路面防开裂（精选8篇）
路面防开裂 篇1
一般的高速路或者城市道路, 使用年限应在二十年到三十年, 然而在近些年, 无论水泥混凝土路面、沥青混凝土路面和改性沥青路面都容易在使用初期, 因种种原因, 出现路面开裂的现象。因此, 路面防开裂成为当代必须解决的技术问题, 要想增长路面的使用寿命, 最先入手的就是增强路面的防开裂水平, 通过多种施工方法, 综合过去技术人员的经验与当代先进的技术, 最终达到应有的功效。
1 水泥混凝土路面开裂原因及防开裂施工措施
1.1 水泥混凝土路面开裂原因
水泥混凝土路面可以说是最传统的, 存留时间最长的一种路面。正因为水泥混凝土是最早的铺路材料, 常年的不改革, 不创新, 使水泥混凝土道路远远落后于其他材质所建筑的道路, 因此它存在更多的问题等待相关技术工作者去解决, 因为水泥混凝土路基大多以自然土壤和石头作为原料, 自然水分含量过高, 即使压实机机械压实后, 还需要经过很长一段时间才能将其中一部分水分排出, 使地基变的稳固, 但是往往因为地下材料不同, 排水的能力不同, 最终导致路基没有想象中的牢固和稳定, 投入使用一段时间后, 路面就会出现沉降的现象, 当有高吨位的车辆经过时, 地基不稳, 引起水泥混凝土板受力不均, 严重则会导致路面断裂。还有一种情况, 有些水泥混凝土路多建设在东北等昼夜温差大、年温差大的寒冷地区, 如果路面保温不当, 技术人员对路面保温问题毫无设计理念, 单纯的运用原有知识, 直接将南方路套用在北方路上, 就会导致路面施工失误, 导致冬季地下水因低温而结冰, 由物理知识可知, 冰的密度小于水的密度, 水凝固变成冰时, 体积变大, 地下水位随之提高, 撑破路面, 路面就会出现裂痕。还有一些问题出在结构上, 因为结构设计的不合理, 完全不考虑温差问题, 工作人员不顾实际, 不系统准确的设计钢筋的表面积和配筋量以及混凝土的强度, 导致现实和理想偏差过大, 严重影响路面质量。
1.2 水泥混凝土防开裂施工措施
为保证水泥混凝土道路的质量, 相关人员必须合理的进行施工技术设计。在施工前期, 要实地考察, 根据施工场地附近的环境进行数据分析和计划设定, 充分考虑路面坡度和地下水深度, 因地制宜, 并根据国家相关标准作为工作的基础。在材料选取方面, 千万不能为减少工程造价而选取低价劣质的材料, 为自己的利益而不择手段, 相关人员要以最专业、最严苛的方式选择原材料, 例如, 选择杂质少、线胀系数低的水泥, 选择抗变形、耐磨、耐压的钢筋和钢板。施工工程要严格遵守国家规范规定, 所有材料都要经过多次检验, 合格后, 再投入使用, 合理控制水泥混凝土的配和比和路面的平整度, 一定要保证路面平整均匀, 整个施工过程, 都要配备相关的技术人员进行指导。
2 沥青混凝土路面开裂原因及施工技术探析
2.1 沥青混凝土路面开裂原因
沥青混凝土路面开裂裂缝的形式具有多样性, 大体分为两种类型:一种是荷载型裂缝, 即主要由于行车荷载作用下产生裂缝。另一种是非荷载型裂缝, 以温度裂缝为主的低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝;由于施工工艺不当或用了不合格材料产生的裂缝。两种类型的裂缝分别通过横向裂缝、纵向裂缝、网裂和反射裂缝等形式表现出来。沥青混凝土路面产生横向裂缝是由于抗拉强度不足会产生裂缝, 由于沥青的质量达不到本地区气候的要求, 沥青混凝土面层温度收缩加快导致路面开裂。再有可能因为施工技术的落后, 对路面的连接处处理差, 半刚性基层产生的路面收缩裂缝;沥青混凝土路面产生纵向裂缝的原因是填充路基的材料质量差, 路基受雨水浸泡导致路面开裂。路基路面之间的接缝不是按照相关规定进行处理的, 导致两者之间相互分离产生纵向裂缝;沥青的质量差, 搅拌沥青的时间过长, 温度高, 储存时间过长, 沥青本身老化, 导致混合料抗变形能力降低, 再有路面沥青过薄使路面质量变差, 久而久之沥青混凝土路面就会产生龟裂和不规则裂痕。在已经开裂的旧的路面上重新铺设沥青, 由于温度的变化路面开裂, 还有大型运输车辆超载都会使路面产生反射裂缝。
2.2 沥青混凝土施工技术探析
想要提高沥青混凝土路面耐高温能力, 提高沥青混凝土路面的使用时间, 降低路面出现裂缝的概率, 最好的方法就是在铺设路面时使用石油沥青。沥青与其它物质的混合液长时间不使用后, 若再次使用, 就需要重新按原来的方法混合。在选择路面材料时, 要保证干净、干燥、没变质、无杂质。一定要选用质量好的材质, 严格按照标准进行施工, 因为施工的水平直接影响路面的质量和使用寿命。修筑路基时, 一定要多次进行碾压, 将地基压实, 填充材料也要选择较粗糙得材质, 如大颗的石料颗粒, 但不能超过总填充料的25%。并且, 要严格控制压实度, 压实度过低会导致路基松散、难聚合, 使路基水分过多, 质量差, 反之, 压实度过高就会使路面在施工过程中就出现裂痕, 同样影响路面质量, 和使用寿命, 所以一定要控制好路基的的压实度。基层施工尽可能在混合料接近最佳含水量状态下碾压, 并且碾压充分, 保证基层强度。同时要加强对已完基层的养生, 要尽是铺筑上层, 或进行封层, 以减少干缩裂缝。
3 改性沥青路面开裂的施工措施
改性沥青路面是指通过对原始沥青进行改性或轻度氧化后, 得到的性能得到改变的沥青结合物。它不仅耐高温、抗压、稳固, 而且在低温环境下, 也能保持自身良好的性能。但是, 由于改性沥青相对于基质沥青更粘稠, 所以工序多、难度大、易渗水, 最终导致原本耐用、性能好的改性沥青路面开裂, 过早的被废弃。相关工作人员, 根据它的特性, 找出改善改性沥青路的路面开裂问题, 即要从三方面入手, 沥青面层厚度, 半刚性材料的运用和添加土工织物和隔栅。增加沥青面层厚度, 不仅可以稳定温度, 防止昼夜温差、年温差给路面带来的危害, 还可以增加路面的坚韧程度和承重能力, 延长路面的质量和使用寿命。在进行半刚性材料的组成设计时, 一定要准确合理, 如调整结合料用量与比例, 增加粗骨料含量并严格设计级配, 以尽可能的减小其温缩和干缩系数, 增加半刚性基层材料的抗裂性能。不仅如此, 还可以加铺土工织物或格栅, 可以提高沥青混合料的抗拉强度与抗变形能力。这些方法对于治理改性沥青路面都有非常明显的效果, 但是带来的负面影响也很多, 例如, 增加沥青面层厚度, 就会产生很多负面影响。
4 结束语
实践证明, 无论是水泥混凝土、是沥青混凝土, 还是改性沥青路面通过以上方法, 都能达到防止地面开裂的效果, 但是每一种方法, 都会有相应的副作用产生。因此, 在未来的道路建设中, 相关技术工作人员要不断研究创新, 利用高科技和新方法从根本解决路面开裂问题。当然, 在施工过程中要把好材料关, 严格控制施工各环节, 减少因技术原因而出现路面开裂的发生率, 最终达到延长路面使用寿命的效果。相信在未来, 一定会有新技术出现, 可以从根本上解决路面开裂问题。
摘要：近些年, 在公路建设方面, 路面断裂现象出现的频率逐渐升高, 道路质量问题, 成为当代社会无法避免的安全隐患。要想解决这个问题, 必须从根本入手, 依次的、全面的寻找导致路面开裂的原因, 通过经验根据不同的原因, 选择不同的治理方案, 最终, 达到彻底解决路面开裂的效果。现文章通过多对水泥混凝土、沥青混凝土和改性沥青路面进行研究, 对这几种路面形成开裂的原因和解决的技术方案进行阐述, 希望可以为相关路面建设人员提供一些帮助。
关键词：路面,防开裂,施工技术
参考文献
[1]姜涛.浅谈普通混凝土裂缝预防措施[J].才智, 2011 (25) .
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[3]张晓华.水泥混凝土路面基层施工质量控制探讨[J].广东交通职业技术学院学报, 2010 (1) .
