沥青路面疲劳开裂的分析与防治
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沥青路面裂缝的预防和处理措施(2)沥青路面裂缝的预防和处理措施2.3设置应力吸收层设置应力吸收层也是预防沥青路面裂缝的重要措施之一,在应用该技术时,也应该注意以下几个问题。
(1)基层与面层之间可铺橡胶沥青中间层,预制织物膜带条、土工织物或土工格栅中间层,使粘度沥青砼层等,这些中间层可以均匀吸收路基反射上来的应力。
(2)采用应吸收薄膜,对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果,可使裂缝处相对位移产生应力传到面层时大为减少,明显降低应力强度因子。
吸收薄膜的弹性模量越低,防裂效果越好,因此,在选用应力薄膜时,应选用低模量、高韧性、大变形率的材料。
就目前常用的材料而言,土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低,变形率较大,不存在低温脆裂问题,效果更佳。
(3)采用土工格栅来为沥青路面结构加筋,能在一定程度上控制路面车辙,反射裂缝和疲劳裂缝的产生。
(4)铺设橡胶沥青吸收膜。
橡胶沥青吸收膜是用疲橡胶磨细的粉与热沥青搅拌后,施于面层中间形成的一薄膜,试验结果表明,此应力吸收层在面层中间具有非常好的应力吸取效果。
3 半刚性基层新的预开裂技术在半刚性基层上锯缝,即在结构层碾压前切割一条缝直到层底。
缝宽为0.5cm,内填沥青砂或沥青乳液。
切割填充沥青砂或沥青乳液后快速封闭,然后以正常方式碾压该层,其目的就是预先制造更直、更多规则间距的裂缝(通常间距为2~3cm),这样它比自然裂缝更细、裂缝位移更小,从而避免裂缝边缘的快速恶化减缓裂缝贯穿沥青层。
治理开裂的沥青路面一是一经发现裂缝后应立即修补以免水通过缝渗透到基层,造成基层破坏而影响面层。
对于较小的很像裂缝和纵向裂缝,缝宽在6mm以内,宜将缝隙刷扫干净,并用压缩空气吹去尘土后,可用灌入热沥青或乳化沥青材料加以封闭处理;缝宽大于6mm的,将裂缝内杂质处理干净后,用沥青砂或细粒式沥青混凝土填充、捣实,并用烙铁封口,撒砂,扫匀;也可以采用乳化沥青混合料填封。
二是轻微龟裂可采用刷油法处治,或进行小面层喷油封面,防止渗水扩大裂缝;大面积龟裂、网裂采用加封层或沥青表面处理。
沥青路面裂缝及其预防措施摘要:综述沥青路面裂缝类型,产生裂缝的原因及其防治措施。
提出合理设计、选材得当、精心施工、及时养护和维修是提高沥青混凝土路面使用性能,减少路面裂缝的根本保证。
关键词:沥青混凝土路面裂缝防治措施1 常见裂缝类型及成因1.1 表面龟裂、网裂龟裂是指缝宽3mm以上,且多数缝距在10cm以内,面积为1 m。
以上的块状不规则裂缝。
网裂是指缝宽1 mm以上,缝距在40 cm 以下,面积为1 m。
以上的网状裂缝。
表面龟裂、网裂的产生,通常是由于路面整体强度不足,基层局部软化、稳定性不良等原因引起的。
因超荷载使用,养护不及时,造成沥青面层老化变脆,也会发展成网状裂缝。
1.2 纵向裂缝产生纵向裂缝的原因大致有两种情况,一种是由于路基施工时压实度不均匀,在使用过程中,路面产生了不均匀沉降而引起,常见于半填半挖路段或为赶工期而快速施工的道路;另一种是在沥青面层施工中,用沥青摊铺机分幅摊铺时,两幅接茬未处理好,在行车荷载作用下,也易形成纵向裂缝。
另外,急刹车产生的车辙边缘往往也会有纵向裂缝。
1.3 横向裂缝横向裂缝可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
产生荷载型裂缝的主要原因是:(1)路面结构设计不当,未充分考虑到各种不利的综合因素,加上施工质量低劣而影响沥青面层的正常使用寿命,或由于开放交通后,反复受到严重超载车辆的荷载作用,致使沥青面层或半刚性三渣基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而产生裂缝。
(2)横断面设计失误或施工时质量控制不当,造成路拱度不足,形成雨天不能及时排除路面积水的隐患,当高速运转的车轮接触路面积水的瞬间,巨大的压力迫使受压水将压力迅速传递到路面,造成沥青路面因强度不足而产生裂缝。
非荷载型裂缝是横向裂缝的主要表现形式,它的产生主要有两种情况:(1)沥青面层温度收缩性裂缝;(2)基层反射性裂缝。
2 裂缝的危害裂缝的出现会使路面开裂,破坏道路结构的完整性;同时还会带来其他类型的路面损坏。
如:在行车荷载的作用下形成啃边、坑槽;水分通过裂缝渗入,会降低路面结构的强度,与交通荷载、气候共同作用,会导致剥落、松散、唧泥、坑槽,产生新的裂缝和使原有裂缝更加严重,甚至导致基层或路基产生冻胀、翻浆等,严重影响路面的使用寿命和结构的稳定性。
