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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
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)舊的水泥板路面加鋪瀝青，都是為了對(duì)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(chē)輛荷載的耦合作用極易使得原來(lái)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(qiáng)溫度應(yīng)力對(duì)瀝青加鋪層影響問(wèn)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(lái)源
一年之內(nèi)，不同的地區(qū)，都會(huì)有一定程度的氣候變化，相應(yīng)的也帶來(lái)了溫度的變化。瀝青加鋪層主要的溫度應(yīng)力來(lái)源為：一方面、由于溫度降低，瀝青層會(huì)發(fā)生一定的收縮，而部分的基礎(chǔ)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，沒(méi)有設(shè)計(jì)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(huì)逐漸消解，一旦溫度下降過(guò)快或面層的材料松弛性不好，面層內(nèi)的溫度應(yīng)力就無(wú)法及時(shí)的得到釋放，因此它就會(huì)做工導(dǎo)致能量累積，如果這些積累的能量超過(guò)了材料自身的承受極限，就會(huì)導(dǎo)致瀝青加鋪層產(chǎn)生低溫開(kāi)裂；另一方面，溫度下降時(shí)，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(gè)溫度梯度會(huì)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(gè)影響溫度應(yīng)力的因素，是在我們進(jìn)行設(shè)計(jì)改善措施時(shí)要重點(diǎn)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(jì)不到位，導(dǎo)致瀝青加鋪層受到的收縮力無(wú)法釋放。長(zhǎng)期這樣下去，積累的收縮力會(huì)導(dǎo)致加鋪層在軸向受到一個(gè)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(duì)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(shí)， 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?yàn)橥饨缬绊懚鴾囟容^低時(shí)，兩個(gè)層面就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫度差，由于熱脹冷縮原理，基層的水泥面板就會(huì)給瀝青一個(gè)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(jiàn)，所以解決這一問(wèn)題是未來(lái)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(gè)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(huì)導(dǎo)致瀝青加鋪層出現(xiàn)問(wèn)題。水泥層面地基的弱化會(huì)導(dǎo)致路面受力不均，一旦路面承受較大的壓力，就會(huì)導(dǎo)致瀝青出現(xiàn)下陷、開(kāi)裂的現(xiàn)象。而且，路面也會(huì)因?yàn)槭艿竭^(guò)大的壓力而發(fā)生沉降，一旦駕駛?cè)藛T不注意，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重得多交通事故，危害到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
二、產(chǎn)生裂縫的過(guò)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(lái)說(shuō)，我們將裂縫的產(chǎn)生過(guò)程分為了三個(gè)階段：第一個(gè)階段是開(kāi)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(kāi)始出現(xiàn)一系列的裂縫，這個(gè)時(shí)期的裂縫都比較??；第二個(gè)階段主要是裂縫穩(wěn)定增加的過(guò)程，在此過(guò)程中，原本開(kāi)裂的部分開(kāi)始穩(wěn)定的向其它部位延伸，延伸的過(guò)程緩慢且速度穩(wěn)定，而且一些原本沒(méi)有裂縫的部位，也會(huì)因?yàn)檫B帶作用而產(chǎn)生裂縫；最后一個(gè)階段就是路面破裂了，由于長(zhǎng)時(shí)間的裂縫，造成路面發(fā)生破壞，加上車(chē)輛的壓力，導(dǎo)致路面開(kāi)始破裂。經(jīng)過(guò)這幾個(gè)階段的發(fā)展，路面基本上不具備使用的功能，如果還有車(chē)輛在上面行駛，有可能就會(huì)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(zhǎng)時(shí)間下雨的天氣，整個(gè)路面就會(huì)被完全破壞。
三、路面檢測(cè)
3.1 檢測(cè)部位
水泥混凝土路面應(yīng)重點(diǎn)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(jí)。 重點(diǎn)調(diào)查破碎板塊、開(kāi)裂板塊、板邊角的破損狀況，并逐個(gè)記錄破損板塊的位置和數(shù)量或按車(chē)道繪出破損狀況草圖，計(jì)算每公里斷板率；調(diào)查縱、橫向接縫拉開(kāi)寬度、錯(cuò)臺(tái)位置與高度，計(jì)算錯(cuò)臺(tái)段的平均錯(cuò)臺(tái)高度；調(diào)查脫空位置等。
3.2 檢測(cè)方式
用落錘式彎沉儀（FWD）或貝克曼彎沉儀（BB）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。視路況每塊板或每?jī)蓧K至四塊板選一測(cè)點(diǎn)，在橫向接縫板邊距板角30～50cm處測(cè)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(cè)定的彎沉值數(shù)據(jù)資料，選擇典型路段測(cè)量橫向接縫或裂縫兩側(cè)板邊的彎沉值，以評(píng)價(jià)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(cuò)臺(tái)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(cè)定舊混凝土強(qiáng)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(jì)，應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、氣候條件、交通量和投資狀況，結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)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(jí)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(shí)，宜用熱瀝青或改性瀝青、改性乳化瀝青做粘層，同時(shí)為防止?jié)B水、減緩反射裂縫，加強(qiáng)層間結(jié)合，宜鋪設(shè)長(zhǎng)纖維無(wú)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(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)
當(dāng)原路面板接縫或裂縫處平均彎沉大于0.45mm以上時(shí)，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(shí)，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(cè)定其當(dāng)量回彈模量，按規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)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(yǔ)
未來(lái)道路的發(fā)展方向是越來(lái)越趨于簡(jiǎn)潔化、安全化的，所以對(duì)相關(guān)材料、技術(shù)的研究，是我們必須重點(diǎn)把握的。
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