路面防开裂 篇2
混凝土空心砖或加气混凝土砌块等作为非烧结成型的新型建筑填充墙体材料目前广泛应用于框架结构中填充墙体。在实际施工过程中经常遇到墙体表面及装饰粉刷层裂缝、渗水，严重影响室内装饰效果和建筑质量要求。给用户心里产生不安影响，给施工企业增加大量返修工作，同时对建设单位及施工企业声誉带来不利影响。
结合本工程填充墙作法及装饰粉刷作法的施工经验，进行深入探索研究了以下裂缝产生的原因及预防措施：
一.空心砖或加气混凝土砌块填充墙及粉刷裂缝产生的原因，可归纳为砌块材料本身、砌筑工艺和粉刷工艺等三方面 1.砌块原因：
1.1砌块本身湿胀干缩。随着原材料养护方式和存放条件和时间的不同,在不同含水率时膨胀和收缩值各异，其值大小，是砌体是否产生裂缝的重要因素之一：由湿胀干缩引起变形产生的应力超过砌块与砂浆间的粘结力或砌块的抗拉强度，使墙体本身产生裂缝。
1.2钢筋混凝土与砌块两种不同材料界质由于温度变化造成的界面收缩开裂。1.3不同批次的砌块强度等级和干密度不同，施工中造成混等使用的可能造成墙体裂缝。
1.4混凝块出厂时效不足，进场即投入使用。砌块或砂浆强度等级不能满足设计要求或断砖上墙，影响砌体强度而出现裂缝。2.砌筑工艺原因：
2.1砌块填充墙与混凝土结构的拉结未严格按构造要求设置，未形成可靠拉结和有效约束。
2.2砌筑时一次砌筑较高或砌到梁下时未有停置时间，让其自然徐变沉降收缩；建筑地基发生不均匀沉降时,在局部沉陷处基坑及主体结构支承减弱，产生的徐变，使得砌体产生了附加拉力和剪力。当这种附加力超过了砌体的承载力后，砌体上便会出现裂缝。尤其是120mm厚墙体，更容易发生墙体砌筑砂浆过分受力而呈破坏态势失去粘结力，造成后期开裂。
2.3砌筑时错缝搭接不合要求，形成竖向通缝；与墙柱拉结不到位或未按有关
规定设置构造柱、抗裂柱；砌体灰缝不饱满，减弱了砌体抗压、抗剪、抗拉的能力，易导致裂缝的产生。
2.4砌筑砂浆达不到设计要求，施工现场管理不到位，砂的含泥量过大，随意掺加有机塑化剂，配量计量把握不准，砂浆存放时间过长，造成砂浆现场强度的离散性较大，使实际砂浆强度不足，耐久性降低，从而使砌体的受力性能得不到保证。3.粉刷工艺原因
3.1追求进度。砌体砌筑完成后马上进行表面粉刷，其出现表面裂缝的概率比砌筑完成后静置一段时间干燥后再进行粉刷大很多。3.2填充墙体抹灰时未严格按设计要求对基层进行处理。
3.3墙体预留施工洞口，新开管线槽等未按要求进行填补处理，引起局部开裂。3.4抹灰或成活工序控制不严，部分墙面一次抹灰过厚，抹灰层总厚度过大，引起抹灰层开裂。
二.常见裂缝出现的形成和部位
据观察大部分裂缝出现在内墙填充墙上，主要为八字形裂缝、沿灰缝45º的阶梯状裂缝，还有部分竖向和水平裂缝出现在剪力墙和梁与内墙填充墙交界处，产生原因较复杂。原有施工洞处理不当形成的裂缝、抹灰层龟裂纹和电线管槽抹灰层裂缝更是无规则。裂缝宽度一般在2mm以内，长短不一。
三.针对上述填充墙体工程中开裂问题，经施工实践，学习总结得出了以下有针对性的防治措施。实践证明，只要措施落实到位，就能防范和减少填充墙体裂缝的产生 1.砌体工程措施
1.1把好原材料质量关。工程中使用的砌块，应具有产品合格证和性能检测报告。保证混凝土砌块是合格的，能达到设计强度。
1.2使用大于28天龄期的混凝土砌块，现场堆放场地能保证砌块不受雨水侵蚀，限制上墙砌块的相对含水率（适宜含水率以断砖融水深度15~20mm为宜）。雨期施工要严格执行雨期施工规范。
1.3不同批次的砌块材料混等使用率应少于8%，尽量避免断砖上墙。
2.砌筑工程工艺：依照砌体施工规范操作，特别注意做好以下几项施工措施。
2.1严格控制灰缝厚度（取最小值8mm）和饱满度，注意砌筑砂浆的稠度和保水性。保证混凝土砌块与混凝土结构接触面部分作好填实工作，加气砖做到双面沟缝。在建筑顶层宜采用高一级混合砂浆砌筑砌体，以防顶层墙体容易开裂。2.2砌筑砂浆所用水泥按要求选用，并有出厂合格证及试验报告。砂选用中砂，并过5mm筛孔，含泥量小于5%。水泥砂浆随搅拌随使用，隔置时间不宜超过3小时。
2.3填充墙与混凝土墙、柱的构造连结不宜简单采用“钻孔植入”混凝土结构，拉结筋的间距尺寸必须严格控制，保证拉结筋水平进入砌体内。120mm厚墙体与混凝土结构拉结筋最好采用焊钢筋网片形式，以增强与砌筑砂浆的粘结。2.4严格控制每天砌筑高度：每天砌筑高度控制在1.5m，对120mm厚墙体更应严格控制在每次1.2m以内，并做好临时拦护，以防外力冲击。
2.5重视搭砌和留搓处理，搭砌长度不少于100mm，砌体转角与纵横交接处应同时咬搓砌筑，施工缝必须砌成斜搓，保证联结牢靠。
2.6为确保门、窗洞口的整体性，控制压力差引起的洞口四角斜裂缝的发生，洞口过梁及窗台板宜采用预制（或现浇）钢筋混凝土，且两端入墙长度不少于砖墙厚度。当外墙设置通长窗时，窗下应设钢筋混凝土压顶，压顶下应设抗裂柱，间距不大于3m。
2.7当填充墙较长时（≥3.5m），按设计要求设置构造柱，并先砌墙后浇柱，对于支承在悬臂梁和悬臂板上的墙体应设置钢筋混凝土抗裂柱。
2.8砌筑时垂直缝采用满批灰法，水平缝一次铺设砂浆的长度不宜超过800mm，饱满度90%以上（外墙力争达到100%），并原浆勒缝。砌至梁板底须留空隙200mm，再将其补砌顶紧，斜顶砖的砌筑方法向两边斜顶，中间呈“▽”形。墙高少于3m时，应待砌体砌筑完毕至少间隔3天后补砌；墙高大于3m时，应待砌体砌筑完毕至少间隔5天补砌。补砌顶紧可用配套砌块斜顶砌筑。
3.装饰粉刷工艺
3.1基层处理：事先加强安装与土建工序间的配合。管道、沟槽、预埋件应在砌筑时预留或砌筑完成后，采用机械开槽，采用砌块相同材质材料进行补槽，并加挂抗裂钢丝网进行补强处理。3.1.1去除墙面浮浆、杂物、油渍。
3.1.2用清水冲洗粉尘。
3.2用水泥细砂及108胶（配合比为1：1：0.05）抛浆打点，使墙体产生粗糙结合面。
抗裂钢丝网的挂设：外墙应按DBJ15–9–97要求全面挂设钢丝网。内墙应在混凝土结构与砌体的相连界面处挂网，挂网前先用1：2水泥砂浆打底，压紧压实，再钉设直径为0.5mm菱形网孔，边长为20mm的钢丝网，保证网宽不少于300mm。钢丝网在砌体一侧的固定最好采取在砌体灰缝中预留扎铁丝，减少外力对砌体的冲击。
3.3找平层施工前应将结构表面充分淋水湿润，并加强抹灰砂浆配合比控制，掺入适量微沫剂，严格控制抹灰成活工序，总抹灰厚度控制在18mm，一次抹灰厚度不超过10mm，分三遍成活。对于特殊场合抹灰厚度≥35mm时，应另有挂网等防裂防空鼓措施。
3.4加强抹灰层与饰面层联结，抹灰层成型后，待凝结前复抹搓毛面，保持一周内喷水养护，饰面层施工前可刷界面接触剂一遍，可有效防止表面开裂、空鼓。
沥青混凝土路面防开裂施工探讨 篇3
1 沥青混凝土路面开裂原因分析
(1)整体强度不足产生的裂缝,通常表现为弯沉值较大,会出现沉陷、车辙等病害。
(2)温度变化产生的裂缝,通常表现为横向裂缝,横向裂缝会贯通全幅路面,当有中央分隔带时,会贯通半幅路面。温度变化裂缝包括温度收缩和温度疲劳裂缝,温度收缩裂缝,即随着温度下降,沥青面层开始收缩,当收缩的拉应力大于沥青混合料的抗拉强度时,路面就开始开裂。
(3)基层反射裂缝由于路面基层结构设计不当、拌和不均、配合比不当、施工质量差、车辆严重超载等原因造成路面承载力下降,在车辆荷载反复作用下,产生由下向上反射裂缝。
(4)沥青材料老化产生的裂缝沥青材料老化后,变形能力减弱,路面被拉断,多呈现龟裂。
(5)材料弯拉强度不足产生的裂缝,在车辆严重超载作用而产生的裂缝。在车轮荷载反复作用下,路面会产生弯拉疲劳裂缝,基层的底部产生拉应力,该拉应力大于基层的抗拉强度时,则底部就很快开裂,严重的会出现车辙或沉陷。
2 防开裂措施
2.1 合理选材
为了提高沥青混凝土路面高温抗车撤能力,延长沥青混凝土路面的使用寿命,下面层、中面层沥青混凝土基质沥青采用AH-70号重交通道路石油沥青。面层改性沥青采用SBS类I-D级成品改性沥青。
