隔離層在防反射裂縫中的作用分析
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摘要:隨著城市不斷的發展和城市化水平的提高,國家大力建設各級道路網,以滿足公路上交通量與車輛荷載過大的現狀。由此路面結構破壞程度隨之加深,破損路面需進行修復工作。路面修復過程中采用舊水泥混凝土路面加鋪瀝青方式,在舊水泥混凝土路面與新面層加鋪隔離層用以減緩反射裂縫。據此主要分析在舊路面修復工作中隔離層對反射裂縫的防治作用。
關鍵詞:隔離層;反射裂縫;水泥混凝土路面
中圖分類號:TB文獻標識碼:Adoi:10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.10.083
1前言
城市道路作為城市主要經濟發展通道,為我國經濟建設的迅速發展做出重要貢獻。在城市交通量日益劇增下,道路的損壞嚴重制約著城市的發展。水泥混凝土道路的修復工作必須持續、有效,并采用隔離層鋪設于水泥混凝土路面和瀝青路面之間減緩反射裂縫產生的影響。
2舊水泥混凝土路面修補施工
2.1舊水泥混凝路面修補方法
?。?)微表處理。
城鎮道路進行維護時,原路面的強度滿足要求、路面基本無損壞且原有路面結構能滿足使用要求,可采用微表處理即可恢復路面的功能。城鎮道路的維護可采用微表處理技術,此技術有延長道路使用期年限,成本低、工期較短等優點。
?。?)舊路加鋪瀝青混合料面層處理。
首先對水泥混凝土路面層與基層間的空隙,作填充處理。舊水泥混凝土路面層局部破損的剔除,并修補完好。舊水泥混凝土路面層的脹縫、縮縫、裂縫應清理干凈,并采取防反射裂縫措施,然后將瀝青路面作為基層加鋪瀝青混合料面層進行處理并符合設計要求。
2.2反射裂縫產生機理
舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混合料,瀝青混合料溫度較高,舊水泥混凝土板受溫度變化影響引起的收縮易產生面層水平變形,并產生反射裂縫。舊水泥混凝土基層與瀝青混合料面層之間存在接縫,在環境變化和行車荷載的作用下,水泥混凝土路面沿著接縫處產生伸縮變形,當瀝青混凝土路面的伸縮變形與其不一致時,就會產生膨脹開裂,反射裂縫的機理也就是如此。為此,在舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混合料時必須做好防治及減緩反射裂縫的處理措施。在瀝青混凝土加鋪層與舊水泥混凝土路面之間設置應力消減層或加鋪隔離層,可以有效的延緩和抑制反射裂縫。
根據反射裂縫產生的機理,可以從舊路面的結構和材料兩方面進行考慮。舊路面損壞后,應先進行舊路面的鑿除、剔除和清理,從結構上進行處理,然后再進行加鋪瀝青混凝土。舊水泥混凝土路面在加鋪瀝青混合料后形成的新路面,作為一種特殊的路面結構其受車載重力和車轍水平推力與單一路面的應變特性及彈性層狀體系有較大的差別。舊水泥混凝土路面與瀝青混合料之間存在接觸裂縫,導致新路面作為基層的整體強度有所降低。道路行車連續不斷的通過板體時,瀝青混凝土加鋪層與兩側相鄰混凝土板塊產生豎向位移,并出現較大的剪力,同時產生荷載型反射裂縫。
加鋪路面受環境因素較為嚴重,路面暴露于大氣中,受周期性氣溫變化影響,受溫度應力,瀝青混合料加鋪層與舊水泥混凝土面板受熱膨脹,加劇瀝青混凝土加鋪層與接縫對應處的拉應力,導致路面開裂。因此,可以增加瀝青混凝土加鋪層厚度防止裂縫。目前國際上已有四種比較成熟的路面厚度設計及計算,有ARE 設計方法、AASHTO 罩面設計方法、美國工程兵團和聯邦航空局(FAA) 法及美國瀝青協會(AI) 法。通過這四種計算方法的計算可以得出舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混合料的大概厚度。但這增加瀝青厚度造價較高,一般不采取。一般采用增設隔離層,以保證舊水泥混凝土與瀝青混合料之間的粘結及共同作用。
3隔離層的應用
