橡胶沥青应力吸收层和玻纤格栅厂家可以联合使用么

针对道路加铺沥青混凝土面层的探讨_建筑建材_中国百科网
针对道路加铺沥青混凝土面层的探讨
     摘 要:本文通过笔者多年的工作经验,介绍了旧水泥商品混凝土路面加铺沥青商品混凝土面层的技术改造中的应用,及沥青混凝士路面运营中出现的问题及其解决办法。 中国论文网 关键词:沥青罩面;旧路改造; 反射裂缝,工艺控制;探讨 1裂缝、车辙DD道路的顽固症 沥青商品混凝土路面由于具有行车平顺性好、噪音低,铺设、维修便利,环保等优点,被广泛用于高等级的高速公路和城市道路中。而这种路面主要出现的破坏DD裂缝和车辙,严重影响了道路的结构性能,大大缩短了道路的使用寿命。所以裂缝和车辙成为沥青路面理论研究和工程实践需要解决的问题。 1.1裂缝 裂缝是沥青商品混凝土路面低温时的主要病害,其主要形式是温缩裂缝和疲劳裂缝,这些裂缝在基层已有裂缝的地方更容易产生。半刚性基层上沥青面层或水泥商品混凝土路面上沥青加铺层反射裂缝形成的主要原因有:
(1)温度导致的热胀冷缩效应使得半刚性基层或水泥商品混凝土路面的裂缝或接缝处产生应力集中导致沥青铺设层在此处沿已有的裂缝开裂;
(2)基层以的水平落差造成沥青铺设层承受剪切与弯曲的多次反复作用,引起疲劳开裂;
(3)沥青的老化和面层弹性下降:
(4)所用材料及施工工艺不当;
(5)土中的冻融效应(本地区不出现)。 1.2车辙 车辙主要发生在沥青面层,特别是采用半刚性基层的沥青路面结构,沥青路面竣工初期在结构内部形成了一定的空隙,在高温和车轮载荷反复作用下,沥青商品混凝土逐步被压密,空隙逐渐减少,直到沥青商品混凝土体积不再减少,这是车辙形成的初始阶段。然后,在车轮载荷的反复作用下,沥青商品混凝土发生累积变形,车轮载荷作用多的地方不断下凹,并向两侧拥挤,使得车轮少的方位逐渐隆起,这是车辙形成的第二阶段也是主要阶段。 2土工合成材料DD治理顽症的能手
早在70年代初期,欧美等科技发达国家就已经使用土工合成材料加固沥青面层以防止路面产生反射性裂缝(包括路面的龟裂和板块接缝和碎裂等)和形成车辙,并在实验室和工地对裂缝在基层与面层形成和扩展做了大量和深入的定性和定量的研究,通过多年的研究和实践取得了有关土工合成材料加固沥青商品混凝土的长期性能资料这一成果和技术产生了几十种专利产品并一直沿用到现在。
近年来,我国使用沥青铺面的高等级公路里程不断增加,而在城市的旧水泥路面铺设沥青面层也越来越多。因此,希望延长道路的使用寿命和降低旧水泥路面铺设沥青路面的成本成了路面工程中的一个重要课题。随着土工合成材料在沥青商品混凝土铺设中的应用与研究在我国各地探索性地展开,经过几年的研究与实践得出的定性结论是:土工合成材料在道路路面工程中的应用可以减少和延缓反射裂缝的产生,减少沥青路面的车辙形成。在福州市杨桥路旧路改造工程中,须在旧路面上加铺中粒式沥青商品混凝土作找平层,细粒式改性沥青商品混凝土作面层。由于旧路面为商品混凝土面层,纵横分缝多及有板块破坏情况,且由于要考虑到沿街建筑物室内地坪高差问题与投资成本,沥青商品混凝土的铺设不宜太厚,经多方比较后决定选用聚酯(涤纶)长丝无纺土工布作为路面补强处理手段,收到良好的使用效果。治理路面裂缝和车辙的土工合成材料主要有:
(1)土工织物土工织物夹层,包括聚丙烯、聚乙烯或聚脂织物和聚脂无纺织物。无纺织物夹层的主要作用与橡胶沥青应力吸收夹层相似,织物由于模量稍高, 可对加铺层起到少量加筋作用;
(2)橡胶沥青应力吸收层高弹性低劲度的软夹层, 其作用是降低旧面层和加铺层之间的粘附阻力, 使二者易于蠕动--滑移, 从而减少温度下降引起的反射裂缝。同时由于它隔开了接缝端部, 也可以降低加铺层底面的荷载应力;
