橡胶沥青应力吸收层防裂原理

第二节　橡胶沥青应力吸收层防裂原理

橡胶沥青应力吸收夹层SAMI-R类是一种碎石封层，其上覆盖普通沥青路面或者橡胶沥青路面。应力吸收层用于养护罩面下，作为旧路面修复的手段，一般不用于新建路面。应力吸收层用于旧沥青路面上和水泥路面上，阻断裂缝发展，有效地延缓反射裂缝。

应力吸收层材料具有较低的模量，柔韧性和弹性非常好，它能够弯曲和蠕变，释放应力，修复很多已经发生的裂缝。应力吸收层还形成一层膜阻止水分渗透。在旧路面有足够的结构强度，预期反射裂缝是主要破坏模式时，应力吸收层还可以减薄罩面层厚度。

吸收层碎石在碾压时能够楔入罩面，防止沿着较厚的橡胶沥青膜形成滑动面。不要在应力吸收层上喷洒雾化封层，因为这会妨碍与罩面的粘结。

应力吸收层可以用于各种类型的刚性路面(PCC)和柔性路面，已经证明在减少水泥路面接缝的反射方面非常有效。然而加州运输部养护手册规定，如果表面变形(沥青路车辙或者水泥路错台)超过12.5mm，在铺筑应力吸收层前要先铺调平层，或者削平灌缝。

橡胶沥青胶结料设计与碎石封层一样，胶结料和碎石用量的确定也一样，在改建工程的罩面设计中反射裂缝是控制性的破坏模型时，橡胶沥青应力吸收层可以代替一定罩面厚度。

图4-1　路面结构图

图4-1是常用的三维有限元模型，路面结构几何尺寸和材料计算参数详见表4-1。

表4-1　路面结构几何尺寸及材料计算参数

应力分析时采用标准车型BZZ-100，轴重100kN，轮压为0.707MPa，双轮间距32cm，两侧轮隙间距182cm。为了便于有限元分析，车轮与路面的接触面理想化为18.9cm×18.9cm的正方形，接触面积为357.21cm2，荷载作用于临界荷位。

绘制路面主应力　1、最大剪应力随应力吸收层模量变化关系曲线，如图4-2所示。从图4-2可以看出，随着夹层模量从50MPa增加到300MPa，最大主应力1依次减少，最大剪应力max也依次减少。随着夹层模量超过300MPa，　1、max将变大。因此可以看出，增大应力吸收层的模量，在模量为50 ～200MPa内对减少面层内部应力是有很好效果的，但应力吸收层模量继续增大以后，效果就不明显了，通常橡胶沥青应力吸收层模量取为50～140MPa。

图4-2　应力随应力吸收层模量变化关系曲线

图4-3　应力随应力吸收层厚度变化关系曲线

绘制路面主应力　1、最大剪应力随应力吸收层厚度变化关系曲线，如图4-3所示。从图4-3中可以看出，应力吸收层厚度从0.5cm变化到2.5cm，厚度每增加0.5cm，面层底部X方向的拉应力x依次增加了0.078、0.052、0.039、0.032MPa，其它的应力也随着厚度的增加有逐渐增大的趋势，这是由于橡胶沥青应力吸收层的模量较小，厚度较大时就会形成一个软弱下卧层，致使面层底部的应力过大而形成反射裂缝，因此为达到较好防治面层反射裂缝的效果，应力吸收层的厚度不应过大，通常为0.5-1.5cm。

对各防裂夹层内的应力、应变进行了计算和分析，应力、应变计算结果见表4-2。

从各种防裂措施自身的应力、应变来看，聚酯玻纤布的应力很大，X方向的拉应力达到了1.315MPa，最大主应力达到了1.299MPa；而应变却很小，X方向的应变仅为216个微应变单位，主应变也仅为258个微应变。因此可以看出，聚酯玻纤布是靠其自身较大的抗拉模量和抗拉强度来消散裂缝尖端的应力集中，以达到防治反射裂缝的目的。

表4-2　各防裂夹层内应力、应变计算结果

土工格栅相比较聚酯玻纤布而言，其模量较低，X方向的拉应力和最大主应力也较后者小，自身的应变又较大，土工格栅在基层和面层之间起加筋的作用，也达到了一定的隔离效果，但从计算结果来看，土工格栅的防裂效果不及聚酯玻纤布。

橡胶沥青应力吸收层自身的应力很小，X方向的拉应力仅为0.030MPa，最大主应力也仅为0.066MPa，最大剪应力为0.133MPa；但是应变却很大，X方向的应变和主应变分别为431和1043个微应变单位。因此，可以看出橡胶沥青应力吸收层是依靠其自身低模量和大变形能力来防治反射裂缝的，吸收裂缝尖端处面层底的应变，从而减少面层底的应力的。但同时由于橡胶沥青应力吸收层的模量较低，面层底在非裂缝的地方也受到了拉应力的作用，可能会引起路面的疲劳破坏。因此，选用橡胶沥青应力吸收层做应力吸收夹层时，面层应保证具有足够的厚度。