沥青面层的粗集料洁净、干燥、表面粗糙、无风化、无杂质、具有足够的强度、耐磨耗性,严格限制集料的细长扁平颗粒含量。上面层粗集料拟采用辉绿岩,其它面层用粗集料选用优质花岗岩或石灰岩。粗集料具有良好的颗粒形状,为保证粗集料规格、棱角,控制针片状含量,选用反击式破碎工艺生产。如果粗集料与沥青贴附性不能满足要求,掺入适量的消石灰或抗老化及耐水性能较强的抗剥落剂(掺入量一般为沥青重量的0.3%~0.5%),以提高沥青与集料间的粘结力,具体的掺入量通过沥青混合料的水稳性检验确定。
沥青与抗剥落剂的混合液在静置不用的状态下,不宜超过24h,否则应重新搅拌一次。细集料保持洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒组成,同时细集料与沥青有良好的结粒力,严格控制其含泥量及亚甲蓝值。上面层细集料采用机制砂。机制砂采用专用的制砂机制造,并选用优质石料生产。
沥青混合料的矿粉采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉,原石料中的泥土、杂质除净,矿粉干燥、洁净、有自由地从矿粉仓流出。对于干法除尘的回收粉,有条件时弃用。确需使用时,每盘用量不得超过填料总量的25%,且选用其颗粒较粗的部分。
2.2 精心合理设计
采用合适的沥青面层厚度,尽可节约投资,又可保护未开裂的半刚性基层使用期间不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。
工程实际使用的材料按《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)附录B的方法,优选矿料级配、确定最佳沥青用量,符合配合比设计标准和配合比设计检验要求,以此作为目标配合比,供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。
按规定方法取样测试各料仓的材料级配,确定各热料仓的配合比,供拌和机控制室使用。同时选择适宜筛孔尺寸和安装角度,尽量使各热料仓供料大体平衡。并取目标配合比设计的最佳沥青O A C、O A C±0.3%等3个沥青用量进行马歇尔试验和试拌,通过室内试验及拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量,由此方法确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于±0.3%。
2.3 正确施工
(1)沥青混合料铺筑前对下承层进行清理。
严格控制半刚性基层施工时的含水量,混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范允许的范围之内。沥青混合料摊铺前先对下承层表面进行清理,使其干净,并保证各层之间的粘接。如铺筑的是下面层,则下承层指基层,如铺筑的是中面或上面层,则下承层面分别为下面层或中面层。
(1)在铺筑下面层之前,检查下封层的完整性和基层表面的粘结性。扫除基层表面的杂物和浮料,如有泥土时用压力水冲洗干净。如基层表面局部透层沥青油或下封层脱落,则将脱落处基层表面清扫干净后补洒透性沥青或补做下封层。
(2)已铺成的下面层或中面层有两种情况。第一:刚铺筑时间不长,表面没有遭到污染,外露碎石颗粒表面的沥青膜仍较完整。如表面有做边坡防护工程时遗留的拌和水泥砂浆的残渣,则应将明显凸出表面的干硬水泥砂浆条块清除,清扫干净后在残留的粘结牢固的水泥砂浆表面上喷洒粘层沥青。然后再铺筑上层沥青混合料。第二:下面层或中面层已铺成较长时间,而且已经遭到污染,表面的沥青膜已被车轮磨耗。如果表面局部有做了防护工程且在表面留有水泥砂浆残渣,则应将明显高出表面的干硬砂浆条块清除干净,并将一切浮料清扫干净。然后喷洒沥青量约0.3kg/m2的沥青乳液,增加新铺层与下层间的粘结。
(2)沥青混合料的摊铺。
采用一台宽幅沥青混凝土摊铺机成型,尽量避免除超宽路段外的施工纵向接缝。摊铺前调平熨平板,试验路段摊铺按初定松铺系数1.25(下面层)、1.20(中上面层)计算的松铺厚度并垫木方,大面积正常施工摊铺时根据试验段试验成果确定的松铺系数调整。
(3)沥青混合料的压实。
碾压是保证沥青混凝土的质量,并使其物理力学性质和功能特性符合设计要求的重要环节,也是沥青面层施工的最后一道重要工序。合适的符合要求的碾压既能使沥青面层达到高的压实度,又能使沥青面层有良好的平整度。
(1)第一阶段初压习惯上常称作稳压阶段。由于沥青混合料在摊铺机的熨平板前已经过初步夯实压实,而且刚摊铺成的混合料的温度不低于150℃,因此只要用较小的压实功能就可以达到稳定压实效果。拟用10t~12t的双轮振动压路机以2km/h左右的速度进行碾压2遍。碾压时驱动轮在前静压匀速前进,后退时沿前进碾压轮迹行驶并振动碾压。
(2)第二阶段复压是主要压实阶段。在此阶段至少要达到规定的压实度。因此,复压应该在较高温度下并紧跟初压后进行。复压期间的温度不应低于130℃。通常用双轮振动压路机(用振动压实)和20t以上的轮胎压路机同时先后进行碾压。碾压遍数参照铺筑试验段时所得的碾压遍数确定,通常不少于6遍。以达到要求的压实度为标准,并无显著轮迹。相邻碾压带应重叠1/3~1/2的碾压轮宽,碾压方式与初压相同。
(3)第三阶段终压是消除缺陷和保证面层有较好平整度的最后一步,由于终压要消除复压过程中表面遗留的不平整,因此,沥青混合料也需要有较高的温度。终压常使用静力双轮压路并紧接在复压后面进行。一般碾压2遍左右,压路机速度控制在4~5km/h。终压结束时的温度不低于沥青面层施工规范中规定的70℃,并尽可能在较高温度(如不低于80℃)下结束终压。
(4)横向接缝的碾压是碾压工序中的重要一环。碾压时,先用双轮压路机进行横向(即垂直于路面中心线)碾压。如有需要,摊铺层的外层放置供压路机行驶的垫木。碾压时压路机主要位于已压实的混合料层上,伸入新铺混合料层的宽度不超过20cm。接着每碾压一遍向新铺混合料移动约20cm,直到压路机全部在新铺层上碾压为止。然后进行正常的纵向碾向。
(5)碾压时注意以下事项。各个压实阶段,均不准压路机在新铺筑层上转向、调头、急刹车及停放,并防止矿料、油料和杂物洒落在沥青面层上。压路机的碾压段长度以与摊铺速度平衡为原则选定,并保持大体稳定,碾压总长度不超过60m。压路机每次由两端折回的位置呈阶梯形的随摊铺机向前推进,使折回处不在同一横断面上。
在摊铺机连续摊铺的过程中,压路机不得随意停顿。在当天碾压的尚未冷却的沥青混合料层面上,不得停放任何机械设备或车辆,进行合理碾压,压实不足不但影响路面力学性能,而且在行车作用再密实过程中形成车辙;而过度碾压,将会使集料破碎而使压实度降低,影响路面使用寿命。
严格控制施工温度,不符合要求的混合料坚决废弃。运至铺筑现场的混合料,在当天完成压实,否则现场多余的混合料也一律废弃处理。
半刚性基层碾压完成后,要及时养生,保护混合料的含水量不受损失,决不能让基层暴晒变干而开裂。半刚性基层碾压及养生结束后,应立即喷洒稀释沥青或沥青乳液,并撤3 m m~8 m m的碎石,做成下封层。保护基层中的水分不致迅速失去。下封层作完后,应尽快铺筑沥青面层。
2.4 接缝的处理
(1)横向接缝。
施工过程中尽量减少接缝,但由于工作中断或与构造物接头必须接缝处,摊铺混合料的末端已经冷却,在第二天恢复工作时,做成一道与铺筑方向大致成直角的横向接缝——横缝。
采用直接缝时,上、下层接缝面要错开1m以上,每天的施工横缝,应仔细操作,保证紧密平顺。用3m直尺检查平整度,超过3mm时将端头超过部分切除,且切成垂直面,将上级接缝面清洗干净,并涂刷一薄层粘层油。每天施工完工前在端头50cm~60cm范围内撒适量砂子,使其容易挖除。接头处20cm~30cm内可用新铺热沥青混合料覆盖,使原铺筑面有一定的温度(一般在60℃左右),便于新旧路面的相互结合。开始摊铺时,先量取已铺沥青路面的厚度,乘以松铺系数,求得新铺路段接头处的松铺厚度,决定熨平板的高度。
(2)纵向接缝。