(3)土工格栅包括聚丙烯或聚脂土工格栅、玻璃格栅和金属格栅以及复合式夹层( 下层为应力吸收层、上层为金属格栅)。 2.1土工织物铺设的技术作用
土工织物对沥青路面铺盖层的作用,其机理非常复杂,它由以下几项来确定;土工织物、沥青商品混凝土、沥青浸注、表面结构及施工方法。铺设土工织物问层可具有下列缓裂或防裂作用: (1)减少面层与基层间的结合力,使罩面层最大拉伸应变减小; (2)间层为具有较大延伸性材料,基层张裂通过间层可使应力扩展至更宽的范围,从而缓解裂缝处的应力集中,就是说有弹性的问层起到了吸收部分拉伸能量的作用; (3)土工织物浸透沥青油可以防止地表水渗入基层,使基层材料特性不致进一步恶化; (4)土工织物有保温作用,减缓基层降温。从以上两种土工合成材料的铺设技术作用可以看出,沥青商品混凝土铺设路面应用土工格栅从机理上讲,主要是利用材料的抗拉强度和抗拉模量阻止裂缝向路面延伸,减小路面车辙的形成,因此要求其强度高(≥50kN/m2),延伸率少(≤3%)。而土工织物的抗拉强度一般较小(≤8kN/m2),其主要起隔离作用,因此一般要求材料有一定的强度,同时延伸率在一定范围。另外,对土工合成材料,要求既不能过薄, 也不能过厚(≤200g/m2),过厚容易导致上下层结合不好而出现剥离现象;同时要求土工合成材料能耐1700C 以上高温,否则受沥青商品混凝土摊铺时的高温影响,土工材料性能会发生明显变化,从而直接影响工程质量。经过实践证明应用于沥青商品混凝土铺设路面中的土工格栅中的玻璃纤维格栅抗拉强度大,单根材料直径较小,不易形成隔离层,而且熔点温度达10000C,是格栅中最为理想的防裂加筋材料;而土工织物中的针刺聚酯(涤纶)长丝无纺土工布,能忍受2300C的高温而不发生明显的收缩;而且具有较高强度(≥8KN/m2)及高延伸率的性质;也具有防紫外线、耐冻融性、耐化学试剂性,是土工织物中最为理想的防裂、防渗、防冻材料。土工织物前几年在福州市的五一、五四路、杨桥路及广州市环岛路等工程中广泛应用。 2.2橡胶沥青应力吸收层铺设的技术作用
橡胶沥青应力吸收层的作用,铺设橡胶沥青应力吸收层可具有减缓或消除水平方向的拉伸应力和垂直剪切应力及防水作用而且环保。因为其橡胶粉是使用了大量的废旧轮胎制取的,这样既解决了黑色污染问题,又节省了自然资源。而沥青加入橡胶粉后铺成的应力吸收层,既保存了橡胶良好的防水性能,也延长了路面的寿命。 2.3土工格栅铺设的技术作用 反射裂缝产生的主要力学机理为应力集中或裂缝处为应力应变敏感部位,使用土工格栅铺设可减少沥青层内应力集中增强该结构抗变能力。土工格栅加铺在沥青层与半刚性基层或旧路面之间所起作用,同铺装方式、沥青层材料的力学性能、半刚性基层或旧路面整体强度和完整性,土工格栅的劲度和强度有关,据分析使用土工格栅铺设后有三种作用:
(1)加筋作用;
(2)消解应力集中作用;
(3)大应变下承力作用。 土工格栅在沥青商品混凝土中与其共同承受拉应力,并与商品混凝土相互嵌挤,限制了商品混凝土移动,增强了其整体性。由于连续网格作用,有效地扩散了应力和应变,减少了弯拉应力,增大了抗剪强度,控制或延缓了裂缝的发生和扩展。格栅在裂缝出现之前主要起到消解应力集中的作用,裂缝出现后,则土工格栅起到大应变下承受应力的作用,阻止裂缝扩展。分断车辙形成的原因是高温下沥青混合料流动,导致集料骨架失稳,集料向两侧移动,所以减少车辙可以通过两种途径实现:一是提高沥青的高温稳定性;二是设法限制集料移动,保持路面的整体高温稳定性。土工格栅加入沥青商品混凝土后,除了承受和扩散应力、应变作用外,由于其连续的网孔与混合料相互嵌锁,限制了集料移动,保持了沥青商品混凝土结构的整体性,增加了其高温抗变形能力,减小了路面车辙,这实质上是控制了车辙形成的第二阶段。
