（道路与铁道工程专业论文）聚酯玻纤布在高速公路罩面工程中的应用研究.pdf

摘璺 摘要 随着高速公路建设的快迷发展，半刚性沥青路面得到了广泛研究和应用。甲期修建的高速 公路由丁下辆荷载、气候环境等冈素综合作用f ，路面使川性能逐年r 降，同时，新修建的j r 刚性沥青路而也出现了不同稗度的甲期破坏，其中裂缝是平整度著和路面过甲破坏的主要根源 之一。为恢复路面的使用性能、提高道路通行能力、延比高等级公路罩面的使t f = i 寿命，国内外 不同部门进行了大鹫延缓开缝的政计和技术研究，但防裂效果并不令人满意。如何有敛减少裂 缝和防i r 裂缝反射是高速公路建设和管理养护部门面临的难题。为此，开发和研究有效的裂缝 防治材料具有重要的工程应用价值。 聚酯玻纤布是玻璃纤维和聚酯纤维的混合物，具有良好的抗拉强度、延伸率低、高温稳定 性好、与沥青及沥青混合料的相容性好，施r 方便，易回收，同时聚酯玻纤布与沥青复合夹层 有良好的防水性能和分散应力集中，聚酯玻纤布具有玻璃纤维的强度及聚酯纤维的韧性。 首先通过一系列室内试验分析了聚酯玻纤布的1 程特性；同时研究了聚酯玻纤布复合沥青 混合料的粘结性能、抗永久变形性能、低温抗裂性能、加筋强度性能、渗透性能；分别利用m t s 和u t m 试验系统对聚酯玻纤布复合沥青混合判试什进行府力控制和廊变控制的疲- ，试验，并引 入，能量指标对混合料的疲劳性能进行了对比分析：然后，通过冲击韧性试验、苘载型反射裂 缝室i = | 模拟试验研究分析了聚酯坡纤布防治反射裂缝的效果。 最厉铺筑了试验路，通过试验路的施_ _ l = 与观测，总结了适合聚酯玻纤布的施_ r ：t 艺和注意 事项，并进行了经济性分析。 本文研究结果表明：针对我国火耸高速公路甲期破坏和罩面裂缝病害的现况，聚酯玻纤布 满足延迟裂缝的发生、缓解裂缝的发展、能有效防止路表面水r 渗以及提高路面的使用性能， 经济效益良好。因此聚酯玻纤布这种新型士r 合成材料在我国高速公路建设和养护f ：程中有 着广泛的应用前景。 关键词：聚酯玻纤布：高速公路罩面：疲劳性能：低温抗裂：渗透系数；反射裂缝 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f e x p r e s s w a y , s e m i r i g i da s p h a l tp a v e m e n tw e r ew i d e l yu s e da n d r e s e a r c h e di nc h i n a ，t h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c eo f t h ee x p r e s s w a yc o n s t r u c t e dd u r i n ge a r l ya g ei s d e c r e a s i n gw i t ha g ed u et ot r a f f i cl o a da n dc l i m a t ee n v i r o n m e n ta n ds oo nc r a c ki so n eo f m a i nr o o t s o fb a dr o u g h n e s so rp r e m a t u r ed i s t r e s s e s i no r d e rt or e h a b i l i t a t ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e ，t oi m p r o v e t h ec a p a c i t yo f t r a f f i ca n dp r o l o n gt h eh i g h w a yo v e r l a y sl i f e ，al o to f d e s i g n sa n dt e c h n o l o g ys t u d i e so f p o s t p o n e i n gc r a c k i n gw e r ep r o c e s s e d h o w e v e r , t h ee f f e c t so f a n t i - c r a c ka r en o ts u c c e s s f u l l y s a t i s f a c t o r y h o wt or e d u c ec r a c ka n dp r e v e n tc r a c kr e f l e c t i n gt oe x p r e s s w a ya s p h a l tc o n c r e t es u r f a c e i sa ni m p o r t a n tm a i n t a i np r o b l e mf o rp a v e m e n tc o n s t r u c t i o nd e p a r m e n ta n dm a n a g e m e n td e p a r t m e n t t h e r e f o r e i ti sa l w a y sa ni m p o r t a n tp r o j