

三、技術工藝

隨著半剛性基層瀝青路面的大量使用，裂縫問題日益突出，并已成為該結構主要缺陷。瀝青路面開裂后會給使用性能和耐久性帶來嚴重后果：一方面破壞了結構的整體性和連續性；另一方面，外界的水可以不斷的由裂縫處滲入并積存于基層頂面，導致裂縫兩側的瀝青路面破碎。非連續短纖維增強瀝青抗裂防水封層的應力吸收和擴散能力強、抗裂性能好，防水性能好，穩定性能好，施工快捷，便于回收利用成為目前使用熱點。

項目基于纖維-乳化劑-瀝青多耦合異相界面在施工不同時期界面浸潤吸附特性，得出耦合界面的結合能最大時纖維和瀝青品種。定義抗裂功能纖維增強封層極限破壞理論，根據斷裂的能量學觀點，基于功能原理，考慮差異化工況下的修正系數，建立基于界面破壞理論的能量方程及配合設計方法?；跀嗔蚜W理論及擴展有限元法在模擬裂縫擴展方面的優勢，對動荷載作用下瀝青路面結構中抗裂纖維封層的阻裂效應及其影響因素進行研究，得出抗裂效果最佳時的封層模量范圍?；谖⒂^形貌和界面特征官能團表征，得出纖維表面酸堿刻蝕以及偶聯處理最佳方案。

選擇影響纖維增強乳化瀝青封層抗裂性能的三個主要因素，乳化瀝青用量、纖維用量和纖維長度在四水平下的正交試驗。測定帶預切口復合路面結構試件荷載與撓度關系曲線圖，得出各試驗組合下的斷裂能，分析影響斷裂能的主要因素和最佳材料組合方案。比較鋪設改性乳化瀝青下封層，纖維增強乳化瀝青封層，稀漿封層，橡膠瀝青封層，纖維橡膠瀝青封層后路面結構斷裂能的大小。測定加載過程中距試件預裂縫不同位置處應變突變值與時間周期，比較不同材料用量以及不同封層對裂縫發展抑制作用的大小，建立裂縫動態發展與力學指標的關聯度。改造瀝青混合料車轍試驗系統，模擬車輛通過半剛性基層裂縫時，路面結構三個受力狀態，評價纖維增強乳化瀝青封層不同材料用量和不同封層抗彎拉型和剪切型反射裂縫的性能，分析封層厚度以及加鋪層厚度對抗反射裂縫性能的影響。自制拉拔和剪切夾具測定封層與面層和基層剪切力與粘結力，得出影響剪切力和粘結力的主要因素和最佳材料組合方案。

將纖維埋置于瀝青基體中，研究荷載沿纖維垂向和軸向兩種加載模式下纖維與瀝青界面對應力/應變的響應情況。通過制作碳納米(CNTs) -纖維埋置于瀝青基體的模型，以恒速率壓縮瀝青基體或拉伸兩個串聯基體，實時檢測纖維兩露出端間電阻的變化。引入纖維在基體中的相對滑移量△L對應力敏感因子GF進行討論，并分析瀝青裂縫發展情況的五種模型，得到CNTs-纖維電阻對裂縫發展過程演化的響應公式。研究提出了采用浸涂法制作碳納米管（CNTs）涂層纖維測試評價纖維封層抗裂性能的方法。CNTs -纖維最佳分散溶劑配比為2-乙氧基乙醇+KH560（0.01mg/ml）+MWCNTS（1.5mg/ml），電阻平均區間保持在14-28kΩ/cm。CNTs-纖維在垂向和軸向荷載模式下皆存在纖維與乳化瀝青間的相對位移與響應電阻的線性關系，纖維對沿軸線方向荷載模式表現出更高的電阻敏感度，通過電阻值變化的大小可定量評價纖維封層的抗裂性能。

四、標準規范

(一)施工工法：重慶市級工法《瀝青路面半剛性基層增強下封層施工工法》（渝建[2016]228號文），重慶市城鄉建委，2016.6.6。

(二)技術規范：①《瀝青路面纖維增強封層技術指南》（DB53/T 755-2016）,云南省地方標準；②《道路纖維封層技術規程（中國工程建設標準化協會征求意見稿）》（建標協字[2016]084號）。

五、研究人員

主要研究人員有凌天清、劉燕燕、何亮、陳怡宏、黃中文、王元元、張陽、王志美、袁勝強。

六、研究單位

主要研究單位有重慶交通大學、重慶建工住宅建設有限公司、交通運輸部公路科學研究所、杭州欣融工程機械有限公司、重慶建工第一市政工程有限責任公司。