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破裂水泥混凝土路面板瀝青加鋪層溫度應(yīng)力影響因素
現(xiàn)代建設(shè)技術(shù)正在日漸完善，原本可以滿足車輛需求的道路也在發(fā)生改變。隨著各種重型車輛的誕生，原本的水泥路面已經(jīng)無法承受重壓，所以一些新型的路面開始出現(xiàn)在人們面前。現(xiàn)在使用得較多的就是在路面鋪上一層瀝青及其它混合物，使路面變成瀝青瑪蹄脂碎石路面，這樣的方式可以有效的提高路面的強度，防止路面因承受過大的壓力而產(chǎn)生裂縫。瀝青路面自出現(xiàn)以來，在各類道路中都得到了廣泛的使用，主要是因為這種路面既美觀，抗裂性能較強，而且還可以承受較大的壓力，不容易產(chǎn)生斷裂。炎熱的夏天，這種路面還不易因高溫烘烤而產(chǎn)生問題，并且它還有一定的抗低溫性，極大的滿足了各種道路的要求。所以，為了保證混凝土路面板瀝青加鋪層的穩(wěn)定和道路的安全，就要對加鋪層的溫度應(yīng)力進(jìn)行一系列的分析，提前做好相關(guān)的措施，保證溫度應(yīng)力不對加鋪層造成較大的影響，威脅到道路安全。
一般來說，對舊的水泥板路面加鋪瀝青，都是為了對原有的路面進(jìn)行加固，防止水泥的路面受到更大的損壞。雖然瀝青加鋪層可以有效的防止水泥路面的進(jìn)一步損壞，但是由于溫度應(yīng)力和車輛荷載的耦合作用極易使得原來的接縫處瀝青加鋪層產(chǎn)生反射裂縫，間接的降低了瀝青路面的使用壽命，增加了道路的安全隱患。所以，加強溫度應(yīng)力對瀝青加鋪層影響問題的研究，可以有效的節(jié)約道路建設(shè)的成本，保證道路的安全。
一、加鋪層溫度應(yīng)力分析
1.1 溫度應(yīng)力的來源
一年之內(nèi)，不同的地區(qū)，都會有一定程度的氣候變化，相應(yīng)的也帶來了溫度的變化。瀝青加鋪層主要的溫度應(yīng)力來源為：一方面、由于溫度降低，瀝青層會發(fā)生一定的收縮，而部分的基礎(chǔ)層結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，沒有設(shè)計相應(yīng)的伸縮縫，加上結(jié)構(gòu)內(nèi)部基層與面層之間有摩阻力，最終產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力。瀝青加鋪層混合材料屬于粘彈塑性材料，具有一定的應(yīng)力松弛性，溫度拉應(yīng)力會逐漸消解，一旦溫度下降過快或面層的材料松弛性不好，面層內(nèi)的溫度應(yīng)力就無法及時的得到釋放，因此它就會做工導(dǎo)致能量累積，如果這些積累的能量超過了材料自身的承受極限，就會導(dǎo)致瀝青加鋪層產(chǎn)生低溫開裂；另一方面，溫度下降時，一般路面上層結(jié)構(gòu)的溫度下降得比較快，所以在豎向就存在著溫度梯度，這個溫度梯度會導(dǎo)致混凝土板邊緣產(chǎn)生翹曲變形而引起溫度應(yīng)力。這兩個影響溫度應(yīng)力的因素，是在我們進(jìn)行設(shè)計改善措施時要重點考慮到的。
1.2 收縮溫度應(yīng)力
根據(jù)1.1可知，由于加鋪層和基層之間的設(shè)計不到位，導(dǎo)致瀝青加鋪層受到的收縮力無法釋放。長期這樣下去，積累的收縮力會導(dǎo)致加鋪層在軸向受到一個拉力，從而導(dǎo)致加鋪層發(fā)生彎曲。加鋪層路面結(jié)構(gòu)彎曲效應(yīng)對加鋪層軸向力和層間水平剪應(yīng)力減小十分顯著， 在層間水平剛度因子較大時， 彎曲效應(yīng)可使接縫處的加鋪層軸向力下降一半左右， 層間水平剪應(yīng)力S減小1/4左右。
1.3 翹曲應(yīng)力
原本的水泥路面，由于被加蓋的瀝青阻擋，所以不能直接和外界接觸，溫度的變化也不和外界環(huán)境同步。而且，由于原本的基層面材料和加鋪層的瀝青材料不同，受到溫度的影響也不同。當(dāng)基層溫度高，而瀝青加鋪層因為外界影響而溫度較低時，兩個層面就會產(chǎn)生一個溫度差，由于熱脹冷縮原理，基層的水泥面板就會給瀝青一個向上的豎直力，導(dǎo)致加鋪層出現(xiàn)翹曲的狀況。這樣的狀況在日常的生活中并不少見，所以解決這一問題是未來道路發(fā)展的必經(jīng)之路。
1.4 地基影響