e c ta p p l i c a t i o nv a l u et od e v e l o pa n dr e s e a r c han e wm a t e r i a l w h i c hc a np r e v e n tc r a c ke f f e c t i v e l y f i b e r g l a s s p o l y e s t e rp a v i n gm a ti sah y b r i do f f i b e rg l a s sa n dp o l y e s t e ra n dh a st h eb e s tq u a l i t i e s o fb o t hm a t e r i a l sw o r k i n gt o g e t h e rt op r o t e c tt h ep a v e m e n t ，t h i su n i q u ef o r m u l a t i o ng i v e si tt h e s t r e n g t ho f f i b e rg l a s sw i t ht h ef l e x i b i l i t yo f p o l y e s t e r c o m p a r e dw i t ho t h e rg e o f a b r i c s ，f i b e r g l a s s p o l y e s t e rp a v i n gm a th a st h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：i ti se a s yt oi n s t a l l ，n o n - s h r i n ka n dn o n - s t r e t c h ， g o o dh i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t yc a nb em i l l e da n dr e u s e di na s p h a l tm i x t u r e s a tt h es a m et i m e ，t h e l a y e rc o m p o s e db yt h ep a v i n gm a ta n da d h e s i v ea s p h a l tc a np r e v e n tt h ei n f i l t r a t i o no fs u r f a c ew a t e r i n t ot h ep a v e m e n ts t r u c t u r ea n dd i s p e r s es t r e s s p r o j e c tc h a r a c t e r i s t i c so ff i b e r g l a s s - p o l y e s t e rp a v i n gm a ta r ea n a l y z e dt h r o u g has e r i e so fl a bt e s t ag r e a td e a lo ft e s t ss u c ha sc o h e s i o np e r f o r m a n c e ，a n t i - p e r m a n e n c ep r o p e r t y , l o w - t e m p e r a t u r e a n t i - c r a c kp e r f o r m a n c ea n dp e r m e a b i l i t yp r o p e r t yw e r ec a r r i e do u ti nt h i sp a p e r ，s e v e r a lc o m m o n l y u s e dd e n s e g r a d e da s p h a l tm i x t u r e sw e r et e s t e di nb e a mf a t i g u eu s i n gau t ms y s t e m ( s t r a i nc o n t r o l l e d t e s t ) a n dm t ss y s t e m ( s t r e s sc o n t r o l l e dt e s t ) t h ef a t i g u ep r o p e r t yo fa s p h a l tm i x t u r ei se v a l u a t e d u s i n ge n e r g yi n d e x ；a n dt h e nt h ee f f e c to ff i b e r g l a s s p o l y e s t e rp a v i n gm a t i nm i t i g a t i n gr e f l e c t i v e c r a c ki ss t u d i e da n da n a t y s i s e db yi m p a c t i v et e n a c i t y o u g h n e s st e s ta