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公路瀝青路面裂縫,容易處治嗎?


隨著高等級公路的大量修建半剛性類材料以其優良的工程性能和顯著的經濟效益在我國公路建設中得到了廣泛的應用,并在公路建設中越來越占有特殊的重要地位。然而,半剛性材料的缺點在于抗變形能力低,在溫度、濕度變化時易產生裂縫,當瀝青面層較薄時易形成反射裂縫,瀝青路面本身也易產生低溫裂縫,瀝青路面一旦出現裂縫,有可能導致路面結構性破壞,影響路面的使用功能。

一、瀝青路面裂縫的形式、形成及危害

瀝青路面開裂是世界各國瀝青路面使用中均會遇到的主要病害之一。無論是冰凍地區,還是非冰凍地區,只是各自的裂縫嚴重程度不同而已。瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的,但就瀝青路面開裂的主要原因而論,裂縫可分為兩大類,即荷載型裂縫和非荷載型裂縫。

荷載型裂縫,即主要由于交通荷載作用下產生的疲勞裂縫。在半剛性基層瀝青路面設計合理、施工質量良好的條件下,單純由荷載作用引起面層開裂的可能性不大。

非荷載型裂縫,主要為溫度型裂縫。瀝青路面溫縮型開裂包括低溫收縮開裂與溫度疲勞開裂,均體現為張開型開裂方式。對于瀝青路面基層存在裂縫情形,按瀝青面層裂縫開裂部位,又可以分為反射裂縫與對應裂縫。

由于環境溫度、交通荷載等因素的影響,瀝青路面初期產生的裂縫對瀝青路面使用性能常無明顯影響,但由于半剛性基層自身干縮和溫縮應變脹縮產生的拉應力超過半剛性基層自身的極限抗拉強度,使其從強度薄弱處產生斷裂,隨著路面使用時間的延長。已有的裂縫逐漸向上擴展到路表,橫向裂縫不斷增加。縫寬不斷增大,橫向裂縫再不斷附生縱向裂縫,最終形成大小不等獨立板塊,在表面水的作用下,致使裂縫附近基層的含水量加大,甚至飽和。其結果是路面強度明顯降低,在大量行車荷載反復作用下,產生沖刷和沉陷等現象,聚終導致路面很快產生結構性破壞,使道路結構逐漸喪失承載能力。如何認識瀝青路面開裂機理、阻止或延緩裂縫的發展,延長瀝青路面使用壽命,是工程上的難題。

在道路施工過程中,把熱拌瀝青混合料攤鋪在剛性或半剛性基層上,或者直接攤鋪在已經破損的舊混凝土路面上時,反射 裂縫是必須面對的一個主要且棘手的問題。
反射裂縫的形成通常與下底層接縫或裂縫的尺寸大小、環境溫度變化、下底層材料的熱膨脹系數等有關,這些因素促使下 底層混凝土板漲縮產生水平方向的位移,即接縫 / 裂縫的開和閉,使瀝青面層的底部在接縫 / 裂縫處產生較大的拉應力, 當拉應力超過瀝青混凝土的抗拉強度時就出現開裂,裂縫處于下底層接縫或裂縫的正上方。溫度每天反復變化是反射裂縫 產生的主要誘因,尤其在冬天,而交通負載則扮演了加劇裂縫蔓延擴張的角色,裂縫逐漸發展到瀝青面層的表面,此時雨 水開始往下滲透迅速地破壞下層結構和路基。

為了百姓彩票瀝青混合料的抗反射裂縫特性,恰當地模擬出下底層接縫 / 裂縫在水平方向的開閉運動非常關鍵,美國德克薩斯 州交通研究所 (TTI) 早在七十年代末期就專門設計出了這樣的設備獨立式瀝青罩面層測試系統,簡稱Overlay Tester。下面跟著小編一起來了解下我們這款意大利matest-pavetest的獨立式瀝青罩面層測試系統。

設備名稱:獨立式瀝青罩面層測試系統 (Overlay Tester)