按照車輛行駛規律,車輛在舊水泥混凝土加鋪瀝青路面上行駛,受接縫處的不平整和不規則坑槽影響,產生劇烈振動,于是造成車輛對路面的反作用力,反作用力增大了舊水泥混凝土基層與瀝青混合料路面的摩擦力,容易造成路面疲勞裂縫。根據這一現象,在舊水泥混凝土路面與瀝青混合料路面增加一層隔離層,以緩解車輛行車對基層和路面的破壞力。隔離層不僅可以減振和緩沖的效果,同時可以延緩反射裂縫的影響。
路面防治隔離層有玻纖網、橡膠板、土工格柵、土工織物等土工合成材料。在不同的道路等級、不同的車流量及不同的區域使用不同種類的隔離層可以有效的保護路面。
通過對幾種隔離層材料的減振緩沖性能進行對比分析??梢缘贸銎錅p緩沖擊力的規律。對比分析法采用分別在室內和室外的振動測試。在室內試驗中,主要對不同隔離層材料下的水泥混凝土板進行沖擊試驗,并記錄其在不同條件下的振動波形,利用數字化信息模式導出至電腦終端。室外試驗則記錄的是不同隔離層在不同車輛荷載和不同車速情況下對水泥混凝土板的沖擊作用所產生的振動波形。然后對比分析,得出在不同隔離層條件下,舊水泥混凝土板對沖擊力的振動衰減的規律。結果得出,鋪設玻纖網、橡膠板、土工格柵、土工織物等土工合成材料后,在車速變化、車輛荷載等情況下的沖擊作用下,水泥混凝土板振動幅度有明顯下降,隔離層對沖擊力有一定的緩沖作用。很多工程實踐以及研究結果也表明,采用一定厚度的土工布或者土工織物作為隔離層可以有效減緩車輛荷載對水泥混凝土的振動影響,并吸收面層收到的沖擊力,同時還可以過濾排水,防止接觸縫隙的擴大,起到防治作用。
在路面裂縫防治中,隔離層種類包括玻纖網、橡膠板、土工格柵、土工織物等土工合成材料。在舊水泥混凝土路面與或新建道路瀝青面層底部增設隔離層,可有效減少路面面層的反射裂縫。用于裂縫防治的隔離層的技術要求必須符合規范要求,如抗拉強度、最大負荷延伸率、網孔尺寸、單位面積質量等。土工織物的優點在于成本低、易獲取、易保存、耐久性好,同時工織物應能耐 170℃(改性瀝青出廠溫度)以上的高溫。
4土工布對反射裂縫的作用
舊水泥混凝土路面修復加鋪瀝青混合料時,利用土工合成材料對路面進行防治,主要技術標準包括舊路的外觀評定及彎沉值的測定,然后確定舊路處理方式和各層加鋪技術方案。加鋪前保證舊路面清潔與平整,土工合成材料鋪設后必須進行張拉、搭接及固定,然后需灑布粘層油,并按設計規范要求鋪筑新瀝青混合料面層。 本文以土工合成材料為隔離層的代表,淺析加鋪土工合成材料防反射裂縫的用。采用土工合成材料作為隔離層,對反射裂縫的防治特點主要體現在以下幾點。
第一,從路面裂縫的形成及發展剖析,路面受水平沖擊力和車輛荷載豎向力導致路面疲勞開裂,在此階段路面結構底層的拉力可視為控制應力,而裂縫產生后,路面受到的沖擊力沿著新產生的裂縫自由面逐漸消失,然后導致裂縫擴張更大。而剛度加大的土工合成材料可以抵擋底部的應力,同時由其內嵌作用得到路面結構層整體性的提高,以緩解疲勞裂縫的延伸。
第二,在路面結構層中,土工膜可以作為柔性應力的吸收層,通過其自身的變形可以吸收裂縫端頭處的集中沖擊力,以防止裂縫的延伸。
第三,土工合成材料在高溫度下的瀝青下形成不透水層,有效的防治水分對舊水泥混凝土與瀝青混合料接縫處軟化而擴大反射裂縫。
第四,將土工合成材料鋪設于兩種不同的材料之間或者同材料不同顆粒級配、粒徑處及土體與地上建筑物之間進行隔離,當路面受到外部壓力或水平力時,上層材料與下層材料不會直接互相磨損,而使通過土工合成材料進行傳力,可以防止局部的材料流失和混雜,即保護了材料的整體性及穩定性,同時起到減緩反射裂縫的作用。
第五,用土工合成材料作為水泥混凝土路面的隔離層,最主要的功能是降低新路面面層與舊路面的不合度、減少摩擦阻力以及消減面層下表面在施工過程中產生的薄弱過渡層,以防止水泥混凝土路面過早出現早期板體脫空或斷板現象。
5結語
道路隔離層的廣泛利用,可提高道路使用年限及行車安全。將土工合成材料設置于道路面層與基層之間,能起到防護、過濾、排水等功能。經過各項工程應用得出,加鋪土工合成材料隔離層較加鋪厚瀝青混合料經濟、簡便、使用快捷,因此,選用土工合成材料隔離層可有效的防治反射裂縫。
參考文獻
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