n dl a br e f l e c t i v ec r a c ks i m u l a t i o n t e s t f i n a l l y , s o m ea p p l i c a t i o n sa n df i e l dt e s t sw e r ep e r f o r m e di no r d e rt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo f f i b e r g l a s s p o l y e s t e rp a v i n gm a t ，a n ds o m e c o n s t r u c t i o n t e c h n i c sa n dn o t i c e p r o c e e d i n g sw e r e s u m m a r i z e dt h r o u g ht e s tr o a d t h er e s u l t so ft h i sp a p e ri n d i c a t et h a tf i b e r g l a s s - p o l y e s t e rp a v i n gm a t ，w h i c hi sa ne x c e l l e n t m a i n t e n a n c em e t h o d ，c a nr e t a r dc r a c ko c c u r r i n ga n dd e v e l o p i n g , p r e v e n tw a t e ri n f i l t r a t i o ni n t o p a v e m e n ts t r u c t u r ea n di m p r o v ep a v e m e n ts t r e r l g t he f f e c t i v e l ye t c i nt h em e a n t i m e ，e c o n o m i cb e n e f i t o ft h ep a v i n gm a ti sg o o d t h e r e f o r e ，i tw i l lb ew i d e l yu s e di nd o m e s t i ce x p r e s s w a yp a v e m e n t m a i n t e n a n c ea n dc o n s t r u c t i o na n ds h o u l db ep o p u l a r i z e dt or e s o l v et h eq u e s t i o no fd e t e r i o r a t i o ni n e x p r e s s w a ya n de x p r e s s w a yo v e r l a y s 。 k e yw o r d s ：f i b e r g l a s s p o l y e s t e rp a v i n gm a t ；e x p r e s s w a yo v e r l a y s ；f a t i g u e p e r f o r m a n c e l o w t e m p e r a t u r ea n t i c r a c k i n g ；p e r m e a b i l i t yc o f f i c i e n t ；r e f l e c t i v ec r a c k i n g 东南大学学位论文独创性声明 水人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进千的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文巾小包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的制料。与我一同上作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文巾作，明 确的说明行表，k 了谢意。 研究生签名：季娅i = _ _ i 期：一色堕! ! ! ! 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图节馆有权保制本人所送交学位沦文 的复印件和电子文档，可以采剧影印、缩副或其他复制手段保存论文。本人屯了文档 的内容利纸质论义的内容相致。除在保密湖内的保密沦文外，允讷：论文被禽蒯和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括j ：u 登) 授权东 南大学研究生院办砰。 研究生签名：越导师签名： 重复鳢月期：基迦! ：? 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 我国自上个世纪9 0 年代起掀起了公路建设的高潮，十多年米，我国公路的总里程不断增加， 截止到2 0 0 4 年，随着公路等级的不断提高，我国高速公路的通车总里程已突破3 万公里，比干 f = 界 第三的加拿大多出近一倍，仅次于美国，跃居十h = 界第二位。