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


滿足規范意大利matest獨立式罩面測試儀是一個伺服氣動控制測試系統,使用一個用高性能伺服閥的數字式控制器提供準確的高達60Hz的 加載波形,專門設計的滿足德克薩斯州交通運輸部 DOT 的測試程序 Tex-248-F 和 ASTM 標準 WK26816 規范,以確定瀝 青混合料罩面層的開裂敏感性能。


意大利matest的Overlay Tester 是一款適合日常使用的快速測試瀝青路面反射裂縫儀器,通過作用在瀝青混合料試件上的周期性應力來評判混合料 的抗破裂性能。路面反射裂縫設備的工作臺位于上部的溫度控制箱內,整個試驗由電腦全自動控制。Overlay Tester 試驗的有效性已 經被大量的實踐所證實,試驗結果與實際路面性能全部一致,且試驗具有可重復和一致性。大量的比對試驗證實提高瀝青 PG 等級、提高接縫 / 裂縫水平位移量、降低試驗溫度都會縮短反射裂縫形成的時間,增加瀝青含量對于提高路面抗破裂 性能有很大的幫助。


位移反饋控制
Overlay Tester 的工作完全由電腦控制,數據全自動采 集。試驗的全過程都是采用氣動伺服閉環反饋控制,精確 執行每一次拉伸,從而準確的采集到拉伸應力的衰減過程, 當試件的拉伸應力衰減到 7% 以下,試件達到破壞條件。


產品特點
▍ 結構緊湊,完全一體式,精密的結構設計
▍ 熱電供暖 / 供冷系統 - 比機械制冷和加熱元件加熱更可 靠更環保
▍ 無油靜音空氣壓縮機和相關的空氣處理設備
▍ 不需要額外的壓縮空氣供應
▍ 內置式傳感器(位移傳感器)
▍ 獨立式自帶輪子可移動設計
▍ 包括試樣準備工具組件
▍ 額外的試樣加載板


路面反射裂縫

設備組成
▍ 加載系統由一塊固定,一塊移動的拉伸盤組成
▍ 8 通道的數據采集與控制系統(CDAS/CDAS2)
▍ 10mm 位移傳感器
▍ 溫度傳感器(-80℃ ~ + 80℃)

▍ 15kN 的氣動作動器,行程達 10mm
▍ 荷載傳感器(± 15kN)
▍ 半導體加熱 / 制冷控溫系統

路面反射裂縫

路面反射裂縫系統可以用來循環加載從150mm直徑的試樣上切成的端部圓形的試樣。系統包括一個加載架,具有一個固定的和一個 活動的加載板,溫控系統,控制和數據采集系統(CDAS)和靜音空氣壓縮機 ( 可選 )。試樣粘合到兩個粘接板上放置在加 載架上進行測試。這是為了模擬瀝青罩面層在現場由于如熱膨脹 / 收縮作用下的開裂和產生反射裂縫評估。


數字式 CDAS/CDAS2 控制器

Matest 緊湊的控制和數據采集系統(CDAS/CDAS2)實時控制CDAS/ CDAS2 控制和數據采集系統提供了優異的波形擬真度及一體式綜合的數據采集和控制功能,同時可在所有的通道(最多 可使用 64 倍過采樣率)以每秒高達 192000 個樣本的采樣速率的采樣給出了完整的卓越的低噪聲性能和 20 位分辨率的動 態信號輸入范圍。Matest 獨立式罩面測試儀是由CDAS 數 字控制器,TestLab 控制采集軟件和所有必要的試驗附件 組成,硬件和軟件都是很好的組合。

路面反射裂縫


TestLab2 試驗軟件
在考慮了最大的靈活性開發的 TestLab 試驗和控制軟件,可以滿足不同經驗、水平、層次的操作人員使用。
通過使用已預設的“測試方法文件”選項,即使一個沒有經驗的操作者,也可以無需任何設置,運行一系列國際規范的試驗 方法測試。此外具備測試“向導”設置功能,可預設典型的測試步驟,基于一個“配方”的方式,可一步一步的指導試驗步驟。 最重要的是,有經驗的工程師或研究人員不需要受所提供的測試方法文件菜單的功能和分析的限制。可以克隆、修改生成自 己的試驗方法文件,滿足他們特殊試驗研究的需求。基于Excel 的數據分析提供了操作人員實施進一步分析和定制試驗報告 格式的靈活性。TestLab 試驗軟件可以查看實時的試驗結果和可設置的實時傳感器數值大小示意圖清晰顯示,以及數據分析能力。