3聚酯(涤纶)长丝无纺土工布施工指南 使用单面烧结聚酯(涤纶)长丝无纺土工布加固沥青商品混凝土路面的成功除了土工织物本身的性能必须达到规定要求外,还主要依赖于施工质量及正确的铺设工艺技术。忽视铺设规定能导致过早地使结粘结破坏,土工织物的加固起不到应有的作用。下面为主要的施工步骤: 3_1准备工作
(1)用压缩空气对路面裂缝加以清洗,并除去灰尘、杂草等。
(2)用接缝料将裂缝塞堵。
(3)用冷拌和热拌混合料填入坑洼及大裂缝。
(4)将路面上锐缘或尖的突出部分予以铲除。 3.2洒粘层油 根据旧路面的状况,可使用计量分布器在准备好的路面上喷洒一层热熔70号改性沥青粘层油 (约1.1~1.2L/m2)。要注意以下几点: (1)最好使用热溶沥青。 (2)喷洒沥青的横向范围要比土工织物宽5~10cm。 (3)为了平整地喷洒沥青,要保持沥青温度在160~170℃ 之问。 3.3铺设单面烧结聚酯(涤纶)长丝无纺土工布
单面烧结聚酯(涤纶)长丝无纺土工布可以用人工或机器铺设。应注意以下几点:
(1)当使用热熔沥青时,单面烧结聚酯(涤纶)长丝无纺土工布要随粘层油的喷洒而同时展开。
(2)单面烧结聚酯(涤纶)长丝无纺土工布烧毛粗糙的一面向上铺放。必须避免折叠弯折,遇到路面弯位时可先剪开再补上土工布。
(3)纵向及横向搭接宽度要10~15CM,搭接部分PC-3改性乳化沥青粘层油(约1.1~1.2L/m2)。
(4)如果在铺放土工织物后很快要行驶车辆,则在使用道路之前,可铺放一层1CM改性沥青表处下封层。 3.4铺设沥青商品混凝土路面
(1)在单面烧结聚酯(涤纶)长丝无纺土工布展铺之后,可立即摊铺沥青商品混凝土。
(2)料车在土工布上行驶时,应尽量避免轮胎上粘有沥青油并应匀速行驶,避免急刹车及调头。 4橡胶沥青应力吸收层施工指南
4.1 基层处理:找平层应平整、密实、干净、干燥、含水率≤9%、不允许有起砂、掉灰现象。
4.2基层冷底油的涂刷:施工前先将冷底油搅拌均匀,然后将冷底油均匀涂刷在路面纵横缝需贴应力吸收层处,涂刷宽度应略大于应力吸收层宽度。 4.3待冷底油溶剂挥发后方可开始应力吸收层施工。 4.4起始端应力吸收层的铺贴:将应力吸收层置于起始位置,对好长、短方向搭接缝,展开应力吸收层应力吸收层1000mm左右,掀开已展开的部分,开启喷枪点火,喷枪头与应力吸收层保持50-100mm距离,与基层呈30-45°角,将火焰对准应力吸收层与基层交接处,同时,加热应力吸收层底面热熔胶面和基层,至热熔胶层出现黑色光泽,发亮至稍有微泡出现,慢慢放下应力吸收层平铺于基层,然后用排汽锟压实使应力吸收层与基层粘结牢固。 4.5搭接缝施工:在热熔粘结接缝之前,应先将下层应力吸收层表面的隔离纸烧掉,以利搭接牢固严密,长边搭接宽度为80mm,短边搭接宽度为120mm。4.6操作时,由持枪人手持烫板(隔火板)柄,将烫板沿搭接粉线后退,喷枪火焰随烫板移动,喷枪应离开应力吸收层50-100mm,贴靠烫板。移动速度要控制合适,以刚好熔去隔离纸为宜。烫板和喷枪要密切配合,以免烧损应力吸收层。橡胶沥青应力吸收层与聚酯(涤纶)长丝无纺土工布相比性能好、施工便捷近几年在福州市的白马路、二环路、福飞路及宁德市闽东路等工程中的广泛应用。
收录时间:日 10:10:44 来源:中国混凝土机械网 作者:匿名