根据国家公路发展规划，预计剑2 0 1 0 年，“五纵七横”国道主干线基本建成，到2 0 2 0 年，公路总里程将达到1 4 5 万公里，其中高速 公路网将要达到82 万公里t f l 公路总里程的5 0 以上。在高速公路中，沥青路面以其良好的力 学性能、平挚耐磨的表面、平稳舒适的行下性能、扬尘少、振动小、噪音低、施i ：期短以及养 护维修简便等特点受到世界众多国家的青睐，在高速公路中得到j _ 泛采刚。如美国沥青路面剑 1 9 8 9 年为止，沥青路面占全国公路路面的9 4 ，日本高速公路沥青路面 9 4 ，近年来我国新 建的高速公路几乎都是沥青路面。 由丁沥青路面对气温、降水和日照等白然因素十分敏感，经过自然气候的长期侵蚀，沥青 材料会不断老化，加之交通量的逐年增加和行车荷载的增加，路面易产生疲劳开裂，而路而的 透水，x 将引起路基变软和路面坑洼，从而导致路面的急剧破坏，增加车辆的磨损和油耗，降 低行车舒适性。根据国外的一般情况，高速公路沥青路面交付使用屙长则十来年，短则五人年 即需维修罩面一次，次高级和低等级路面的维修周期则更短。美国2 0 世纪8 0 年代对= l 【j j 青路面 的实际使用寿命调布时指出，按照a a s h t o 路面设计方法，沥青路面的设计使用寿命为2 0 年， 但实际使用寿命只有8 1 2 年，远低丁设计标准。在我国，一方面由丁高速公路沥青面层所用 材料品种多、施1 水平参差不齐。再加上施+ 丁期普遍比较短，抢工现象较多，造成了同一高 速公路不同路段的施i ：质量有显著筹异，夫部分高速公路c ! _ l j 青路面在通下2 3 年内就现不同 稗度的破损，使用性能和服务水平不尽人意。另一方面由丁我国一些公路开放交通后交通量增 长迅速、超载超限现象严重以及气候降水等闲素的影响，路面使用品质不断r 降，已经建成或 即将建成的高速公路，随着使用年限的延长都将陆续进入破损阶段( 事实上，部分高速公路已经 出现大面积损坏) 。因此，为恢复路面使片 性能、提高道路通行能力而进行的高速公路早面工程， 将成为今后高等级公路建设与管理养护部门面临的一项十分艰巨的任务。 我国高等级公路的路面结构形式一般采用半刚性基层沥青路面通常由2 5 c m 4 0 c m 半刚 性底基层、2 0 c m 4 0 c m 半刚性千习料基层以及15 c m 1 8 c m 沥青面层构成。这种半刚性路面具有 结构承载力强、传荷能力强、造价低等优点，但由，超载、恶劣天气及质量控制等原因，出现 了一些早期破坏，如裂缝、坑槽、翻浆、剥落、辙槽等。 半刚性基层材料具有明显的干缩和温缩性，容易产生裂缝。基层裂缝在车辆荷载年降温作 用下会反射到沥青面层上来，形成反射裂缝。反射裂缝是引起我国沥青路面早期损坏的主要原 因：疲劳裂缝也是薄层沥青路面病害之一，在轴载重复作川f 层底弯拉麻力保持较高水平， 乍辆反复作朋会引起洳青面层疲劳开裂。反射裂缝和疲劳裂缝产生r 而层底部，修复起来十分 幽难。此外，面层裂缝破坏产生后，雨水由此人揖进入沥青面层并停留在沥青混凝士的孔隙中， 影响到路基的强度和稳定性，特别是在行车荷载产生的动水压力的重复作用和周期性变化的温 度f ，裂缝迅速向周围扩展，同时使得沥青与集料剥离，局部沥青混凝十变得松散，集料被车 轮甩出，路面产生坑槽破坏。坑槽破坏的程度取决于自由水进入沥青面层的深度，当裂缝贯通 整个面层厚度后，白由水到达基层顶面，这时还将伴随着唧浆、网裂等破坏。芙丁水对路面的 东南火学硕十学位论文 危害，很早已引起人们的注意，m u i nj - 1 9 4 2 年首先对美国4 8 个州的路面排水状况进行了调商， 结果表明，几乎所有严重破坏的路面都与水的进入有直接或间接的关系：1 9 7 3 年美国联邦公路 局对路面排水系统进行了综合研究，据试验测定进入空隙内的自由水在行车荷载作用下，会形 成高孔隙水压力和高流速水流，其压力差可达6 9 k p a ，流速可达015 m s ( 小客车驶过时) 或0 9 0 m s ( 货车驶过时) ；同时t j w a t e r s 研究指出对于沥青路面，冲刷导致的唧浆将加速路面不规则裂 缝、坑楠的形成与发展，影响基层稳定，进而导致路面破坏。冈此，进行、r 刚陛湖青路面养护 时，须充分考虑到泐青路面的水损坏，采取相廊有效措施减少路面的裂缝破坏，预防雨水大茸 进入路面面层。 本着技术经济性要求，在进行现有半刚性沥青路面的养护时，利用老路的结构强度，采取 台理经济的养护措施，以适应目前的交通现状，从而延比道路使1 【 j 寿命。为了提高道路的经济 实用性，自从2 0 世纪2 0 年代十t 织物由丁高强度、化学稳定性利经济等特点作为加筋材料在 路面维修中得到广泛应用和认可f b a r k s d a l e ( 1 9 9 1 ) 、h u a n g ( 1 9 9 3 ) 、k o e r n e r ( 1 9 9 4 ) a n ds m i t he t a l ( 1 9 9 5 ) 1 。在路面应用中，能部分减少车辙，但其主要作_ e j 为通过加筋路面分散戍力和减少 水进入。l ；层路面 b a r k s d a l e ( 1 9 9 1 ) 1 ，在与荷载有关的疲劳损坏方面表现良蚶的效果。