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公路沥青路面裂缝,容易处治吗?


随着高等级公路的大量修建半刚性类材料以其优良的工程性能和显著的经济效益在我国公路建设中得到了广泛的应用,并在公路建设中越来越占有特殊的重要地位。然而,半刚性材料的缺点在于抗变形能力低,在温度、湿度变化时易产生裂缝,当沥青面层较薄时易形成反射裂缝,沥青路面本身也易产生低温裂缝,沥青路面一旦出现裂缝,有可能导致路面结构性破坏,影响路面的使用功能。

一、沥青路面裂缝的形式、形成及危害

沥青路面开裂是世界各国沥青路面使用中均会遇到的主要病害之一。无论是冰冻地区,还是非冰冻地区,只是各自的裂缝严重程度不同而已。沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的,但就沥青路面开裂的主要原因而论,裂缝可分为两大类,即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。

荷载型裂缝,即主要由于交通荷载作用下产生的疲劳裂缝。在半刚性基层沥青路面设计合理、施工质量良好的条件下,单纯由荷载作用引起面层开裂的可能性不大。

非荷载型裂缝,主要为温度型裂缝。沥青路面温缩型开裂包括低温收缩开裂与温度疲劳开裂,均体现为张开型开裂方式。对于沥青路面基层存在裂缝情形,按沥青面层裂缝开裂部位,又可以分为反射裂缝与对应裂缝。

由于环境温度、交通荷载等因素的影响,沥青路面初期产生的裂缝对沥青路面使用性能常无明显影响,但由于半刚性基层自身干缩和温缩应变胀缩产生的拉应力超过半刚性基层自身的极限抗拉强度,使其从强度薄弱处产生断裂,随着路面使用时间的延长。已有的裂缝逐渐向上扩展到路表,横向裂缝不断增加。缝宽不断增大,横向裂缝再不断附生纵向裂缝,最终形成大小不等独立板块,在表面水的作用下,致使裂缝附近基层的含水量加大,甚至饱和。其结果是路面强度明显降低,在大量行车荷载反复作用下,产生冲刷和沉陷等现象,聚终导致路面很快产生结构性破坏,使道路结构逐渐丧失承载能力。如何认识沥青路面开裂机理、阻止或延缓裂缝的发展,延长沥青路面使用寿命,是工程上的难题。

在道路施工过程中,把热拌沥青混合料摊铺在刚性或半刚性基层上,或者直接摊铺在已经破损的旧混凝土路面上时,反射 裂缝是必须面对的一个主要且棘手的问题。
反射裂缝的形成通常与下底层接缝或裂缝的尺寸大小、环境温度变化、下底层材料的热膨胀系数等有关,这些因素促使下 底层混凝土板涨缩产生水平方向的位移,即接缝 / 裂缝的开和闭,使沥青面层的底部在接缝 / 裂缝处产生较大的拉应力, 当拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时就出现开裂,裂缝处于下底层接缝或裂缝的正上方。温度每天反复变化是反射裂缝 产生的主要诱因,尤其在冬天,而交通负载则扮演了加剧裂缝蔓延扩张的角色,裂缝逐渐发展到沥青面层的表面,此时雨 水开始往下渗透迅速地破坏下层结构和路基。

为了描述沥青混合料的抗反射裂缝特性,恰当地模拟出下底层接缝 / 裂缝在水平方向的开闭运动非常关键,美国德克萨斯 州交通研究所 (TTI) 早在七十年代末期就专门设计出了这样的设备独立式沥青罩面层测试系统,简称Overlay Tester。下面跟着小编一起来了解下我们这款意大利matest-pavetest的独立式沥青罩面层测试系统。

设备名称:独立式沥青罩面层测试系统 (Overlay Tester)

型       号:B215-KIT
制  造  商:意大利Matest-pavetest公司


满足规范意大利matest独立式罩面测试仪是一个伺服气动控制测试系统,使用一个用高性能伺服阀的数字式控制器提供准确的高达60Hz的 加载波形,专门设计的满足德克萨斯州交通运输部 DOT 的测试程序 Tex-248-F 和 ASTM 标准 WK26816 规范,以确定沥 青混合料罩面层的开裂敏感性能。


意大利matest的Overlay Tester 是一款适合日常使用的快速测试沥青路面反射裂缝仪器,通过作用在沥青混合料试件上的周期性应力来评判混合料 的抗破裂性能。路面反射裂缝设备的工作台位于上部的温度控制箱内,整个试验由电脑全自动控制。Overlay Tester 试验的有效性已 经被大量的实践所证实,试验结果与实际路面性能全部一致,且试验具有可重复和一致性。大量的比对试验证实提高沥青 PG 等级、提高接缝 / 裂缝水平位移量、降低试验温度都会缩短反射裂缝形成的时间,增加沥青含量对于提高路面抗破裂 性能有很大的帮助。


位移反馈控制
Overlay Tester 的工作完全由电脑控制,数据全自动采 集。试验的全过程都是采用气动伺服闭环反馈控制,精确 执行每一次拉伸,从而准确的采集到拉伸应力的衰减过程, 当试件的拉伸应力衰减到 7% 以下,试件达到破坏条件。