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Copyright by ;All rights reserved. 联系:QQ:  (广州市道路养护中心,广东,广州,510080)
  【摘& 要】作者通过&十二五&期间主办的路面改造项目,探讨路面改造工程设计与施工过程中质量的控制。希望对今后的国省道路面改造(大修)工程的实施起到一定的参考价值。
  【关键词】路面改造;设计;施工;质量
  &十二五&期间,广州市投入大量资金,对辖内国省干线公路次差路段进行路面改造(大修),以提高公路路况水平。本文依托国道G105线从化温泉至江村段路面改造、国道G106线从化学田至西瓜地段路面改造等本人主办的项目,从设计调查、到施工管理的学习和实践进行总结分析,对国道路面改造工程设计与施工质量控制做以下探讨。
  1.路面改造设计
  1.1重视旧路路况检测和病害调查
  旧路路况检测和病害调查是路面改造工程设计的基础,设计单位应在前期仔细开展旧路路况检测和病害调查,准确掌握路面断板率、破损率、路面错台、路面脱空等病害情况,并认真进行原路面纵断面、横断面测量,探明上跨桥梁的净空、现有排水系统功能、防撞墙的高度等,再进行路面改造方案设计。
  1.2 同步完善公路排水设计
  同步完善公路沿线排水设计,可防止路面水损坏,尤其沥青路面,更应重视公路排水设计。超高路段排水,采取增设纵向排水沟或增设中央防撞墙开孔等措施;对地下水位较高路段,应增设渗沟、盲沟;在被交路路口设置截水带,将水引入公路排水系统,防止山水直接冲刷公路,造成路面水损坏。圩镇路段,如路面改造后路面标高提高,应结合现状考虑排水系统综合改造。
  1.3 &白+黑&路面防反射裂缝措施
  &十二五&迎国检期间,水泥路面加铺沥青混凝土(俗称&白+黑&),是最广泛采用的路面改造方案。&白+黑&路面造价低、修复容易、利于养护,存在反射裂缝难以彻底解决的缺陷。防治反射裂缝,是&白+黑&路面改造的设计重点和难点之一。作者近几年参与的&白+黑&路面改造工程,目前常用的防反射裂缝的措施有:设置橡胶沥青应力吸收层、设置玻纤格栅应力吸收层、设置土工布应力吸收层、在纵横缝位置贴防裂贴等。橡胶沥青应力吸收层造价高,玻纤格栅施工较难控制(不易固定、容易被施工车辆&卷起&)、满铺土工布影响沥青加铺层和旧水泥路面层间粘结效果。笔者认为,从便于施工、控制造价的角度综合考虑,采用防裂贴是比较理想的选择。
  1.4 几种路面改造结构设计方案比较
  表1& 几种路面改造结构设计方案比较
  2.路面改造施工质量控制
  2.1路面改造工程质量控制的几个原则
  一是&前后场同步监控&原则,后场控制好原材料质量,加强原材料、混合料试验检测,前场强化工序验收;二是&先试点,后铺开&原则,水泥混凝土换板、碎石化、沥青加铺等都应先实施试验段,验收通过、工艺成熟后再大面积铺开;三是&及时检测、及时验收&原则,已完工工程,要及时进行检测,不合格工程,立即修复或返工处理。
  2.2破碎板换板施工质量控制
  破碎板换板在公路养护中最常用,技术相对简单、工艺较成熟,笔者认为仍有2个地方值得注意。一是破除破碎板时,尽量减少对邻板的扰动。建议先沿板边切割缓冲槽,再进行破除施工;二是慎用商铺混凝土,商品混凝土站距离施工现场一般较远,加上路况、车况等因素,运到施工现场的坍落度很难控制。设计5.0MPa水泥混凝土路面需要高强混凝土,高强混凝土一般在拌和时掺入早强剂、减水剂,从而易使得运到施工现场的混凝土接近初凝时间,浇筑时甚至已经超过初凝时间,大大降低了混凝土的密实度和强度。因此,国省道路面改造工程不建议使用商品混凝土。