尽管有这 些优点，但最初担心的是由于沥青混合料的高温可能会引起加筋织物材料的收缩和由丁交通荷 载的作用产生剪应力可能会引起罩面材判的滑动 b a r k s d a l e ( 1 9 9 1 ) 1 。为改善路面的使用性能， 各种各样的土r ? 织物材料狂路面中使心，其中包括十工纵物科塑料格栅。一些研究者表示士工 织物在阻l p 反射裂缝和温度损坏方面效果甚微 b a r k s d a l e ( 1 9 9 1 ) ，b u t t o na n dl y r t o n ( 1 9 8 7 ) ，a n d l y t t o n ( 1 9 8 9 ) 1 。但在理想的状态f 也有一些成功的例子 a b d e l h a l i m ( 1 9 8 3 ) a n db a r k s d a l e ( 1 9 9 i ) 】， 减少水渗入路面结构，并与r 层产生隔离，从而人人改善路面性能。总之，新的沥青罩面技术 须满足延迟裂缝的发生、缓解裂缝的发展、有效防止雨水f 渗及有效提高路面的强度等要求。 目前我国罩面技术通常的维修方法是在原米裂缝路面上加铺沥青罩面层。但使用一段时间 后，原有的裂缝会反射剑新铺的澌青面层上，这一过程比预期耍快得多。为防l r 裂缝较快地反 射，一般采用较厚的沥青层，既可以降低该层中的荷载应力和温度应力，又可增加f 卧基层潜 在裂缝向上反射的距离，但投资费用太高；目前另一常_ = | 的方法是铣刨4 c m 5 c m 的旧面层， 然后铺设一层玻纤格栅后，再铺设沥青混合料：但这两种处理方案都没对裂缝进行有效处理， 在交通荷载作用f 裂缝又重新向上发展，一般在较短的时间内导致罩面的再次破坏。其次，虽 然玻纤格栅对缓解裂缝有一定的作用，但由于玻纤格栅是一种网格型材料其与沥青层问的接 触为点线接触，因而加筋作用不充分；此外，玻纤格栅不具备防水功能，上面层的水分渗入7 r 裂缝中便会加快路面的破坏。冈此，应用一种既能加筋沥青面层义能防水的新型材料用丁沥青 路面的罩面，从而大大提高沥青路面的使用胜能。 聚酯玻纤布是玻璃纤维和聚酯纤维的混台物，具有玻璃纤维的强度及聚酯纤维的柔韧性， 是一种可有技防i l 反射裂缝的新础十r 材料。为此，研究这种新材料在我国高速公路养护中的 应州对提高我国高速公路养护技术和延& 路面使用寿命具有重人的研究和应用价值。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国内外研究现状 士1 合成材料应用在我国工程应用行业，特别是公路建设行业的发展较晚，可将其应用历 程分为三个阶段：8 0 年代中期以前的初刨阶段；8 0 年代中圳至9 0 年代中期的发展阶段和9 0 年 代后期开始的逐渐成熟阶段。大约在8 0 年代初，1 f 织造布在铁路上稃和水利j 。程上试卅，截【r 到1 9 8 6 年，我国累计土工布总产量约1 0 0 万m 2 。进入9 0 年代士i ：合成材料在道路i ：程中得到 第一章绪论 了广泛应用。目前主要应用在以下儿个方面：( 1 ) 路堤加筋和软弱地基处理：( 2 ) 台背路基填 十加筋：( 3 ) 过滤、排水及路基防护：( 4 ) 路面裂缝防治十1 合成材料在道路路面1 。程中的 应用土要是减少或降低反射裂缝的数量或程度，减少沥青路面的下辙。虽然十上合成材料可适 当提高基层的疲劳寿命，同时可以降低路面的车辙程度，但是应i l = 4 效果并不令人满意。 国外对土工合成材料的应用已有多年的历史，1 9 2 6 年美国在 罗林纳州的高速公路采t 耳 | 了棉纤维土j 二布修筑公路。2 0 世纪3 0 年代末或4 0 年代初，聚氯乙烯薄膜应用于土【的防渗； 5 0 年代末期，r j b a r r e t t 在美国佛罗里达州利用聚氯乙烯织物作为海岸混凝七护岸的翻修i 群 中，用以代替常规的砂右料反滤层；1 9 5 6 - - 1 9 5 7 年著名的荷兰三角洲f 程机纵十：织物加吲 防海潮大j j j ；2 0 廿 = 纪6 0 年代，合成纤维士- l = 织物在美国、欧+ , l t + r 1 日本逐渐推厂。2 0 世纪7 0 年 代，美国使i l = j 聚丙烯( p p ) 针刺无纺织物解决了沥青路面开裂问题。2 0 世纪8 0 年代初英国诺j 汉大学布朗教授利加拿大滑铁卢人学汉斯教授，经过三、四年的试验和研究，首次将1 0 0 0 0 m 2 土 二格栅用于已裂缝的水泥混凝土路面的沥青罩面加筋，以控制反射裂缝。 目前全球发达国家在产晶种类、质颦、应川范罔的r 度与深度等方面的发展都比发展中国 家快尤以北美发展最快，欧洲州以德国、法国、荷兰、意人利等p u 欧国家发展较快，砸洲主 要是日本、马来曲砸、韩国发展较快，国外产t 铺类犁、品种较多，规格齐全，i 丛非织造型、合 成型、复合型所占比例较人。 美国欧文斯科宁公司是世界最大的玻纤生产厂商之一，它在全世界有2 0 废玻纤下厂，年产 6 5 万吨连续玻璃纤维，销售额为1 0 亿美元，占公司总销售额的1 5 。