在舊的水泥路面上，兩個混凝土面板之間的接頭經(jīng)常出現(xiàn)局部弱化和脫空的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也會導(dǎo)致瀝青加鋪層出現(xiàn)問題。水泥層面地基的弱化會導(dǎo)致路面受力不均，一旦路面承受較大的壓力，就會導(dǎo)致瀝青出現(xiàn)下陷、開裂的現(xiàn)象。而且，路面也會因為受到過大的壓力而發(fā)生沉降，一旦駕駛?cè)藛T不注意，就會導(dǎo)致嚴(yán)重得多交通事故，危害到人們的生命財產(chǎn)安全。
二、產(chǎn)生裂縫的過程
瀝青加鋪層反射裂縫是在交通荷載及溫度的循環(huán)作用下引起路面材料和結(jié)構(gòu)疲勞損傷而逐漸發(fā)展形成的。一般來說，我們將裂縫的產(chǎn)生過程分為了三個階段：第一個階段是開始起裂，由于溫度的影響以及地基的不穩(wěn)定，造成瀝青加鋪層開始出現(xiàn)一系列的裂縫，這個時期的裂縫都比較??；第二個階段主要是裂縫穩(wěn)定增加的過程，在此過程中，原本開裂的部分開始穩(wěn)定的向其它部位延伸，延伸的過程緩慢且速度穩(wěn)定，而且一些原本沒有裂縫的部位，也會因為連帶作用而產(chǎn)生裂縫；最后一個階段就是路面破裂了，由于長時間的裂縫，造成路面發(fā)生破壞，加上車輛的壓力，導(dǎo)致路面開始破裂。經(jīng)過這幾個階段的發(fā)展，路面基本上不具備使用的功能，如果還有車輛在上面行駛，有可能就會導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。而且，這樣的路面，不具備了防水的功能，一旦出現(xiàn)長時間下雨的天氣，整個路面就會被完全破壞。
三、路面檢測
3.1 檢測部位
水泥混凝土路面應(yīng)重點調(diào)查以下內(nèi)容，并根據(jù)調(diào)查所劃分病害種類、范圍及程度進(jìn)行分級。 重點調(diào)查破碎板塊、開裂板塊、板邊角的破損狀況，并逐個記錄破損板塊的位置和數(shù)量或按車道繪出破損狀況草圖，計算每公里斷板率；調(diào)查縱、橫向接縫拉開寬度、錯臺位置與高度，計算錯臺段的平均錯臺高度；調(diào)查脫空位置等。
3.2 檢測方式
用落錘式彎沉儀（FWD）或貝克曼彎沉儀（BB）進(jìn)行現(xiàn)場測定。視路況每塊板或每兩塊至四塊板選一測點，在橫向接縫板邊距板角30～50cm處測定彎沉，用以全面了解水泥混凝土路面的承載能力情況。根據(jù)測定的彎沉值數(shù)據(jù)資料，選擇典型路段測量橫向接縫或裂縫兩側(cè)板邊的彎沉值，以評價舊混凝土板的承載能力，接縫或裂縫傳荷能力，并結(jié)合平均錯臺高度，判斷板底脫空情況。選擇典型路面狀況，分層鉆芯取樣，測定舊混凝土強度、模量等，分析破壞原因。
四、部分處理方式
4.1 加鋪層標(biāo)準(zhǔn)
瀝青加鋪層類型和厚度的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)公路等級、氣候條件、交通量和投資狀況，結(jié)合已有經(jīng)驗確定加鋪層厚度。瀝青面層可由單層或雙層組成，視具體情況增加調(diào)平層。C級以上交通的公路加鋪瀝青層的結(jié)構(gòu)厚度，一般宜為100-180mm，其他公路宜為70-100mm。按本規(guī)范有關(guān)規(guī)定考慮路面結(jié)構(gòu)排水和防水要求，在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層時，宜用熱瀝青或改性瀝青、改性乳化瀝青做粘層，同時為防止?jié)B水、減緩反射裂縫，加強層間結(jié)合，宜鋪設(shè)長纖維無紡聚脂類土工布，或聚合物改性瀝青應(yīng)力吸收膜或設(shè)置應(yīng)力吸收層，以提高抗疲勞性能。
4.2 補強設(shè)計
當(dāng)原路面板接縫或裂縫處平均彎沉大于0.45mm以上時，宜打裂舊路面，消除舊混凝土板脫空，與基層緊密結(jié)合、穩(wěn)定后，再加鋪結(jié)構(gòu)層。當(dāng)原路面板接縫或裂縫處平均彎沉大于0.7mm或舊混凝土板較破碎時，可將原路面板破碎成30-100mm的小塊，作為下基層或底基層用。采用貝克曼彎沉儀或落錘式彎沉儀測定其當(dāng)量回彈模量，按規(guī)范規(guī)定設(shè)計補強層和瀝青層。
為了交通安全和穩(wěn)定，在路面材料、受力狀況等方面的研究要得到一定的重視才行。
五、結(jié)語
未來道路的發(fā)展方向是越來越趨于簡潔化、安全化的，所以對相關(guān)材料、技術(shù)的研究，是我們必須重點把握的。
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