尽量采取全幅摊铺不留纵向冷接缝,主线与交叉路口相接处必须做纵向接缝时,应做热接缝,否则要进行切割,切缝要顺直。铺装交叉路口时,切缝处要涂沥青,摊铺时重叠5cm~10cm,摊铺后铲除。碾压时先在压实路面上行走,碾压新铺层15cm,然后碾压新铺部分,再伸过已压路面10cm~15cm,使其接缝紧密,接缝尽量留在车道区画线位置上,上下层面纵向接缝应错开200mm以上。
加强运料车的保温工作,保证适宜的摊铺、碾压温度、及时摊铺并保证供料和施工的连续性;同时采用大动力机械拌和设备,做到沥青拌和均匀、油石比控制标准。
2.5 验收
混合料摊铺前,测量下封层或下面层高程、横坡;混合料摊铺后未碾压前测高程、横坡;碾压结束后测高程、横坡,测算松铺系数。在已摊铺但还未碾压层面上挖洞取样,做抽提试验。取样位置在摊铺机半幅宽度距边部1/3处,洞壁尽量垂直,并挖取干净,马歇尔试件取样可在拌和站进行。隔日钻芯、测厚度、压实度、测平整度、宽度、弯沉、渗水系数。沥青混合料拌和、运输、摊铺、初压、终压施工温度控制在设计和规范的许可范围内。
3 加强养护
及时维修对产生的各类裂缝病害,提倡预防性养护,完善路基路面的排水设施,确保路面排水顺畅,基层与面层之间不得形成“蓄水槽”。发生裂缝现象及时组织修复,一般可根据裂缝的宽度和深度确定具体的修补。
4 结语
沥青混凝土路面各种裂缝的产生很大程度上是由于不规范施工造成的,只要积极采取有效措施,规范管理,合理组织施工工序,杜绝不利因素的发生,裂缝问题一定可以减少。
摘要：沥青混凝土路面裂缝产生的原因诸多,防治也就成为一个综合治理的问题,只有在设计、选材、施工、养护等多方面充分考虑防止裂隙的问题,采取切实可行的措施减少和防治沥青混凝上路面裂缝的产生。
沥青路面低温开裂问题的探讨 篇4
在我国广大的北方地区,由于特定的气候特点,低温开裂是沥青路面的主要病害,由此导致的龟裂、坑槽、沉陷等病害严重地影响着沥青路面的使用质量,既增大沥青路面维修养护投入也缩短了沥青路面的使用寿命,这些严重困扰着沥青路面的发展。所以吸收和借鉴先进的技术成果,总结前人成果和经验,积极开展沥青混合料低温开裂试验及其指标的研究具有非常重要的意义。
介绍了国内外学者对沥青路面低温开裂性能的研究现状,分析了路面低温开裂的机理,并根据材料选择、级配设计和现场施工等方面提出了防止低温裂缝的具体措施。
1 研究现状
沥青路面的开裂是路面的主要病害之一,也是各国道路界普遍关心的问题。自加拿大率先从20世纪60年代开始进行调查研究以来,路面低温抗裂与路用材料低温性能指标一直是国际道路学术界的重要研究内容。美国Monismith C L[4]在1964年就作了沥青混合料的低温试验,包括各种温度下的抗拉徐变试验、沥青混合料的低温收缩系数试验,以及两端固定的小梁试件在降温过程中温度应力试验,取得了不少研究成果[5]。1992年,Superpave的沥青结合料路用性能规范中明确提出了以沥青结合料弯曲蠕变试验(BBR)的极限劲度模量和沥青劲度模量曲线的斜率,以及直接拉伸试验破坏时的极限拉伸应变作为评价沥青低温性能的指标。针对沥青路面低温开裂问题,加拿大、日本、澳大利亚及欧洲许多国家也先后在国家计划中进行了重点研究[6]。
20世纪70年代以来,随着公路建设发展的需求,我国也开始了对沥青路面低温开裂的研究。20世纪70年代至20世纪80年代北京市政研究所通过对大交通量路面的沥青配合比设计方法和技术指标的研究,得出用10 ℃的沥青混合料的劈裂强度和垂直变形来表征沥青混合料的低温指标[7]。1988交通部公路科研所沙庆林根据裂缝调查资料分析后指出,试验路段所观察的裂缝,主要是由于低温应力产生的,尽管也有基层的反射开裂,但它们在表面开裂中不是占主要的[8]。1981年,同济大学对沥青混合料的低温开裂进行研究,用回归分析法提出了收缩系数和劲度模量随温度变化的数学模式,并提出了预估横向裂缝间距的方法。1983~1984年,哈尔滨建筑工程学院通过研究提出,用沥青流变性能的流变指数L作为沥青混合料的低温指标[9]。“七五”期间,“重交通道路沥青在高等级公路工程中的应用技术”研究中,对国产重交通沥青混合料的低温特性进行了低温特性研究[10]。“八五”期间,在 “道路沥青及沥青混合料路用性能的研究”专题中,提出采用低温蠕变速率来评价沥青混合料的低温抗裂性能[11,12]。国内一些高校和研究机构都对沥青路面的低温抗裂性能都作过一些研究,积累了不少成果和经验,但业内对沥青及沥青混合料低温抗裂性能评价指标仍有不同见解[13]。
2 路面低温开裂机理
当气温寒冷或冷热交替,特别是气温急剧下降时,在路面结构内产生温度梯度,沥青混凝土路面材料产生温缩变形。由于沥青路面没有收缩裂缝,收缩变形趋势会受到基层对面层的摩擦阻力和路面无限板体等边界约束作用,收缩变形不能自由发生,使沥青混凝土内部产生拉应力,即温度应力。起始这个拉应力较小,随着温度进一步降低,使其温度应力逐渐积累。在常温下,沥青混合料属于粘-弹-塑性材料,具有应力松弛特性。在低温情况下,沥青混合料呈弹性。当出现寒流或寒潮时,过快的降温速率,过大的温度梯度,以及沥青混合料应力松弛能力降低,将使路面结构内的温度应力来不及松弛,出现过大的应力积累。当温度应力积累到一定程度,超过沥青混合料的极限抗拉强度时,路面就将出现低温开裂[14]。
沥青面层的表面一旦开裂,随着持续低温或另一次降温的到来,在裂缝尖端会产生较大的应力集中,使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层。由于面层底部与基层表面的粘结作用,裂缝呈现上宽下窄现象。路面开裂随着使用年限的增加,沥青混合料的劲度模量也同时增加,所以还会产生新的裂缝,从而裂缝间距缩短,裂缝不断加宽,开裂会越来越严重。一旦沥青面层已经开裂到底,在持续低温或以后的重复降温过程中,面层的裂缝要继续拉开,使裂缝下基层顶面产生一个附加集中拉应力。此拉应力加上半刚性基层本身的低温收缩应力就可能超过半刚性材料的抗拉强度,这两个力的反复作用都可能使半刚性基层逐渐开裂,并逐渐向基层深入。
从裂缝的成因上分析,裂缝大致可以分为两类,一类是荷载型裂缝即主要是由于行车荷载作用而产生的裂缝。另一类是非荷载型裂缝。沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝主要是横向裂缝,在沥青路面的各种形式裂缝中,横向裂缝占绝大多数。由于温度变化产生的温度应力和疲劳作用而引起沥青路面表面开裂,在行车荷载和温度荷载的共同作用下,裂缝形成并逐渐向下层扩展,这形成了表面裂缝。
另外,我国目前的路面基层形式大部分为半刚性基层,半刚性沥青路面的主要优点是强度高[15]。一般来说,半刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压回弹模量值(常介于500~3000 MPa),并具有一定的抗弯拉强度,且它们都具有随龄期而不断增长的特性,因此半刚性沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。虽然半刚性沥青路面整体强度、抗永久变形、抗行车荷载疲劳破坏能力均较强,能适应重交通,但随着半刚性沥青路面的大量使用,裂缝问题日益突出,并已成为该结构主要病害行为。半刚性基层材料具有较大的干缩和温缩特性是造成半刚性基层在外界气温和湿度变化下裂缝的主要原因,在外界因素进一步作用下基层裂缝向上传递而使面层开裂形成反射裂缝。反射裂缝的产生,在一定程度上导致结构强度的削弱[16]。由于半刚性材料的干缩性和低温收缩性,裂缝最先在基层内产生,其后在路表交通载荷和温度荷载的重复作用下,在沥青面层内形成反射裂缝。当然,由于半刚性基层沥青面层的开裂是一个很复杂的现象,引起开裂的原因也很多[17]。
3 控制裂缝产生的措施
3.1 材料方面