2 0 0 1 年上市的聚酯玻纤布 在美国k a n s a sc i t yo f m i s s o u r i ，l a k e l a n df l o r i d a ，o r v i l l eo f c a l i f o r n i a t e x a r k a n so f a r k a n s a s 等 诸多1 科中得到了广泛鹿州，主要_ 【 j 于旧路面性能的修复、防裂和桥面防水，表1 1 列出了儿个 代表性工程，并统计了聚酯玻纤布的使用效果。 表1 1 聚酯玻纤布国外的应用情况统计表 聚酯玻纤布实践 实践内容路用性能观测 应片 位置时间 堪萨斯州城十r 织物与聚酯玻纤布( 1 5 0 0 m 2 )整体除少量裂缝以外，聚酯玻纤 2 0 0 10 8 绑，密苏里州f 罩面( 1 9 5 i n ) 对比布路川性能良好 佛罗里达州， 在i r 沥青路面裂缝上加铺2 i n 或除聚酯玻纤布在近两年来路用 2 0 0 1 0 2 1 5 i n 热沥青覆盖，聚酯玻纤布铺性能良好，其他新罩面均在3 湖泊地犀 5 0 0 m 2 个月内出现裂缝 密苏里州i ，十t 织物与聚酯玻纤布实施的路 2 0 0 l0 5 剑目前为l i 没有什么区别 贝尔顿面( 1 0 0 0 m 2 ) 对比 伊利诺斯州i ，十工织物与聚酯玻纤布铺设的路在城市街道实施，l ：作路朋性能 2 0 0 2 0 9 芝加哥面( 4 0 0 0 m 2 ) 进行对比很好，士工织物施t 较不方便 怀俄明州( 3 0 0 0 m 2 ) 阿肯色州( 2 2 0 0 0 m 2 ) ，俄亥俄州恪守柯佟( 6 0 7 0 0 m 2 ) 等其路用性能均 较好 1 2 2 我国土工合成材料发展趋势 在法国圣戈班、美国欧文斯科宁和p p g “三巨头”厚重的市场积淀面前，中国玻纤十一合 成_ r 业不动声色地打破了国外晶牌儿十年的市场带断格局。国内卜i 。台成材料的发展将由以纺 织技术生产为主的形式转向以适应各种实际l ：挫需要为目的进行生产，产品总的发展趋势向系 列型、复合犁、综合型发展。复合七i 布是这儿年国外大公司竞相开发的产品，其产品包括排 水管与土工布复合，机织布与非纵造布复合，大流量排水板与土工布复合等许多新型复合材料。 东南大学硕【学位论文 我国在这方面则处于起步阶段，现有的复合产品为复合土工膜、针刺机织布和非织造布复台+ f i 工布、非纵造布复合结构的排水管，并且还都处于试制和试用阶段。据有关专家预测，每年全 国公路维修中耗用的玻纤十一l = 织物为3 0 0 0 万m 2 ，再加上在今后的十年山，我国将建高速公路 11 6 0 0 k m ，即平均每年新建约1 0 0 0 多k m ，这一项将使州玻纤士 织物2 0 0 0 万m 2 ，即总需求将 突破5 0 0 0 万平方米，由此表明玻纤十i 织物尤其是复合型的土工合成材料在我国有着广阔的开 发羊u 应用前景。 1 3 主要研究内容 聚酯玻纤布是一种新型的复合土f 合成材判，在国内外尚未开展研究，本文拟在以f j l 个 方面进行探索和研究： ( 1 ) 通过室内试验研究聚酯玻纤布的物理力学性质；分析评价聚酯玻纤布与沥青面层的层 间粘缩放果。 ( 2 ) 通过室【试验对聚酯玻纤布复合沥青混合料的低温性能、抗永久变形性能、渗透性能 等进行评价。 ( 3 ) 通过廊力控制和应变控制的疲劳试验，研究和探讨聚酯玻纤布复合洲青混合料疲劳性 能和评价方法。 ( 4 ) 对反射裂缝的形成机理进行详细的理论分析，并设计能模拟荷载型反射裂缝的试验模 型进行室内模拟试验，分析聚酯玻纤布的防裂效果。 ( 5 ) 铺筑试验路，根据j 1 ：稃施r 情况，总结聚酯玻纤布施j r ：艺，并评价聚酯玻纤布的使 用效果和经济性。 4 第二章聚酯玻纤布的t 程特 ! 牛 第二章聚酯玻纤布的工程特性 聚酯玻纤布( f i b e r g l a s s - p o l y e s t e rp a v i n gm a t ) 是随着十l 合成利料的发展，是美国欧文斯 科02 公司( o w e n sc o r n i n g ) 开发的一种新酗土r 合成材料k o e r n e r ( 1 9 9 4 ) 定义十 台成材料 为浸透性的士i ：织物材料( s y n t h e t i c ) ，通常在t 壤、岩士或其他十上技术工程材料中使用以提高 人l ：产品、结构或体系的性能利降低成本。公路士上合成材料应用技术规范( j t j f f l 0 9 9 8 ) 对 十上合成材料的定义是：以人上合成的聚合物为原料制成的各种类型产品，是岩十上程中应用的 合成材料的总称。可置丁岩土或其它工程结构物内部、表面或各结构层之间，具有加强、保护岩 士和其他结构功能的一种新型l ：科材料。 十1 。合成材料的历史比较短暂，7 0 年代以后逐渐形成一门新的学科。进入8 0 年代以后才以 很陕的速度发展起来。目前已广泛应用于水利、水屯、公路、铁路、建筑、海港、矿业、军上等 工程领域。土t 合成材料的种类繁多，早期曾将其分成士r 织物( g e o t e x t i l e ) 和士t 膜 ( g e o m e m b r a n e ) 两类( 1 9 7 7 年，j r g i r o u d 和j p e r f e r r i ) ，分别代表透水和不透水台成材料。近 十年来大量的以合成聚合物为原料的其他类型的十t 合成材料纷纷问世，复台材料、特种材料产 品人苗涌现，已经超出_ r “织物”平“膜”的范_ i 。