  2.3沥青加铺层施工质量控制
  沥青加铺前,清理干净下卧层;粘层油、透层油的撒布应均匀、用量准确,若在水稳层上铺沥青混凝土路面,透层油应采用高渗透沥青,确保渗透效果好、起到加强层间粘结的效果。摊铺过程中,实时监控拌和楼、摊铺机、压路机,拌和楼数据实时传输,摊铺机、压路机安装机行驶记录仪;坚持温度底线,确保路面压实质量,减少沥青路面早期病害;摊铺时尽量避免工人在绿化带、土路肩和施工区域来回走动,污染沥青混凝土。
  2.4路面平整度控制
  十二五&迎国检&项目,提出确保平整度不扣分的要求,即一级公路沥青路面IRI&2.3,一级公路水泥路面IRI&2.9,平整度的控制成为路面改造施工质量控制难点之一。
  2.4.1水泥混凝土换板
  控制好水泥混凝土混合料,要求坍落度适中、搅拌均匀、和易性良好;振捣以固定速率行走,保证混合料振捣密实,面层砂浆厚度均匀。然后采用3米铝合金人工刮尺整平,刮尺前先找出水泥混凝土表面的不平整之处,然后用尺来回刮动水泥混凝土表面的砂浆层进行找平,两尺之间应重叠1米左右,以保证平整度的连续性。最后,人工二次做面灰刀整平,为保证混凝土的密实和再次整平,须在混凝土接近初凝时用灰刀对整个面层进行收光,在收光的同时,采用3米铝合金直尺检测路面平整度,遇到平整度不合格处,对高出部分用灰刀收光,禁止用砂浆补平。
  2.4.2沥青混凝土路面
  一是要保证摊铺均匀、连续的进行,摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿,禁止因摊铺机前运料车多而人为加快速度,或运料车少时,故意放慢速度;二是应采用合适的碾压工艺,碾压时严禁急刹车和快速起步,严格控制碾压温度,并防止出现混合料粘轮影响路面平整度;三是控制好接缝,尽量减少接缝;四是减少碾压推移和操作不当而产生的附加不平整。
  3.结语
  国省道路面改造工程应在设计阶段就强化质量控制,重视旧路病害调查,注重设计细节,选择合理的改造方案,保证施工图设计质量;施工过程中,控制好破碎板换板、沥青层加铺施工质量,并强化安全管理(尤其是边施工边通车路段的施工安全管理),确保路面改造施工过程质量安全可控,改造后达到预期效果。
  参考文献:
  [1]徐根宏. 钦北路水泥砼路面平整度控制[J]. 路桥工程. 2015(6)
  [2]交通部.公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006).北京:人民交通出版社,2006
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您的邮件地址:导读:旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层设计介绍,常州市建设工程施工图设计审查中心吴祖德,内容提要根据“水泥混凝土路面沥青加铺层设计与施工”一书所述内容,介绍其中旧,水泥混凝土路面上的沥青加铺层的设计介绍,供设计人员参考,关键词旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝防治措施,(一)旧水泥混凝土路面的三种改造方案,国内外常用的水泥混凝土路面加铺改造修复措施主要有三种方案:,方案一:在旧水泥混凝土路面上加铺新的
旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层设计介绍
常州市建设工程施工图设计审查中心
内容提要 根据“水泥混凝土路面沥青加铺层设计与施工”一书所述内容,摘录其中部分,介绍其中旧
