破裂水泥混凝土路面板沥青加铺层温度应力影响因素

   现代建设技术正在日渐完善,原本可以满足车辆需求的道路也在发生改变。随着各种重型车辆的诞生,原本的水泥路面已经无法承受重压,所以一些新型的路面开始 出现在人们面前。现在使用得较多的就是在路面铺上一层沥青及其它混合物,使路面变成沥青玛蹄脂碎石路面,这样的方式可以有效的提高路面的强度,防止路面因 承受过大的压力而产生裂缝。沥青路面自出现以来,在各类道路中都得到了广泛的使用,主是因为这种路面既美观,抗裂性能较强,而且还可以承受较大的压力, 不容易产生断裂。炎热的夏天,这种路面还不易因高温烘烤而产生问题,并且它还有一定的抗低温性,极大的满足了各种道路的求。所以,为了保证混凝土路面板 沥青加铺层的稳定和道路的安全,就对加铺层的温度应力进行一系列的分析,提前做好相关的措施,保证温度应力不对加铺层造成较大的影响,威胁到道路安全。 本文对破裂水泥混凝土路面板沥青加铺层的温度应力影响进行了详细的分析,提出一些可靠的处理标准,供以后的相关建设参考。
关键词 道路路面;使用求;沥青加铺层;温度应力
一般来说,对旧的水泥板路面加铺沥青,都是为了对原有的路面进行加固,防止水泥的路面受到更大的损坏。虽然沥青加铺层可以有效的防止水泥路面 的进一步损坏,但是由于温度应力和车辆荷载的耦合作用极易使得原来的接缝处沥青加铺层产生反射裂缝,间接的降低了沥青路面的使用寿命,增加了道路的安全隐 患。所以,加强温度应力对沥青加铺层影响问题的研究,可以有效的节约道路建设的成本,保证道路的安全。
1 加铺层温度应力分析
1.1 温度应力的来源
一年之内,不同的地区,都会有一定程度的气候变化,相应的也带来了温度的变化。沥青加铺层主的温度应力来源为一方面、由于温度降低,沥青 层会发生一定的收缩,而部分的基础层结构设计不合理,没有设计相应的伸缩缝,加上结构内部基层与面层之间有摩阻力,最终产生了结构内部的温度应力。沥青加 铺层混合材料属于粘弹塑性材料,具有一定的应力松弛性,温度拉应力会逐渐消解,一旦温度下降过快或面层的材料松弛性不好,面层内的温度应力就无法及时的得 到释放,因此它就会做工导致能量累积,如果这些积累的能量超过了材料自身的承受极限,就会导致沥青加铺层产生低温开裂;另一方面,温度下降时,一般路面上 层结构的温度下降得比较快,所以在竖向就存在着温度梯度,这个温度梯度会导致混凝土板边缘产生翘曲变形而引起温度应力。这两个影响温度应力的因素,是在我 们进行设计改善措施时重点考虑到的。
1.2 收缩温度应力
根据1.1可知,由于加铺层和基层之间的设计不到位,导致沥青加铺层受到的收缩力无法释放。长期这样下去,积累的收缩力会导致加铺层在轴向受 到一个拉力,从而导致加铺层发生弯曲。加铺层路面结构弯曲效应对加铺层轴向力和层间水平剪应力减小十分显著, 在层间水平刚度因子较大时, 弯曲效应可使接缝处的加铺层轴向力下降一半左右, 层间水平剪应力S减小1/4左右。
1.3 翘曲应力
原本的水泥路面,由于被加盖的沥青阻挡,所以不能直接和外界接触,温度的变化也不和外界环境同步。而且,由于原本的基层面材料和加铺层的沥青 材料不同,受到温度的影响也不同。当基层温度高,而沥青加铺层因为外界影响而温度较低时,两个层面就会产生一个温度差,由于热胀冷缩原理,基层的水泥面板 就会给沥青一个向上的竖直力,导致加铺层出现翘曲的状况。这样的状况在日常的生活中并不少见,所以解决这一问题是未来道路发展的必经之路。
1.4 地基影响