1 9 8 3 年jef l u e t 建议使川“士工合成材料” ( g e o s y n t h e t i c s ) 一词来概括各种类型的材料。当今，比较一致的看法如十i 合成材料应用技 术规范( g b5 0 2 9 0 9 8 ) 所示，把七工合成材料分成四大类，即土工织物、土】：膜、特种士： ：合 成材料和复合型土工合成材料( 图2 1 ) 。 十 ，合成材料( g e o s y n t h e t i c s t 一，织物c g e o t e 姗- l c ， 戛翥：w 。o 。v 。e n 。) 。， 十t 膜c g e 。m e m n r ”e ， 裳喜高主“i 膜 f 土工格栅( g e o g r i d ) i 十工膜袋( f a b r i f o r m ) 玻纤网( g l a s s n a t ) 特种十1 i 台成材料 士t ：网( g e o n e t ) l 十i ：垫( g e o m a t ) l 十i ：格室( g e o c e l l ) l 超轻型合成材利，e p s 等 f 复合十：膜 复合型十 合成材料 复合十l 织物 l 复合排水材料( g e o c o m p o s i t e d r a i n ) 困2 - 1 土工合成材料分类 土工合成材料在：l 程建设中主要用_ 丁过滤、排水、隔离、加筋、边坡防护和防渗等。土l ：织 物在道路系统中的应_ | _ | i 土要集中在阻l r 细颗粒进入砂砾基层、排水或过滤路面系统中的水、阻止 或延缓反射裂缝 a b d e i h a l i m ( 1 9 8 3 ) ，b a r k s d a l e ( 1 9 9 1 ) 和k o e r n e r ( 1 9 9 4 ) j 。相关研究证明，尽管 十：台成材料的应用增加了路面系统的强度，但土】：合成材料的应用是为路面结构系统设计的， 而不是为加筋夹层的强度。 东南大学硕士学位论文 2 1 土工合成材料的原材料 用作土t 合成材利的聚合物一般有：聚乙烯( p o l y e t h y ：p e ) 、聚丙烯( p o l y p r o p y l e n e ：p p ) 、 聚酯( p o l y e s l e r ：p e t ) 、聚酰胺( p o l y a m i d e ：p a ) 、聚乙烯醇( p o l y v i n y l a l c h o b o l ：p v a ) 、聚氯 乙稀( p o l y v j n g l c h l o r i d e ：p v c ) 、聚丙烯酯( p o l y a c r y l o n i t v r i t l e ：p a n ) 、聚烯烃( p o l y o l e f i n ：p o ) 、 聚四氟乙烯( p o l y t e 仃a n u o r o e t h y i e n e ：p t f e ) 、聚氨基甲酸酯( p o l y u r e t h a n e ：p u r ) 、腈及腈橡胶 ( n i t r i l er u b b e r ) 、氯醇橡胶( c h l o r o p h d r i nr u b b e r ) 、氯丁橡胶( n e p r e n e ) 、丁基橡胶( b u t y lr u b b e r ) 、 聚苯乙烯( p o l y s t y r e n e ：p s ) 等。虽然生产十上合成材料的原料相同，但由丁聚合物分子量、结 晶作用、添加剂及加r l ：= 方式的差异，使土上合成材料在外观及力学性质等方面存在较人差别。 2 。2 聚酯玻纤布的组成及特点 聚酯玻纤布( f i b e r g l a s s - p o l y e s t e rp a v i n gm a t ) 是6 0 玻璃纤维和4 0 聚酯纤维组成的一种 复合十i ：合成材料。经研究，聚酯玻纤布与其它十上织物相比，它具有如下特点1 ： 抗拉强度高，延伸率低； 没有长期蠕变洼。聚酯玻纤布不发生蠕变，保证了产品能够& 期使用： 高温稳定性好。聚酯玻纤布的熔点在2 3 0 。c 以上，在2 3 0 c 时聚酯玻纤布物理化学特性稳 定。所以，在1 6 0 热铺沥青混凝土下稳定性不受任何影响： 与沥青和沥青混合料具有良好的相容性。一般是在开裂的路面上均匀的喷洒沥青牯油，雨： 铺土工织物夹层，热铺面层应能吸收织物下的粘油使其达剑饱和，故要求织物有良好的吸附能力， 聚酯玻纤布满足此要求。 化学稳定- 性，经过特殊处理，| i 彳的聚酯玻纤布能防i r 各类化学侵蚀抵制生物侵蚀利气候变 化。 聚酯玻纤布与粘层油形成防水层，即使面层山现裂缝，也能有效防r 地表水f 渗，从而保 证基层材料不会被破坏。 施工没有正反面，不易皱褶，方便施工。 聚酯玻纤布主要用丁路面养护，目前具体的应用范嗣有：高速公路、道路罩面、停车场、渗 透性路面、机场道面等。 2 - 3 聚酯玻纤布的工程特性 聚酯玻纤布( f i b e r g l a s s p o l y e s t e rp a v i n gm a t ) 是继土工布、十工格栅、条带聚合物之后发展 起爿的一种新型复合十】：合成材料。