水泥混凝土路面上的沥青加铺层的设计介绍,供设计人员参考。
关 键 词 旧水泥混凝土路面 沥青加铺层 反射裂缝 防治措施
(一)旧水泥混凝土路面的三种改造方案
从目前的应用来看,国内外常用的水泥混凝土路面加铺改造修复措施主要有三种方案:
方案一:在旧水泥混凝土路面上加铺新的普通水泥混凝土路面或连续配筋混凝土路面,简称“白+
方案二:在旧水泥混凝土路面上或补强后直接加铺沥青混凝土面层,简称“白+黑”或者“白+补
强层+黑”;
方案三:将旧水泥混凝土路面碎石化后加铺沥青混凝土或水泥混凝土面层,简称“碎石化+沥青混
凝土路面”或者“碎石化+水泥混凝土路面”。
这三种方案中,因沥青加铺层能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能,提高车辆行驶的舒适性,
且施工方便、对交通及环境影响小,因此,在国内外旧水泥混凝土路面改造工程中应用最多。但该结构
致命的弱点就是沥青加铺层在旧水泥混凝土路面接缝处极易产生反射裂缝,导致加铺层使用寿命大大缩
短。因此,如何控制反射裂缝的产生和发展,至今仍是道路工程界所面临的一大技术难题。而加铺水泥
混凝土面层方式目前多采用素混凝土进行加铺,接缝一般要与旧板接缝对齐,否则新板同样易产生对应
旧板接缝的裂缝,且新板使用一段时间后,同样会产生渗水、错台、脱空及断裂等病害,影响行车舒适
性,同时新水泥混凝土加铺层同样也面临着二次修补的问题。碎石化是指针对旧水泥混凝土路面大面积
破坏并已丧失了整体承载能力,通过局部的挖除、压浆等处治方式已不能恢复其使用性能,且如果采用
加铺方式可能会引起反射裂缝问题或已不能达到结构强度要求的情况下,对旧水泥混凝土板块采用的一
种处理方法。其通常是利用特殊的施工机械,对破坏严重的部位进行处治后,将水泥混凝土板块破碎成
较小的粒径(小于30cm,甚至更小)后进行碾压,并加铺新的路面结构层,通常可以加铺水泥路面或
沥青路面,使用较多的是加铺沥青混凝土路面。
(二)防止及减缓反射裂缝的措施
根据我国经验,主要方法有:
(1)增加沥青加铺层的厚度;
(2)选用优质沥青并渗入阻裂材料;
(3)设置土工合成材料、钢丝网或橡胶沥青夹层;
(4)对半刚性补强层进行预切缝并加铺土工织物处理;
(5)对旧水泥混凝土板进行破碎稳定处理;
(6)设置抗反射裂缝中间夹层等。
(三)旧水泥混凝土路面加铺层设计方法
就目前我国的实际情况,不可能耗费大量的资金进行长期的试验路观察及各种数据采集,因此,可
采用理论方法结合试验路的铺筑情况提出符合我国国情的旧水泥混凝土路面加铺层设计方法。我国现行
《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2002)对于旧水泥混凝土路面上加铺沥青层作了指导性的
厚度规定,即“沥青加铺层的厚度按减缓反射裂缝的要求确定。高速公路和一般公路的最小厚度宜为
100mm,其他等级公路的最小厚度宜为70mm”。规范中附录D“有沥青上面层的混凝土板应力分析”对沥
青加铺层厚度的确定方法是以控制加铺层下水泥混凝土路面的荷载应力及温度应力的综合疲劳作用不
超过水泥混凝土弯拉强度为标准的,并未考虑反射裂缝对沥青加铺层的影响。
(四)旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构层防反射裂缝措施