二、常用的瀝青路面裂縫的預防和處理措施

延緩和減輕半剛性基層瀝青混凝土面層的荷載型裂縫和非荷載型裂縫,可采用兩大類方法:

一是在施工期間就采用相應的預防裂縫或處理措施,二是在維修養護時選用合適的加鋪層體系。通常,在有條件時為獲得最佳效果,可綜合運用這兩類方法。下面僅從半剛性基層瀝青路面裂逢的預防或處理方面進行說明。

(一)提高路基工作區的強度和穩定性

路基是路面的基礎,路基工作區又是路基經受行車荷載影響較大的深度區域,該深度區域具有足夠的強度和整體穩定性對保證路面結構的強度和穩定性極為重要,否則將產生不均勻沉降使路面發生開裂。因此必須采取有效措施處理好影響路基工作區的穩定性和強度的關鍵環節,最大限度地減小路基完工后沉降量。

1.路基工作區的強度主要是在填筑過程中形成的。必須嚴格控制路基的填筑工藝,確保路基強度。填筑材料首選石、礫、砂類土,其次選用含礫、砂低液限粘土,再次選用低液限粘土。粉質土和有機土不能用于填筑路基。車輛荷載越重,路基工作區的深度就越大。而在路基路面設計時,車輛荷載是按標準的額定軸考慮的,當公路建成后,路基工作區的深度已經是固定成型了。

公路交付使用后,當公路上車輛超載運行時路基工作區的深度必將會隨之加大。由于超載的緣故,路基工作區的實際深度超出了預設深度,這樣未經處理的超出部分的路基強度、穩定性、剛度明顯不足,在實際使用中,路基路面就會產生裂縫、沉陷、車轍、變形過大等病害。因此,面對當前高速公路超載現象十分普遍的情況下,建議在路基施工時對路基工作區的控制深度最好是大于路基工作區的設計深度,以防患于未然。

2.壓實度是反映路基強度的重要指標,也是提高路基強度和穩定性的最經濟、最有效的技術措施,施工中必須嚴格檢測控制使其達到規定值。填土層的厚度對壓實度有直接的影響,施工中要插桿掛線,每層的松鋪厚度不應大于30cm。檢測壓實度試坑要打到下一層頂面,凡是檢測結果達不到規定值的要加壓處理或推除重填。

3.降低地下水位是提高路基強度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的關鍵部位,它直接承受和吸收路面的擴散應力,要有足夠的強度和穩定性。當開挖后發現底下滲水,不論流量大小都要處理。填方地段要采用較好的材料填筑,土質差的地段要進行換填處理,確保其強度和穩定性。

(二)基層應有合理厚度

 當基層厚度增加時,其承載能力也迅速增加,試驗證明半剛性基層厚度由10cm增加到25cm時,其承載力提高為原來的3倍。

(三)修筑防裂路面

研究表明,面層反射裂縫明顯地受瀝青面層厚度的影響,厚度超過15.0cm的面層可以有效的防止受拉疲勞所產生的裂縫,還可以降低車輛荷載引起的剪應力。國外資料介紹在貧混凝土上鋪筑10.0cm的瀝青面層時,在形成反射裂縫前可累積通過標準軸載10×10 次。如果瀝青面層加厚到15.0cm,則可通過20×10次。如瀝青面層加厚到17.5cm則可放心使用。