产品特点
▍ 结构紧凑,完全一体式,精密的结构设计
▍ 热电供暖 / 供冷系统 - 比机械制冷和加热元件加热更可 靠更环保
▍ 无油静音空气压缩机和相关的空气处理设备
▍ 不需要额外的压缩空气供应
▍ 内置式传感器(位移传感器)
▍ 独立式自带轮子可移动设计
▍ 包括试样准备工具组件
▍ 额外的试样加载板


路面反射裂缝

设备组成
▍ 加载系统由一块固定,一块移动的拉伸盘组成
▍ 8 通道的数据采集与控制系统(CDAS/CDAS2)
▍ 10mm 位移传感器
▍ 温度传感器(-80℃ ~ + 80℃)

▍ 15kN 的气动作动器,行程达 10mm
▍ 荷载传感器(± 15kN)
▍ 半导体加热 / 制冷控温系统

路面反射裂缝

路面反射裂缝系统可以用来循环加载从150mm直径的试样上切成的端部圆形的试样。系统包括一个加载架,具有一个固定的和一个 活动的加载板,温控系统,控制和数据采集系统(CDAS)和静音空气压缩机 ( 可选 )。试样粘合到两个粘接板上放置在加 载架上进行测试。这是为了模拟沥青罩面层在现场由于如热膨胀 / 收缩作用下的开裂和产生反射裂缝评估。


数字式 CDAS/CDAS2 控制器

Matest 紧凑的控制和数据采集系统(CDAS/CDAS2)实时控制CDAS/ CDAS2 控制和数据采集系统提供了优异的波形拟真度及一体式综合的数据采集和控制功能,同时可在所有的通道(最多 可使用 64 倍过采样率)以每秒高达 192000 个样本的采样速率的采样给出了完整的卓越的低噪声性能和 20 位分辨率的动 态信号输入范围。Matest 独立式罩面测试仪是由CDAS 数 字控制器,TestLab 控制采集软件和所有必要的试验附件 组成,硬件和软件都是很好的组合。

路面反射裂缝


TestLab2 试验软件
在考虑了最大的灵活性开发的 TestLab 试验和控制软件,可以满足不同经验、水平、层次的操作人员使用。
通过使用已预设的“测试方法文件”选项,即使一个没有经验的操作者,也可以无需任何设置,运行一系列国际规范的试验 方法测试。此外具备测试“向导”设置功能,可预设典型的测试步骤,基于一个“配方”的方式,可一步一步的指导试验步骤。 最重要的是,有经验的工程师或研究人员不需要受所提供的测试方法文件菜单的功能和分析的限制。可以克隆、修改生成自 己的试验方法文件,满足他们特殊试验研究的需求。基于Excel 的数据分析提供了操作人员实施进一步分析和定制试验报告 格式的灵活性。TestLab 试验软件可以查看实时的试验结果和可设置的实时传感器数值大小示意图清晰显示,以及数据分析能力。


二、常用的沥青路面裂缝的预防和处理措施

延缓和减轻半刚性基层沥青混凝土面层的荷载型裂缝和非荷载型裂缝,可采用两大类方法:

一是在施工期间就采用相应的预防裂缝或处理措施,二是在维修养护时选用合适的加铺层体系。通常,在有条件时为获得最佳效果,可综合运用这两类方法。下面仅从半刚性基层沥青路面裂逢的预防或处理方面进行说明。

(一)提高路基工作区的强度和稳定性

路基是路面的基础,路基工作区又是路基经受行车荷载影响较大的深度区域,该深度区域具有足够的强度和整体稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要,否则将产生不均匀沉降使路面发生开裂。因此必须采取有效措施处理好影响路基工作区的稳定性和强度的关键环节,最大限度地减小路基完工后沉降量。

1.路基工作区的强度主要是在填筑过程中形成的。必须严格控制路基的填筑工艺,确保路基强度。填筑材料首选石、砾、砂类土,其次选用含砾、砂低液限粘土,再次选用低液限粘土。粉质土和有机土不能用于填筑路基。车辆荷载越重,路基工作区的深度就越大。而在路基路面设计时,车辆荷载是按标准的额定轴考虑的,当公路建成后,路基工作区的深度已经是固定成型了。

公路交付使用后,当公路上车辆超载运行时路基工作区的深度必将会随之加大。由于超载的缘故,路基工作区的实际深度超出了预设深度,这样未经处理的超出部分的路基强度、稳定性、刚度明显不足,在实际使用中,路基路面就会产生裂缝、沉陷、车辙、变形过大等病害。因此,面对当前高速公路超载现象十分普遍的情况下,建议在路基施工时对路基工作区的控制深度最好是大于路基工作区的设计深度,以防患于未然。

2.压实度是反映路基强度的重要指标,也是提高路基强度和稳定性的最经济、最有效的技术措施,施工中必须严格检测控制使其达到规定值。填土层的厚度对压实度有直接的影响,施工中要插杆挂线,每层的松铺厚度不应大于30cm。检测压实度试坑要打到下一层顶面,凡是检测结果达不到规定值的要加压处理或推除重填。