反射裂缝是沥青加铺层最主要的病害之一,控制反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面加铺层设计的关键。目前,国内外许多学者及工程技术人员针对反射裂缝的产生机理进行了大量的研究工作,取得了一定的成果并已用于工程实际。除增加沥青加铺层的厚度并选用优质沥青和配置抗裂性能好的沥青面层混合料外,常用的措施还包括采用能吸收和消散裂缝尖端应力的夹层及中间层,如在加铺层和旧水泥混凝土路面之间设置土工合成材料织物、钢丝网、或铺一层弹性模量小、抗拉性能好的橡胶沥青应力吸收层等。
(一)土工合成材料夹层
土工合成材料夹层一般设置在沥青加铺层及旧水泥混凝土路面板之间,常用的有土工布、玻纤格栅和塑料格栅等。土工合成材料的厚度较薄,一般在0.5~5mm之间;土工织物的拉伸强度为20~50KN/m,土工格栅的拉伸强度为30~100 KN/m。它们的特点是变形能力较强,在水平方向上可承受较大的拉应力,而在垂直方向上则刚度较小,抗弯拉及抗剪能力低,其力学性质与薄膜类似。
土工合成材料用于防止反射裂缝主要起到以下作用:
(1)隔离阻断作用。土工合成材料将旧水泥混凝土路面接缝或裂缝与沥青加铺层隔离。降低了混凝土板接缝或裂缝尖端的拉应力集中,使应力强度因子减小反射裂缝扩展的速度;
(2)加筋作用。土工合成材料夹层具有一定的强度,可承受一定的裂缝拉应力,减少裂缝张开变形量;
(3)传递荷载作用。铺筑于接缝上的土工合成材料可提高接缝处的传荷能力。当荷载作用在接缝一侧时,能将部分荷载传递至另一侧,减小接缝的弯沉差,降低裂缝尖端的剪应力集中。
土工合成材料强度较低,厚度薄,对减少由车辆荷载引起的剪应力作用不大,其作用主要体现在减小各种应力的作用就越明显。因此,在理论上,土工格栅(拉伸强度较大)防止反射裂缝的能力要好于土工布(拉伸强度较小)。
(二)应力吸收层
在旧水泥混凝土板及沥青加铺层之间设置一层橡胶沥青、改性沥青砂或柔软沥青混凝土这类应力吸收中间层(SAMI),来防止反射裂缝具有一定的效果,特别是改性沥青混合料应力吸收层使用效果明显,在技术上已经比较成熟。改性沥青混合料应力吸收层是一种采用特殊聚合物改性的沥青混合料,沥青含量高,混合料中细矿料比例大,具有高弹性、不透水、黏附性强及抗裂性能好等特点,因此,其具有更优良的抗裂性能。某高速公路设置应力吸收层加铺结构形式如图 1所示。
设置应力吸收层的加铺层结构
(三)级配碎石中间层
级配碎石多用于半刚性基层沥青路面防止反射裂缝,在加拿大、南非等国家及我国的部分省市的试验路已得到了应用。实践表明,其防止反射裂缝的效果良好。某级配碎石中间层加铺结构见图2。
设置级配碎石中间层的加铺层结构
级配碎石中间层之所以能够有效防止和减缓旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝,分析其原因主要有以下几点:
(1)级配碎石作为散粒结构具有不传递拉应力、拉应变的能力,水泥混凝土板接缝尖端的拉应力不会在碎石层面形成应力集中,因而碎石层吸收了接缝所释放的应变能,从而达到阻裂效果。此外,级配碎石散粒结构具有较大的塑性变形能力,这种能力能充分吸收接缝释放的应变能,从而减缓了由温度引起的Ⅰ型反射裂缝和由交通荷载引起的Ⅱ型反射裂缝向上延伸扩展的速度。
(2)级配碎石的隔离作用大大改善了旧水泥混凝土路面的温度状况。由于碎石过渡层较厚,一般为10~15cm,级配碎石的加入使得旧水泥混凝土板遭受的温度变化、温度变化速率及温度梯度大大降低,水泥混凝土板的温度收缩应力及温度翘曲应力都大大减少,因而可减少旧水泥混凝土板对沥青加铺层的影响。
(3)从理论上讲,可以认为级配碎石收缩系数极小,几乎为零,加上其本身并不传递拉应力和拉应变,因而它能消散、吸收单纯由环境因素变化,尤其是温度骤降情况下裂缝尖端的应力及应变。