(四)選擇防裂性能好的材料

1.選用抗沖刷能力好,干縮、溫縮系數小、抗拉能百姓彩票的半剛性材料作基層,最好使用溫度膨脹系數低的骨料。

2.選用松弛性能好的優質瀝青做面層,保證瀝青的針入度、延度等指標;在缺少優質瀝青的情況下,應采用某些添加劑或聚合物,以提高瀝青的低溫抗裂性能及高溫穩定性能。

3.在穩定度滿足要求的前提下,選用針入度較大的瀝青作兩層。美國和英國的研究表明在瀝青混凝士中使用軟的瀝青可以阻止低溫收縮及高溫疲勞作用兩種機理引起的裂縫擴展。

4.采用密實型瀝青混凝土面層,空隙率對面層的疲勞壽命有很大影響,密實型瀝青混合料在使用中瀝青硬化緩慢,同時也延緩了裂縫的擴展。

5.瀝青混合料的集料應選用表面粗糙、石質堅硬、耐磨性強、嵌擠作用好、與瀝青粘附性好的材料。如果集料呈酸性則應填加一定數量的抗剝落劑或石灰粉,確保混合料的抗剝落性能,同時應盡量降低集料的含水量,盡可能使用人工砂代替原形顆粒的天然砂。

6.瀝青混合料的級配也是一項重要因素,在合理選配混合料級配時,應兼顧其高溫穩定性,疲勞性能和低溫抗裂性能,以及路表特性和耐久性等各方面的要求。

7.在條件允許的情況,可以采用間斷級配、大空隙、密實型的瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性瀝青。SMA混合料具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性能,抗車轍性能好、使用壽命長,是防裂路面設計時應選用的一項新技術。

8.采用橡膠瀝青或聚合物改性瀝青在瀝青混凝土表面作封層,可進一步提高表面層的抗溫度裂縫能力。

(五)設置應力吸收層

1.在基層與面層之間鋪橡膠瀝青中間層、預制織物膜帶條、土工織物或土工格柵中間層、低粘度瀝青混凝土層等均勻應力吸收層。

2.采用應力吸收薄膜,對減緩反射裂縫的產生與擴展有明顯的效果,可使裂縫處相對位移產生的應力傳到面層時大為減少,明顯降低應力強度因子。而吸收薄膜的彈性模薰越低,防裂效果越好。可見應力薄膜應選用低模量高韌性、大變形率的材料為好。就目前常用的材料而言,土工織物與瀝青橡膠薄膜的彈性模量都較低,變形率較大。不存在低溫脆裂問題,效果更佳。

3.用土工格柵加筋瀝青路面的主要功能,是控制車轍、反射裂縫和疲勞裂縫,不同類型格柵性能顯著不同。

4.橡膠瀝青吸收膜,是使用廢橡膠磨細的粉與熱瀝青攪拌后施于面層中間形成一薄膜或與砂石成一薄層。有試驗結果表明,此應力吸收層在面層中間效果最佳。

(六)新鋪半剛性基層的預開裂技術

在半剛性基層上鋸縫,即在結構層碾壓前切割一條縫直到層底。縫寬為0.5cm,內填瀝青砂或瀝青乳液隨即將切縫快速封閉,然后以正常方式碾壓該層。其目的就是預先制造更直、更多規則問距的裂縫,這樣它比自然裂縫更細、裂縫位移更小,從而避免裂縫邊緣的快速惡化或減緩裂縫貫穿瀝青層。

三、施工控制裂縫發生

(一)在施工方面,控制半剛性基層碾壓時的含水量為最佳含水量的0.9倍,壓實度達到規范要求,碾壓完成后要及時保濕養護,防止基層干曬,養護結束后,立即噴灑瀝青乳液,做成透層或粘層,然后盡快鋪瀝青面層。

(二)制備瀝青混合料時控制好加熱時間和加熱溫度,不使瀝青老化、加強碾壓,使瀝青混合料達到規定的壓實度,也可減少反射裂縫。

(三)為了減少瀝青面層由于半剛性基層的收縮裂縫而產生反射裂縫或對應裂縫,應盡可能采取有效措施來減少半剛性基層本身的收縮裂縫。

四、結語

公路鋪設瀝青面層前,采取裂縫預防措施和處理技術可以大大減少路面裂縫的出現。這種思路和方法是強調于道路建設初期采取措施阻止裂縫的形成或通過選擇道路結構、技術或材料處理已出現的裂縫,這將減少裂縫或根本不出現裂縫,或者使得原有的或不可避免的裂縫活性大大降低。

 



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