3.降低地下水位是提高路基强度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的关键部位,它直接承受和吸收路面的扩散应力,要有足够的强度和稳定性。当开挖后发现底下渗水,不论流量大小都要处理。填方地段要采用较好的材料填筑,土质差的地段要进行换填处理,确保其强度和稳定性。

(二)基层应有合理厚度

 当基层厚度增加时,其承载能力也迅速增加,试验证明半刚性基层厚度由10cm增加到25cm时,其承载力提高为原来的3倍。

(三)修筑防裂路面

研究表明,面层反射裂缝明显地受沥青面层厚度的影响,厚度超过15.0cm的面层可以有效的防止受拉疲劳所产生的裂缝,还可以降低车辆荷载引起的剪应力。国外资料介绍在贫混凝土上铺筑10.0cm的沥青面层时,在形成反射裂缝前可累积通过标准轴载10×10 次。如果沥青面层加厚到15.0cm,则可通过20×10次。如沥青面层加厚到17.5cm则可放心使用。

(四)选择防裂性能好的材料

1.选用抗冲刷能力好,干缩、温缩系数小、抗拉能力高的半刚性材料作基层,最好使用温度膨胀系数低的骨料。

2.选用松弛性能好的优质沥青做面层,保证沥青的针入度、延度等指标;在缺少优质沥青的情况下,应采用某些添加剂或聚合物,以提高沥青的低温抗裂性能及高温稳定性能。

3.在稳定度满足要求的前提下,选用针入度较大的沥青作两层。美国和英国的研究表明在沥青混凝士中使用软的沥青可以阻止低温收缩及高温疲劳作用两种机理引起的裂缝扩展。

4.采用密实型沥青混凝土面层,空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响,密实型沥青混合料在使用中沥青硬化缓慢,同时也延缓了裂缝的扩展。

5.沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料。如果集料呈酸性则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉,确保混合料的抗剥落性能,同时应尽量降低集料的含水量,尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂。

6.沥青混合料的级配也是一项重要因素,在合理选配混合料级配时,应兼顾其高温稳定性,疲劳性能和低温抗裂性能,以及路表特性和耐久性等各方面的要求。

7.在条件允许的情况,可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性沥青。SMA混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能,抗车辙性能好、使用寿命长,是防裂路面设计时应选用的一项新技术。

8.采用橡胶沥青或聚合物改性沥青在沥青混凝土表面作封层,可进一步提高表面层的抗温度裂缝能力。

(五)设置应力吸收层

1.在基层与面层之间铺橡胶沥青中间层、预制织物膜带条、土工织物或土工格栅中间层、低粘度沥青混凝土层等均匀应力吸收层。

2.采用应力吸收薄膜,对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果,可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少,明显降低应力强度因子。而吸收薄膜的弹性模薰越低,防裂效果越好。可见应力薄膜应选用低模量高韧性、大变形率的材料为好。就目前常用的材料而言,土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低,变形率较大。不存在低温脆裂问题,效果更佳。

3.用土工格栅加筋沥青路面的主要功能,是控制车辙、反射裂缝和疲劳裂缝,不同类型格栅性能显著不同。

4.橡胶沥青吸收膜,是使用废橡胶磨细的粉与热沥青搅拌后施于面层中间形成一薄膜或与砂石成一薄层。有试验结果表明,此应力吸收层在面层中间效果最佳。

(六)新铺半刚性基层的预开裂技术

在半刚性基层上锯缝,即在结构层碾压前切割一条缝直到层底。缝宽为0.5cm,内填沥青砂或沥青乳液随即将切缝快速封闭,然后以正常方式碾压该层。其目的就是预先制造更直、更多规则问距的裂缝,这样它比自然裂缝更细、裂缝位移更小,从而避免裂缝边缘的快速恶化或减缓裂缝贯穿沥青层。

三、施工控制裂缝发生

(一)在施工方面,控制半刚性基层碾压时的含水量为最佳含水量的0.9倍,压实度达到规范要求,碾压完成后要及时保湿养护,防止基层干晒,养护结束后,立即喷洒沥青乳液,做成透层或粘层,然后尽快铺沥青面层。

(二)制备沥青混合料时控制好加热时间和加热温度,不使沥青老化、加强碾压,使沥青混合料达到规定的压实度,也可减少反射裂缝。

(三)为了减少沥青面层由于半刚性基层的收缩裂缝而产生反射裂缝或对应裂缝,应尽可能采取有效措施来减少半刚性基层本身的收缩裂缝。

四、结语

公路铺设沥青面层前,采取裂缝预防措施和处理技术可以大大减少路面裂缝的出现。这种思路和方法是强调于道路建设初期采取措施阻止裂缝的形成或通过选择道路结构、技术或材料处理已出现的裂缝,这将减少裂缝或根本不出现裂缝,或者使得原有的或不可避免的裂缝活性大大降低。

 



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