(四)大粒径沥青碎石混合料中间层
通常所说的大粒径沥青混合料(简称LSAM)是指含有矿料的最大粒径为25~53mm的热拌热铺沥青混合料。一般用于防止沥青层反射裂缝的开级配大粒径沥青混合料的空隙率在15%以上。美国沥青协会建议采用AM-75、AM-63及AM-50特粗粒径沥青碎石铺筑于旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间,可作为缓解裂缝产生的中间层。针入度为40~50(0.1mm)的沥青含量为1.5%~3.0%,混合料含有15%~25%的连通空隙,阻碍裂缝尖端的扩展,因而可起到缓解裂缝扩展的作用,并且结构层具有一定的厚度,可降低温度对水泥混凝土板的影响,减少水泥混凝土板接缝张开量和翘曲量,并且减少接缝处的弯沉及弯沉差,从而减少反射裂缝产生的可能性。
图3 设置大粒径沥青碎石中间层加铺层结构
研究表明,大粒径沥青混合料中间层(图3)能防止和减缓旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的原因主要有三点:
(1)大粒径沥青混合料中大粒径矿料多,沥青含量少,空隙率大。这种多空隙结构可有效地阻断
裂缝尖端的扩展路径,削弱拉应力、拉应变的传递能力,并且能消散、吸收由交通荷载及温度变化所产生的荷载应力和温度应力。此外,大粒径沥青碎石混合料收缩系数较小,其大粒径、多空隙结构具有较大的塑性变形能力,可充分吸收接缝释放的应变能,减小接缝处加铺层的应力集中,从而延缓反射裂缝向上扩展的速度。
(2)温度应力是引起沥青加铺层反射裂缝的主要原因之一。由于大粒径沥青混合料中间层厚度一般为8~12cm,该结构的隔离作用大大改善了旧水泥混凝土路面的温度状况,减少了降温及温度梯度对水泥混凝土路面及加铺层的影响程度,使水泥混凝土路面板的翘曲变形及接缝的张开位移量均有大幅度降低,因而可使沥青加铺层在温度作用下的受力状况的以改善。
(3)设置大粒径沥青混合料中间层后,加铺层路面结构的整体强度有所提高,可有效地减小沥青加铺层的荷载应力及接缝两侧的弯沉与弯沉差,延缓沥青加铺层荷载型反射裂缝的产生与扩展。
(五)半刚性补强层预切缝+土工合成材料
由于一些旧水泥混凝土路面的整体强度过低,必须先在其上铺筑一层补强半刚性基层,然后再加铺沥青面层。但从实际工程来看,这种不采用其他防裂措施直接加铺的方法并不好,由于温度应力及基层干缩应力的影响,在旧水泥混凝土接缝处的半刚性基层及沥青面层仍不可避免的会出现反射裂缝,因此可以采用在半刚性补强基层顶面进行预切缝再加铺条状土工合成材料的综合处治方法进行处理。具体方法是在铺筑沥青加铺层之前将旧水泥混凝土路面上的半刚性基层按一定间距(7~15m)设置预切深5~8cm的缝,并在缝上铺约1m宽的土工合成材料,以减少加铺层的反射裂缝。
其防裂机理主要是通过锯缝释放半刚性基层因温度下降及水分散发收缩受阻而产生的拉应力,提供预定的不连续的断面位置,从而控制随意裂缝的出现。同时,利用切缝上的土工合成材料在一定程度上缓解裂缝处沥青加铺层应力集中,消除加铺层反射裂缝的产生。
(五)旧水泥混凝土路面水泥混凝土加铺层结构
(一)普通水泥混凝土加铺层
(1)结合式(略)
接合式水泥混凝土板对缝铺设
(2)分离式(略)
图5 分离式水泥混凝土板错缝铺设
(3)部分结合(直接)式。
(二)连续配筋混凝土(CRCP)加铺层(略)
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