不同油源决定了沥青的性质已为世界所公认,大量的横向裂缝与沥青的油源有关。稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变,有较低的劲度模量,所以抗裂性能要高得多。说明选择油源是提高道路沥青质量的最根本的手段。沥青混合料的低温劲度是决定是否发生开裂的最根本因素,沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键,因此国外已提出了一些沥青劲度的限值。Readshaw提出在接近最低使用温度时,沥青结合料的7 200 s劲度不超过200 MPa时开裂很少[18],Gaw则假设沥青在1 800 s和断裂温度下的劲度模量为1 300 MPa[19],Fromm和Phang提出根据荷载作用时间为10 000 s时的劲度为1 400 MPa来选择沥青的标号[20]。Deme从圣安妮试验路20年调查得出沥青结合料的极限劲度为1 000 MPa(1 800 s)。美国宾州试验路的结果证实,横向裂缝与沥青的劲度最为相关[21]。
3.2 设计方面
在进行半刚性路面设计时,首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下,应采取改善沥青性质的措施。在稳定度满足要求的前提下,优先选用针入度较大的沥青做沥青面层,尽量采用密实型沥青混凝土。采用合适的沥青面层厚度,确保半刚性基层在使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝[22]。
对不同混合料类型做温度应力试验发现,不同级配的混合料的温度应力增长形式有较大差异,粒径粗的、空隙率大的混合料内部微空隙较多,应力松弛极限温度降低,使温度应力有所减小,中粒式比细粒式的温度应力减小。沥青碎石及灌入式的温度应力要比沥青混凝土小[23]。
由于沥青混合料中加入矿粉,沥青矿粉结合料的粘度比沥青单体的粘度要大一个数量级,而且粘度的温度敏感性也大,比游离的沥青单体本身容易开裂。但矿粉太少又会影响粘结力和高温稳定性,所以粉胶比也是一个重要因素,一般为0.8~1.2左右[24]。
3.3 施工方面
严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量,混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。半刚性基层碾压完成后,要及时养生。半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。透层或粘层完成后,应尽快铺筑沥青面层。在施工过程中要注意一下几个方面[25]:1)充分碾压路面, 压实度达 98%以上, 施工结束时的残余空隙率应小于6%。 2)钻芯取样的孔应仔细回填, 不致留下缺陷。3)采用收缩系数小、低温不易开裂的标线漆。4)做好接缝 ,避免冷接缝 ,做好与排水井等人工构造物的接头。
刚性材料的收缩特性造成的反射裂缝是半刚性路面主要病害。国内外对半刚性路面各种防裂措施进行了大量工程试验研究,但延缓裂缝开裂的问题并未彻底解决。截至目前,试验工作虽已进行几十年,但进展缓慢,较深入的理论研究也少见。以后还要就交通和环境等具体情况进行具体分析。
4 结 语
沥青路面低温开裂问题的探讨 篇5
关键词：沥青路面,温度,反射裂缝,弹性力学模型
在我国建成的高等级公路中,沥青混凝土路面约占75%[1]。然而,随着国民经济的迅速发展,交通量也随即迅速增长起来,新的问题亦接踵而来。由于组成沥青路面的胶结材料是一种高分子碳氢化合物,又是一种典型的粘弹性材料,其力学性能受温度和作用时间的影响很大,在行车荷载及各种自然因素作用下表现为不同形式的病害,严重影响了沥青路用性能的发挥。尤其是沥青路面低温开裂成为路面破坏的一个主要形式,在各国道路界成为普遍关注的问题,在新疆沥青路面低温开裂更为普遍。新疆地区地域广阔,有其特殊的地理气候环境,大部分地区属于夏炎热冬严寒地区,而且昼夜温差较大,这为低温开裂的发生配备了充分的条件。随着国家西部大开发战略的实施,新疆地区要大力发展交通事业,新疆维吾尔交通厅统计资料表明:2001年公路建设总投资21亿元,养护和维修费为10万元左右;2002年投资为52亿元,养护和维修费为8万元左右;2003年投资为80亿元,养护和维修费为9万元左右;2004年投资为140亿元。从以上数据可知,每年用于公路养护和维修费用的绝对值相当可观,现有规范没有充分考虑新疆地区气候的特殊性,因此在新疆研究沥青路面的低温开裂是非常有价值的。
1 国内外研究现状
关于因温度变化引起沥青路面开裂问题的研究始于20世纪60年代,但直到今天国内外工程界仍然十分关注这个领域的研究与发展。从已有的成果来看,早期的工作主要集中在低温开裂方面,重点是温度应力的计算方法以及沥青混合料低温抗裂性能的试验研究。关于沥青路面温度疲劳开裂的研究始于20世纪70年代。当时在西德克萨斯的沥青路面中发现大量的裂缝,而这一地区的气温并不太低,于是,美国道路工作者对这一地区的环境、气候、路面对温度的敏感性及路面开裂机理等方面的问题进行了一系列的研究。研究成果使得人们认识到,开展沥青路面温度疲劳开裂的研究具有非常重要的工程意义及学术价值。20世纪80年代后期至90年代初期,许多国家致力于旧路改造方面的工作,由于旧路的裂缝很容易反射,因此,温缩型反射裂缝的研究受到了前所未有的重视。
在低温开裂研究方面,关于温度收缩应力计算模型与方法,影响最为深远的研究应首推Hills和Brien的工作。他们假设路面为一无限长的受约束条带,采用准弹性力学模型提出了著名的路面温度应力近似公式[2]:
其中,σ(Tf)为在一定的降温速度下,温度从T0降至Tf时的累计温度应力;α(T)为沥青混合料随温度T而变化的温度收缩系数;T0为初始温度;Tf为降温终了时的温度;S(Δt,T)为温度为T,加载时间为Δt时,沥青混合料的劲度模量;ΔT为对变温过程进行离散时的温度间隔。
温度疲劳开裂是由于路面温差循环所致。直接测定沥青混合料对于温度循环产生的疲劳响应可避免以力学理论为基础的研究提出了异议,认为其不能考虑初始缺陷和裂缝的扩展以及由此引起的层状体系的应力重分布情况,而初始裂缝及扩展规律的差异对温度疲劳寿命的估计有重要的影响。自1976年Majidzadeh提出可以通过线弹性断裂力学对沥青路面的疲劳损伤过程加以描述后,越来越多的学者应用断裂力学的方法来研究温度疲劳开裂。1985年,Abdulshafi和Majidzadeh进一步提出了能量释放率J1C的概念,以描述沥青混合料的抗裂特性并用以进行路面温度疲劳寿命的估计。
由于反射裂缝对沥青面层造成破坏的严重性与广泛性,自20世纪70年代以来,国内外的道路工程界对于反射裂缝的研究一直十分活跃。其目的:1)为了系统地揭示反射裂缝产生的力学机理;2)为了寻求阻止反射裂缝发生、发展的方法与措施。在进行反射裂缝研究时,主要是考虑基层或旧路面裂缝的存在对沥青面层力学响应的影响,因此,一般都以带裂缝的层状结构为研究对象。然而由于裂缝的存在,采用解析法求解难以实现,故大多采用有限单元法或其他数值方法进行分析计算。在选取力学模型时有的以断裂力学为基础,有的以热弹性力学为基础,也有以粘弹性力学为基础的。在对裂缝进行简化处理时,有的采用尖裂缝模型,有的采用钝裂缝模型。“七五”期间,为了了解交通荷载和温度荷载作用下半刚性基层裂缝扩展规律以及阻裂措施机理,长沙交通学院利用线弹性断裂力学理论与方法,结合光弹模型实验,进行了较系统的研究[3]。
2 沥青路面裂缝的简述
沥青路面的裂缝一般分为温缩裂缝和反射裂缝两种形式。
在东欧、北美、加拿大、日本等寒冷地区沥青路面的裂缝多为温缩裂缝。根据日本北海道1978年调查,有10%的国道、17%的省道发生温缩裂缝。在冬季气温骤降时,沥青混合料应力松弛赶不上温度应力的增长,超过混合料的极限强度,便产生开裂,这是一次性降温造成的温度收缩裂缝。另一种情况是温度反复升降导致温度应力疲劳,使混合料的极限拉伸应变变小,此种开裂叫做温度疲劳裂缝。另一种形式的裂缝是反射裂缝,反射源包括水泥混凝土路面接缝、旧路面原有裂缝以及半刚性基层的收缩裂缝。在交通荷载和温度作用下,下层裂缝反射到表面,形成沥青面层裂缝。我国沥青路面大部分是半刚性基层,对中低级路面来说,由于沥青路面厚度较薄,半刚性基层大部分是粗骨料含量较少的石灰稳定基层,横向裂缝主要起源于基层收缩裂缝反射性开裂,当然也有沥青面层的温缩开裂,这在沥青质量差的情况下是主要原因。对高等级公路来说,半刚性基层中集料含量较多,而且沥青面层相对较厚,收缩开裂有了很大改善。