相芙研究表明，所有以聚合物为基础的产品均具有粘弹性， 这与沥青混合料的特性类同，故与溉青混台料都有良好的相容性。很多t 稗实践表明，玻纤格栅 的孔径与沥青材料特则与上层沥青混台料之问能提供很好的嵌挤作心，同时也能分散应力，但不 能够防水：土工布能防止水下渗，但是土工布在热沥青混合料摊铺温度超过1 6 0 时，其性能可 能不稳定：而聚酯玻纤布克服了这两者的缺点。 本文主要研究聚酯玻纤布是否提高高速公路罩面防裂、防水、抗车辙( 永久性变形) 、加筋 等路明性能。自从2 0 0 1 聚酯玻纤布上市以米，在美国很多州( 密苏里州、佛罗里达州、宾夕法 尼亚州、加利福尼亚洲、俄亥俄卅) 的诸多工程实践中广泛戍用，俄亥俄州的工程实践表明：聚 酯玻纤布中用乳化沥青作为粘层油不能发挥粘结的效果；聚酯玻纤布能较好的处理路面裂缝、水 6 第二章聚酯玻纤布的丁程特。降 损坏、车辙等的病害。 2 3 1 聚酯玻纤布的材料特性 本试验选用了两种全新的聚酯玻纤布即1 # 和2 # ，均是美国欧尔斯格宁公司( o w e n s c o m i n g ) 生产的玻璃纤维和聚酯纤维复合的十， ：材料，用丁二公路路面建发和养护r 程中防裂和防 水。按照试验规程，对各种聚酯玻纤布的物理力学性能进行了试验【“，每项指标均试验了6 个平 行试件，其主要试验技术参数的均值见表2 1 。 表2 1 两种聚酯玻纤布的主要技术参数 平均值 试验项目单位参照标准 i #2 # 单位面积质量g m 2 1 3 63 2 8a s t m d 5 2 6 1 厚度( 2 k p a )m m 0 6 9 - 2 9i s 0 9 8 6 3 9 0 t0 2 1 81 8 1 8 拉伸强度 k n 5 c ms l 厂r 2 3 5 1 9 9 9 w0 1 8 8o 0 5 8 t67 1 6 拉伸延伸率 s l t 2 3 5 1 9 9 9 w65 t2 23 1 9 梯形撕裂 k na s t m d 4 5 3 2 w1 91 2 t 2 3 82 3 2 握持强度 n w1 4 77 6 。 a s t m d 4 6 3 2 t1 05 5 握持伸长率 w 1 54 8 3 m u l l e n 胀破强度 k p a 3 9 5 3 1 7a s 丁m d 3 7 8 6 沥青吸收量 l m 21 1 4t e x 6 16 j 收缩率 00 t e x 6 1 6 j 熔点 2 3 0 2 3 0a s t m d 2 7 6 【注】：本试验是委托江苏南京水科院进行试验的，进检单位：美国欧文斯科宁公司。仅仅对米样负责。 t 代表是纵向w 代表是横向。 试验结果分析：g b 5 0 2 9 0 9 8 路面与道路反射裂缝的防治规定：其十1 ：织物的单位质嚣不应 夫丁2 0 0 9 m 2 ；极限抗拉强度宜人t8 k n m ，耐温性宜在1 7 0 c 以上。j t j t 0 1 9 9 8 规定加筋材料 要求满足纵向抗拉强度火7 - 6 k n h n ，横向抗拉强度人于5 k n m ，拉伸模麓大于1 0 0 k n m 。本试验 1 # 聚酯玻纤布延伸率稍大于同类玻纤土t 织物，其极限抗拉强度纵向为4 3 6 k n m ，横向抗拉强 度37 6 k n m 。随着新材料的开发，合理的土工合成材料标准也有待进一步研究，要提出合理的强 度指标，以便丁新材料的推j 廊川。 2 3 2 聚酯玻纤布浸透沥青试验 道路上的行车荷载是个连续不断的反复荷载，路面层内某一点的上方有车辆通过时，经历 一个从受压变成受拉、又变成受压的循环过程。聚酯玻纤布在高速公路罩面上程中应用，它与粘 层油形成一个夹层存在丁路面结构中。路面是由集料、沥青和聚酯玻纤布绢成的一个复合结构， 7 东南大学硕i 。学位论史 必须考虑玻纤布作为复合结构的一部分，而不单独孤立考虑材料的具体强度或材料特性。为此 进行聚酯玻纤布浸透沥青后复合体的相关性能试验是非常必要的。 2 3 2 1 拉伸强度试验 将聚酯玻纤布浸透沥青，按照试验规程s l t 2 3 5 1 9 9 9 的要求成型长方形( 5 c m 1 0 c m ) 的窄 条拉伸试件，进行条带拉伸试验，试验温度为1 5 ，试验结果分别见图2 - 2 所示。 6 - 0 售4 8 譬 星3 6 篝z 。 羞： 0o 2 3 4 5 延伸率 图2 - 2 浸透沥青试件条带拉伸试验结果图 由图可知，由t2 # 纵向加筋的作用，其抗拉强度的值最大；其次是1 # 聚酯玻纤布试件， 其最人抗拉强度为i 2 3 k n 5 c m ，1 # 的延伸率较小；最小的是2 # 横向由于缝合加筋条，破坏了 其整体性。 2 3 2 2 动态剪切流变( d s r ) 试验 将聚酯玻纤布浸透沥青，相当于将聚酯玻纤布置于沥青的中间，使崩硬纸板夹住成型试件， 然后在动态流变仪( d y n a m i cs h e a rr h e o m e t e r ，简称d s r ) f 测定其动态模茸及抗拉强度等指标， 评价聚酯玻纤布对整体的作用。通过动态剪切试验主要测定的指标是复数剪切劫度模茸( 也称为 复数弹性模量) g + 和相位角6 以及由此确定损火剪切柔量的倒数( 车辙冈子) g s i n 8 。相位角 6 值越人，表示在荷载作用r 模草的粘性成分越大，印变形不可恢复