在旧的水泥路面上,两个混凝土面板之间的接头经常出现局部弱化和脱空的现象,这种现象也会导致沥青加铺层出现问题。水泥层面地基的弱化会导致 路面受力不均,一旦路面承受较大的压力,就会导致沥青出现下陷、开裂的现象。而且,路面也会因为受到过大的压力而发生沉降,一旦驾驶人员不注意,就会导致 严重得多交通事故,危害到人们的生命财产安全。
2 产生裂缝的过程
沥青加铺层反射裂缝是在交通荷载及温度的循环作用下引起路面材料和结构疲劳损伤而逐渐发展形成的。一般来说,我们将裂缝的产生过程分为了三个 阶段第一个阶段是开始起裂,由于温度的影响以及地基的不稳定,造成沥青加铺层开始出现一系列的裂缝,这个时期的裂缝都比较小;第二个阶段主是裂缝稳定 增加的过程,在此过程中,原本开裂的部分开始稳定的向其它部位延伸,延伸的过程缓慢且速度稳定,而且一些原本没有裂缝的部位,也会因为连带作用而产生裂 缝;最后一个阶段就是路面破裂了,由于长时间的裂缝,造成路面发生破坏,加上车辆的压力,导致路面开始破裂。经过这几个阶段的发展,路面基本上不具备使用 的功能,如果还有车辆在上面行驶,有可能就会导致严重的交通事故。而且,这样的路面,不具备了防水的功能,一旦出现长时间下雨的天气,整个路面就会被完全 破坏。
3 路面检测
3.1 检测部位
水泥混凝土路面应重点调查以下内容,并根据调查所划分病害种类、范围及程度进行分级。 重点调查破碎板块、开裂板块、板边角的破损状况,并逐个记录破损板块的位置和数量或按车道绘出破损状况草图,计算每公里断板率;调查纵、横向接缝拉开宽 度、错台位置与高度,计算错台段的平均错台高度;调查脱空位置等。
3.2 检测方式
用落锤式弯沉仪(FWD)或贝克曼弯沉仪(BB)进行现场测定。视路况每块板或每两块至四块板选一测点,在横向接缝板边距板角30~50cm 处测定弯沉,用以全面了解水泥混凝土路面的承载能力情况。根据测定的弯沉值数据资料,选择典型路段测量横向接缝或裂缝两侧板边的弯沉值,以评价旧混凝土板 的承载能力,接缝或裂缝传荷能力,并结合平均错台高度,判断板底脱空情况。选择典型路面状况,分层钻芯取样,测定旧混凝土强度、模量等,分析破坏原因。
4 部分处理方式
4.1 加铺层标准
沥青加铺层类型和厚度的设计,应根据公路等级、气候条件、交通量和投资状况,结合已有经验确定加铺层厚度。沥青面层可由单层或双层组成,视具 体情况增加调平层。C级以上交通的公路加铺沥青层的结构厚度,一般宜为100-180mm,其他公路宜为70-100mm。按本规范有关规定考虑路面结构 排水和防水求,在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层时,宜用热沥青或改性沥青、改性乳化沥青做粘层,同时为防止渗水、减缓反射裂缝,加强层间结合,宜铺设长 纤维无纺聚脂类土工布,或聚合物改性沥青应力吸收膜或设置应力吸收层,以提高抗疲劳性能。
4.2 补强设计
当原路面板接缝或裂缝处平均弯沉大于0.45mm以上时,宜打裂旧路面,消除旧混凝土板脱空,与基层紧密结合、稳定后,再加铺结构层。当原路 面板接缝或裂缝处平均弯沉大于0.7mm或旧混凝土板较破碎时,可将原路面板破碎成30-100mm的小块,作为下基层或底基层用。采用贝克曼弯沉仪或落 锤式弯沉仪测定其当量回弹模量,按规范规定设计补强层和沥青层。
为了交通安全和稳定,在路面材料、受力状况等方面的研究得到一定的重视才行。
5 结语
未来道路的发展方向是越来越趋于简洁化、安全化的,所以对相关材料、技术的研究,是我们必须重点把握的。
参考文献
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