3 影响沥青路面低温开裂的因素
3.1 沥青的性质
沥青的抗裂性能与沥青的油源有关,不同油源决定了沥青的组成不同。当温度敏感性相同时(或油源相同时),针入度大即较稀的沥青,有较低的劲度模量,比较稠沥青的路面裂缝少;若温度敏感性低,则低温时不容易开裂。
3.2 沥青混合料的性质
1)骨料性质。
使用吸水性大的骨料,则容易形成温缩裂缝。内摩阻力高、冻融损失低与吸水率小的集料可保证路面具有最大的抗横裂能力。集料具有这些特点,即使在低温下,强度也无大的变化。吸水性集料使低温下的材料强度降低,这是因为混合料中起粘结作用的沥青胶结料少于非吸水性集料混合料中沥青胶结料。
2)矿料的组成。
对不同混合料类型做温度应力实验发现,不同级配的混合料的温度应力增长有较大差异,粗粒径、空隙率大的混合料内部微空隙较多,应力松弛极限温度降低,使温度应力有所减小;中粒式比细粒式温度应力小,沥青碎石及贯入式的温度应力要比沥青混凝土小。由于沥青混合料中加入矿粉,沥青矿粉结合料的粘度比纯沥青的粘度大,容易开裂,但矿粉太少又会影响粘结力及高温稳定性,所以粉胶比是一个重要因素,一般为0.8～1.2左右[4]。
3)沥青面层厚度与沥青含量。
使用相同沥青时,沥青厚度大的比薄的裂缝率小,温缩裂缝及基层反射裂缝都是如此。有实验表明,沥青厚度不如沥青性质重要,采用质量好的沥青,较薄面层的横向裂缝也很少,甚至没有;而路面采用质量差的沥青时,即使厚度较大,裂缝也大量发生。沥青含量在最佳范围内时,其变化对混合料的低温缩裂缝性能没有影响。提高沥青含量将使温度收缩系数增大,而劲度降低,这样所形成的温度应力相当于沥青含量改变之前已有的应力。
3.3 环境因素对开裂的影响
路面结构完全处在自然环境的影响中,经受着持续变化的大气影响,如:太阳辐射、天空辐射及外界气温的影响。国内外的研究表明各种自然因素对沥青路面的物理、力学性能有直接的影响,尤其是温度和水这个因素对沥青路面具有极其重要的影响。研究表明,沥青流动性的重要指标——沥青针入度(P)与温度(T)之间有关系:lgP=aT+b。同时,沥青混合料的强度受温度的影响也大。当温度高于沥青混合料的脆化点温度时,沥青混合料的强度随温度的降低而急剧增大;当温度低于其脆化点温度以后,沥青混合料的强度则随着温度的降低而减少。虽然在低温时沥青混合料具有很高的强度,但其变形能力则显著下降。研究表明:路表温度越低,温度开裂的可能性就越大[5]。路表温度与周围大气温度和风速有关,大部分的低温裂缝是在温度下降到低于玻璃态转变温度并长时间保持此低温时出现的。降温是产生沥青路面温缩裂缝的最直接的原因,降温速率越大,混合料收缩应变速率越大,材料的应力松弛性越难发挥,积聚的温度应力越高,也就越容易发生开裂。另一方面,即使一次降温未达破坏的地方,由于处于接近该温度的低温状态下,混合料内部也将发生微裂缝,随着低温持续时间的延长,裂缝不断扩展,也将发生开裂,在气温稍高的地区,由于反复的升温降温循环,虽然温度应力不很高,但材料的破坏应变将减小,再加上材料老化的影响,亦将由于疲劳而发生开裂破坏。
因此,温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环次数是影响温度对沥青路面温缩的四大因素。
4 结语
实际上按照现行沥青路面设计规范要求,沥青路面厚度设计相对偏厚,目前采用的半刚性基层收缩性都比较小,施工工艺水平有很大提高,所以新建半刚性沥青路面上出现的裂缝绝大多数是沥青路面本身产生的温度裂缝。如何提高沥青面层的防裂性能、改善沥青及沥青混合料的使用品质应是人们研究的主要方向。
参考文献
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浅谈路基路面开裂成因及防治措施 篇6
1 路基路面开裂的成因分析
依据道路建设的材料、结构、地理因素和道路载荷等, 可将道路裂缝分为以下几种。
1.1 荷载型裂缝
荷载型裂缝, 顾名思义, 是因道路载荷引起的。道路在使用的过程中, 长时间处于车辆的压载之下, 同时还要承受一定的拉应力作用, 这样就容易导致道路载荷超标而出现疲劳裂缝。该类裂缝的特点是呈网状分布。
1.2 温度性裂缝
温度性裂缝分为低温裂缝和温度骤变裂缝两种。其中, 低温裂缝主要因温度降低、路面材料收缩以及受车辆的碾压而形成。低温裂缝多出现于温度较低的恶劣天气条件下。该类裂缝产生时多以横向裂纹为主, 并且初始位置一般都为道路的表面, 然后逐渐延伸至路面内部。另外, 在寒冷的天气条件下, 路面温度低于底层温度, 那么不同的路面层就会出现不同的收缩量。收缩量一旦超出了路面材料所能承受的拉伸应力, 也会导致路面出现裂缝。温度骤变裂缝是因长期受太阳照射和昼夜温差产生的。由于道路在使用中长期处于太阳暴晒之下, 对于温度较高的地区, 太阳直射会导致地表温度较高, 而夜晚温度下降, 路面温度也随之降低。这样的温差会形成较大的温度应力, 这种温度应力一旦超过路面的拉伸强度, 道路表面就会开裂, 因此, 该类裂缝多因温差较大引发, 在我国南北方地区均有出现。
1.3 路基不稳固导致的开裂
在路基建设中, 大部分施工单位会根据当地的土质选择适当的路基施工方法和材料, 也会充分考虑雨水沉降的影响。同时, 在施工过程中还会对路基的排水进行疏通, 防止因雨水浸泡而导致路基沉降。但是, 当路基的排水工作不到位或者采用的施工方法不合理时, 就会造成路基含水量增加, 即使经过多次碾压, 也会导致其稳固性下降;加之受持续车辆载荷的影响, 路基就不能承载路面的变形, 最终导致路面开裂。
1.4 路面设计不到位导致的开裂
在路面设计环节就需要对可能引发路面开裂的因素予以充分考虑, 在拓宽原来的路段时更应该注重原有裂缝的修复和维护, 加大这一路段的强度, 以保证道路路面强度, 从而防止路面裂缝的出现。
2 路基路面开裂的防治措施
2.1 加强路基建设时的质量控制
路基路面开裂的主要原因就是路基路面建设强度不够, 或者路面局部建设存在缺陷, 导致路面完工后由于自然原因或者车辆碾压而出现开裂。因此, 需要加强路基建设时的质量控制, 使路面建设能够满足设计要求。具体可以从以下3方面入手:①合理选择路基建设材料。路基材料的选择对整个道路的强度起着决定性作用, 并不是所有土质都可以作为路基建设的材料, 必须严格控制材料的质量。②路基填土完成后必须进行压实度检测。压实度直接体现了路基强度, 压实度的检测对确保路面质量有着非常重要的作用。因此, 在现场建设中, 必须严格按照要求检查这一指标, 使之符合设计要求, 切实增强路基强度和路面的稳定性。③切实做好地下水位的控制。路面建设时, 有的地段地势较低, 地下水位距地表很近。这就给路基建设带来了一定的困难。为了保证路基的强度和稳定性, 防止地下水对路基建设产生影响, 必须采取必要的措施控制地下水位, 比如采用优质材料填充, 或者对土质采取换填方式。
2.2 合理控制路基厚度
在建设路基基层时, 适当增加其厚度可大大提高路基的承载性能。通过试验可知, 将路基半刚性基层厚度从10 cm增加到25 cm后, 路基的承载力可提高3倍。因此, 在实际施工时, 适当增加路基厚度可大大减少路面开裂情况的出现。
2.3 增加路面沥青厚度
通过对不同厚度的沥青路面的检测得出, 当路面沥青厚度大于15 cm时, 不仅能在很大程度上减少因受拉疲劳而出现的裂缝, 还能降低因车辆负重产生的剪切力。
2.4 施工时使用防裂效果好的原料
在选用施工材料时, 需注意以下几点:①在路基建设过程中, 应多选用抗冲性能好的材料, 选用受环境温度、湿度等影响小且抗拉能力强的材料, 扎扎实实做好路基基层建设。②通过使用辅助材料提升沥青的稳定性。在路基建设中使用沥青时, 要对沥青进行检查, 尽量使用优质沥青, 保证路面面层厚度和稳定性。当缺乏优质沥青或者优质沥青不充足时, 可在沥青中适当加入延伸性好的辅助材料, 从而增强沥青的延伸性, 提高路面的抗裂能力。③路面表层的孔隙率对路面质量有很大的影响, 因此在表层铺设沥青时, 应选用密实型沥青, 以增加路面的结构强度。这样, 即使出现裂缝, 也不会大规模扩大。④在采购材料时, 应选择表面较为粗糙、硬度较高的材料, 充分考虑材料的耐磨性。⑤在施工过程中, 沥青材料的配混也是一项关键的技术性工作。在确定不同材料的配比时, 要考虑不同成分的稳定性, 以及相互结合时的抗疲劳能力和抗裂性能。
3 结论
从本文的分析可以看出, 城市道路的质量关系到人们日常出行的安全, 因此, 当路面和路基出现开裂情况时, 必须及时维修, 防止裂缝进一步扩大而导致交通事故的发生。在设计和施工时, 应结合路基路面开裂的成因, 做好路基施工中的排水工作, 从而增强路基的稳定性, 保证道路使用的安全。
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路面防开裂 篇7
关键词：沥青路面,Top-Down开裂,断裂力学,三维有限元
传统的疲劳开裂总是假定为发生在沥青层底并向上扩展的,对于这种Bottom-Up的疲劳开裂已有近半个世纪的研究,对其发生和发展的机理已取得了较深入的认识,各种设计方法都选用这一类疲劳损坏作为设计的控制对象。
然而近年来,美国和欧洲都有研究报告[1]~[5]显示,出现在轮迹带附近的源于表面而向下扩展的纵向开裂(Top-Down开裂)已经成为高等级沥青路面的主要损坏类型之一(见图1)。在过去几年,钻芯取样显示,很多开裂是起源于沥青层表面并向下扩展的(见图2)。这种Top-Down开裂已经引起了各国道路工作者的广泛关注。
1 Top-Down开裂的成因
如文献[1]、文献[2]等大量研究表明,Top-Down开裂是多种因素共同作用的结果。综合国内外研究资料,对Top-Down开裂成因的解释主要有如下几点。
1)轮载附近的局部应力集中;
2)温缩应力;
3)沥青混合料老化;
4)施工质量问题导致的混合料离析、压实不足等。
在上面4点成因中,需要特别注意的是路表面应力和它们对路面损坏的影响。精确测量轮胎-路面接触压力有助于正确评价路面开裂行为,在计算路面开裂时须使用实测轮胎压力分布而不能使用简化的轮载作用图式。轮胎-路面接触压力,包括横向应力,尤其是横向花纹的卡车轮胎下的横向应力,对裂缝发生有重要的影响。对沥青路面温度变化的分析揭示,骤然变化的路面温度产生了强大的温缩应力,并且导致了沥青层的模量梯度,改变了沥青层原来的模量比,这也是Top-Down开裂的影响因素之一。另外,路面结构的厚度和模量组合变化也是影响因素。在有些地方,施工质量不佳也可能产生Top-Down开裂。
初步的研究结果表明,路面结构组合(厚度和模量)对表面应力影响很小,这就意味着Top-Down开裂损坏问题必须通过提高沥青混合料的抗疲劳性能来解决。
2 裂缝扩展的机理
2.1 裂缝扩展的有限元模型
如图3所示,在一般的应力场中,按裂缝的位置与应力的方向的关系,断裂力学关于裂缝有三种基本类型,分别为张开型(拉应力)、滑开型(剪应力)和撕开型(反平面剪切型)。实际工程问题中,由于荷载分布不对称、裂缝方位不对称等原因,裂缝通常都表现为上述三种基本类型的混合变形状态即混合型裂缝。
本文利用应力强度因子描述裂缝尖端(见图4)的响应行为并建立了路表面裂缝扩展的有限元模型,下面3个参数用于路面开裂扩展的评价过程:
模式I:I型开裂应力强度因子KI≈limσxx·(2πr)1/2
模式II:II型开裂应力强度因子KII≈limτyx·(2πr)1/2
开裂能量释放率J=(KI2+K2II)·(1–μ2)/E
式中,σxx为水平应力;τyx为剪应力;μ为泊松比;r为距裂缝尖端的距离;E为弹性模量。
在有限元模型中,荷载采用实测的轮胎-路面接触应力,包括竖向和横向应力。裂缝深度分别假定为6.25 mm、12.5 mm、18.75 mm、25.0 mm和37.5mm。路面结构为10cm或20cm沥青层,模量取1400 MPa,当考虑老化、低温等情况时取5 500MPa;基层为30cm柔性基层,模量取140 MPa或300MPa;土基取230cm,模量为100 MPa。有限元模型如图5所示。
2.2 计算结果及分析
限元模型的分析结果如图6、图7所示。在图6中,可以发现拉应力是损坏的决定性因素,在裂缝尖端处拉应力强度因子KI远大于剪应力强度因子KII,这表明裂缝扩展主要是由模式1控制。同时也可以发现,高的模量比(沥青层与基层模量比)使裂缝尖端的拉应力强度因子KI增大。图7表明,拉应力强度因子KI的数值随着裂缝扩展而变化。此外,裂缝距荷载作用位置越近,拉应力强度因子KI数值越大,裂缝尖端最大拉应力强度因子KI出现在荷载作用处。这个结论与实际路面中Top-Down开裂通常出现在轮迹带附近是相符的。
2.3 模量梯度对裂缝扩展的影响
实测路面温度表明:沥青表面层与中面层的温差,白天最大可达30℃,出现时刻为下午7点,表面层高于中面层;夜间最大温差可达10℃,出现时刻为凌晨5点,表面层低于中面层。另外,在夏季高温条件下,突降大雨会使得路表面温度急剧下降,模量增大,而路面较深处温度在一定时间内仍保持较高温度,其模量也相对较小。再次,路表面的沥青混合料老化也会造成其模量增大。以上这些极端情况造成的路面模量梯度都会对路面的裂缝扩展产生极大的影响。为此,模型使用了如下4个例子进行了有限元计算,所采用的模量梯度是FHWA在北佛罗里达州的实测数据。
例1:相同的温度分布,即使用路面设计时假定或实测标准温度下的结构层模量;
例2:沥青路面白天最大温差时(下午7点)的模量梯度;
例3:沥青路面夜间最大温差时(凌晨5点)的模量梯度;
例4:骤雨导致的路表面突然降温。
将上述4种极端情况下的沥青路面结构层模量实测数据输入到有限元模型中进行计算,所得4个例子在裂缝尖端处的拉应力强度因子如图8所示。结果表明,在其它条件相同的情况下,有较大模量梯度的例2~例4与沥青各层模量相差不大的例1相比,裂缝尖端拉应力有急剧增加,其比值最高可达7倍之多。所以,在进行路表面裂缝扩展分析时对沥青混凝土的模量取标准值是不合理的,不能准确预测裂缝扩展的趋势。因此,建立路面开裂模型,预测裂缝扩展趋势首先必须要考虑路面各层的模量在极端条件下的变化情况。
3 考虑Top-Down开裂的路面设计
对Top-Down开裂进行分析时,如果不考虑一些关键因素(如实际轮胎-路面接触应力、温度和混合料老化导致的模量梯度、已有的裂缝等)是不能得到正确结论的。而对这些因素的考虑则意味着在路面结构设计中使用假定的双圆均布荷载作用图式是不合理的,这种假定的荷载图式不能预测开裂,因为路面开裂往往是在极端条件下发生的。同样,模量梯度对裂缝成因也影响很大,这意味着各结构层采用的模量也需通过实测,否则,将不能得到实际路面上产生的真实的最大拉应力强度因子。
预防或减缓Top-Down开裂主要应通过提高表面材料的抗开裂性能,另外,就是使用低损害的卡车轮胎。对于已有裂缝出现的路面,磨耗层铣刨和加铺技术是一种合适的选择。
4 结语
对沥青路面现场调查和钻芯取样的结果显示出现在轮迹带附近的纵向裂缝是源于表面而向下扩展的Top-Down开裂,这种开裂已经成为当前高等级沥青路面的主要损坏类型之一。在有限元开裂模型的分析的基础上,本文认为,Top-Down开裂的裂缝扩展模式是张开型裂缝即拉应力损坏模式。Top-Down开裂是近几年才开始研究的一种新的沥青路面损坏模式,目前道路工程届对它发生和发展的机理仍有争议,需要进一步的探究。
参考文献
[1]Uhlmeyer,J.S.,Willoughby,K.,Pierce,L.M.,etal.Top-DownCracking in Washington State Asphalt Concrete WearingCourses[C].TransportationResearchBoardWashington,D.C.:NationalResearchCouncil,2000.110-116.
路面防开裂 篇8
1 市政道路拓宽改建路面纵向开裂的形成原因分析
通过对道路拓宽改建工程的分析及相关数据资料的统计可知, 在进行道路拓宽改建过程中, 路面出现纵向开裂, 经常发生在以下这些路段: (1) 高路堤扩宽区段; (2) 地质条件较差路段; (3) 现有市政道路当中。据此, 进一步进行调查研究可知, 致使拓宽改建道路发生纵向开裂, 其形成原因, 主要表现在以下这些方面: (1) 由于公路土基地质条件不好, 不管是新路基、还是原有的路基, 其底部土基因荷载的增大而出现沉降, 但就原有的路基而言, 因其地基在进行拓宽改造之前已沉降到位, 再加上其所增加的荷载也远比新路基来得小, 故其沉降量远比新拓宽部分地基来得小, 致使新老路基出现沉降差异;故在完成拓宽改建施工作业后, 现有公路路基与新拓宽路基这二者之间存在着显著的沉降差异问题而极大地影响着公路路基的稳定性, 正是路基的不稳定性, 引起土体下沉出现明显的侧向位移, 而得公路路面因受作用力影响而出现纵向开裂这个问题。 (2) 在进行新拓宽路基施工过程中, 由于所采用的填筑材料及压实度与设计要求不符合, 致使路基发生不均匀沉降; (3) 在进行新拓宽公路工程施工过程中, 因未能按要求进行严格施工, 再加上其施工工期比较短, 故未能让新路基实现安全下沉到所规定的位置而带来显著的施工后沉降问题。正是以上这些不利因素的存在, 致使新拓宽公路路肩与现有公路路基之间存在着显著的沉降差异而引起市政道路拓宽改建路面出现纵向开裂这个问题。
2 关于市政道路拓宽改建路面出现纵向开裂的防治措施分析
进行市政道路拓宽改造, 其较为典型的一个质量通病就是路面发生纵向开裂, 应在遵循这一原则———重在预防、及时进行治理的基础上来进行防治。不管是道路拓宽改建设计、还是具体的施工过程, 都要对所采用的施工工艺进行深入分析, 以确保施工质量, 以此来对路面发生纵向开裂进行有效预防、并尽可能地减少道路路基因差异沉降而发生纵向开裂。此外, 对于那些已经出现纵向开裂的路面, 一定要制定出有效措施, 进行及时治理, 这不仅可对路面裂缝的进一步发展进行有效控制, 而且还能对路面功能进行有效恢复, 从而达到有效延长路面使用年限的防治效果。总的看来, 有关市政道路拓宽改建路面出现纵向开裂的防治措施, 主要有以下这些。
2.1 重视路基的施工
路面的基础就是路基, 从路面传递下来的各种荷载, 其最终承受者也是路基, 因而路面的强度及稳定性与路基是否足够坚实和稳定有着极为密切的关系。故一定要明确路基所起的重要作用, 这是进行市政道路扩宽改建、防治纵向开裂出现的前提。改建和拓宽旧路, 都须对原有的排水系统进行加高加宽处理, 若处理不当, 都会给今后公路的正常养护带来极大的不便。故为有效防治纵向开裂的出现, 在进行扩宽改建市政道路过程中, 要着重做好以下这些方面: (1) 处理好旧路的排水系统。在加宽旧路路基过程中, 将有可能挖掉或覆盖原有道路的排水沟。故针对那些位于填方路段的排水沟, 要先挖除掉其中的各种杂物及其砌体, 再以填筑路基相同的砂性土或土壤进行填平, 并使用一定的机械设备予以夯实, 直至其压实度超出原有路基土壤压实度为止, 且须确保所填土壤, 其压实系数尽可能达到98%以上;实践表明, 在具体施工过程中, 一定要做到这些要求, 才能有效确保在所加宽的路基及所回填边沟的地方不产生沉陷。 (2) 选择最佳施工工艺进行路基加宽施工。在拓宽改建市政道路过程中, 对于合格的原有路基, 一定要予以尽可能使用可, 这就带来了加宽程度不尽相同的问题。有关双侧加宽和单侧加宽, 这是实际当中进行路基加宽的两种主要方式。在受地形地物制约比较小的前提下, 应以单侧加宽为主, 因此种加宽方式只要加宽其中的一侧即可, 比较方便进行路基施工, 与双侧加宽相比, 其加宽的宽度也比较大, 在实际施工中更容易确保其压实度;更为重要的是, 在进行一系列基底施工工序处理过程中, 所有的施工工序均在路基一侧实施, 能够带来更快的施工进度;但单侧加宽也有其不足之处, 若路面需进行较大宽度的加宽时, 一部分路面结构将可能位于新建路基之上, 而另一部分则在原有路基之上;由于不管是密实度、还是强度, 新旧路基均不同, 致使新旧路基发生程度不同的沉降差异而在接缝路面处出现纵向裂缝。针对这种情况, 在进行衔接新旧路面时, 可采取以下这些措施加以防治: (1) 进行路堤地基的拓宽处理:若所拓宽的路堤具有良好的地基时, 在完成表土清除及进行碾压密实以后, 再予以填筑路堤;若路堤地基情况较差时, 且存在着一定厚度 (通常小于3米左右) 的不良土, 则应予以挖除掉并通过换填等处理, 再通过逐层碾压而使之密实, 其分层厚度通常在0.5米左右;若存在着厚度不足3米的软弱土层或淤泥土时, 则可应用抛石挤掉淤泥这种方式来加以处理, 并应用未经风化的开山片石 (其粒径通常要大于30厘米) 作为所需石料;若所存在的不良土、软弱土层或淤泥, 其厚度超过3米时, 则可选用这些方法加以处置:加筋土法、份喷桩、排水固结法、、粒料桩。 (2) 拓宽路堑:首先把临时排水沟设置于上边坡的排水沟处, 再由上到下进行挖土并及时运走, 最后再对边坡进行修整, 对排水沟用上述方法进行处理, 在此基础上再干燥处理已拓宽的土基路肩; (3) 进行纵向搭接:在改建旧路纵向产生搭接时, 可顺着路线方向把旧路通过开挖, 使之成为宽度大于一米的纵向台阶。
2.2 加强路面结构的施工
做好路面结构的施工, 这是有效避免市政路面出现纵向开裂的关键技术;具体可从以下这些方面抓起: (1) 对于施工原材料, 要加强进行试验检测, 以有效保障道路施工原材料质量与相关设计要求相符合, 最大限度促进所用材料为合格质优筑路材料。 (2) 实施材料级配, 一定要与设计要求相符合。 (3) 进一步完善施工组织, 从严把握施工现场进程, 对于路面基层, 一定要确保混合料拌和均匀, 尽可能应用厂拌;进行摊铺时尽可能应用摊铺机来操作, 以避免粒料离析的产生, 以便做好平整度和压实度的控制。对于沥青路面的下封层, 尽可能地应用乳化沥青, 并以专业机械来完成铺筑。
2.3 加强路面纵向裂缝的养护及维修
市政路面在完成拓宽改建后, 在行车过程中若产生纵向裂缝, 为避免路表水从路面深入而对结构层带来更大的损坏, 一定要及时予以处治, 尽快使路面功能得到恢复, 提高面层的使用时间。 (1) 定期进行观察, 若发现路面新产生裂缝, 一定要以热沥青等作为灌 (下转第175页) (上接第172页) 缝材料来对裂缝进行及时封闭, 以避免路表水的进一步下渗。 (2) 纵向裂缝的宽度超过4毫米、且已稳定存在着:若路面为沥青路面, 则先把原沥青面层铣去, 再灌缝处理基层顶面的裂缝, 并对面层喷洒粘层油, 促使路面尽快得到恢复;若路面为混泥土路面, 则应对出现裂缝的混凝土板板进行更换, 再处理基层的纵向裂缝, 使之尽快恢复混凝土面层。
3 结束语
总之, 做好市政道路拓宽改建后路面纵向开裂的控制, 这是做好市政公路工程质量管理、有效提高公路工程施工质量的重要环节。因此, 在生产实践中, 深入分析和探讨市政道路拓宽改建后路面纵向开裂的形成原因, 并综合各种因素的影响, 采取一系列有针对性的措施加以防治, 这对于提高拓宽改建后市政公路工程的施工质量、促进我国交通运输业的持续快速发展均具有重要的作用。
摘要：基于保障道路使用性能、提高行车安全的重要性, 就市政道路进行拓宽改建过程中所出现的纵向开裂原因进行了分析, 并针对其形成原因, 提出一些有针对性的防治对策。
关键词：道路拓宽改建,路面纵向开裂,原因,防治
参考文献
[1]张平.旧路拓宽新老路基变形协调综合处治研究.[J].中南大学学报.2010.02.