沥青砼路面施工质量通病及防治措施1.开裂:沥青砼路面容易出现裂缝,主要有原材料和施工因素导致的。
原材料方面,可能是沥青质量不合格或添加剂不足导致;施工方面,可能是温度控制不当、压实不良或施工速度过快等。
为防治裂缝,可以选用高质量的沥青材料,加强对施工过程的监控和控制,并确保适当的温度和压实措施。
2.分层:沥青砼路面的分层问题出现主要是因为材料间的黏着力不足。
可能是由于沥青混合料的配合比例不当,或者是温度和压实控制不合理。
要防治分层问题,可以调整配合比例,确保材料的黏着力;同时,施工时要注重温度和压实控制,避免层间分离。
3.松压:松压是指沥青砼路面表面出现凹坑或隆起。
这可能是由于材料的压实不足、沥青发生变形或不均匀压制等原因导致。
为防治松压,可加强对压实过程的监控,确保沥青砼路面的均匀压制。
4.沉陷:沥青砼路面在使用过程中可能会发生沉陷现象,这是由于路基的不均匀沉降或施工时沥青混合料的厚度不均,以及材料固结不足等原因引起的。
要防治沉陷问题,可以进行适当的路基处理,确保路基的均匀沉降;同时,在施工过程中加强对沥青混合料厚度的控制,并采取适当的固结措施。
5.疲劳裂缝:疲劳裂缝是指沥青砼路面上出现的多个细小裂缝,这是因为材料长期承受交通载荷和温度变化导致的。
要防治疲劳裂缝,可以在施工中选用高质量的沥青材料,并加强对路面的监测和维护,及时进行补修和加固。
6.氧化变硬:沥青砼路面会随着时间的推移而氧化变硬,降低了其柔韧性和抗裂性能。
为防治氧化变硬问题,可以选用高质量的沥青材料并加强添加剂的使用。
此外,进行适当的养护和维护工作,延长道路使用寿命。
总的来说,要提高沥青砼路面施工质量,需要从原材料选择、施工过程的控制和监测、以及后期的养护和维护等多个方面入手。
同时,加强对施工人员的培训和技术指导,提高他们的施工水平和质量意识,也是保证施工质量的重要途径。
沥青路面裂缝的预防与处理措施摘要:目前,我国公路沥青混凝土路面主要采用半刚性基层沥青混凝土路面。
半刚性基层沥青混凝土路面裂缝是一种常见的现象。
路面裂缝的危害主要在于降雨后裂缝在道路区域内渗入水,造成路基冲刷和侵蚀,导致路面承载力不断下降,造成泥浆泵送、沉降、网裂等病害。
如果不及时处理和修补裂缝,积水将继续侵入路面,最终加速并导致路面病害扩大。
减缓和减少沥青混凝土路面荷载型裂缝和非荷载型裂缝可采取两种方法:一是在施工过程中采取相应的处理措施,提前预防裂缝,二是在日常养护过程中采用适当的加铺层。
关键词:沥青路面裂缝;预防;处理措施导言:沥青路面是目前高等级公路最常用的柔性路面。
它与半刚性基层(水泥稳定碎石和二灰稳定碎石)一起构成了我国高等级公路最常用的结构形式。
据统计,我国高等级公路沥青路面基层90%以上采用半刚性材料。
具有强度高、承载力大、抗疲劳、抗冲刷性能好等优点;但其缺点不容忽视,如变形抗力差、脆性大、温湿度变化时易开裂,最终形成路面反射裂缝。
通过裂缝产生的原因,探讨了旧沥青路面和新沥青路面裂缝的处理技术。
1沥青路面组成沥青路面结构可分为垫层、底基层、基层和面层四部分。
沥青混凝土是沥青路面的柔性材料。
它在不同的位置具有不同的功能,对道路的稳定性起着至关重要的作用。
路面层是道路铺设的最外层,承受与地面接触的车轮荷载。
它是一个接受外部自然因素的结构层。
构成面层的层数应根据施工要求铺设,一般为1~3层。
包括最外层磨耗层、中间面层和下层。
磨耗层一般为耐磨、稳定的沥青层。
中下层的选择通常基于当地地质和水文、环境温度条件、不同用途和道路等级。
基层是表层正下方的一层,承受车轮荷载并将其传递到下层。
基层需要选用高强度的材料。
根据交通流量和道路等级确定要设置的楼层数。
一般分为上基层和下基层两层。
底基层位于基层下方和垫层上方。
它主要承受路面荷载和路面和基层的荷载,并将力均匀地传递给垫层或地基。
底基层材料不要求高强度,根据交通流量和公路等级,底基层也分一层或两层铺设。
2024年沥青路面的裂缝及预防引言随着城市化的不断发展,交通基础设施的重要性愈发凸显。
而沥青路面是目前世界范围内应用最广泛的道路铺设材料之一。
然而,随着时间的推移,沥青路面会出现裂缝问题,给交通运输带来不便。
因此,本文将探讨2024年沥青路面裂缝的预防方法,以保障道路的使用寿命和安全。
一、裂缝形成原因1. 交通负荷: 交通流量和车辆荷载是导致沥青路面裂缝的主要原因之一。
随着城市交通的日益繁忙,车辆荷载不断增加,超过了路面的耐受能力,从而导致路面裂缝的形成。
2. 温度变化: 气候变化对沥青路面的影响也不可忽视。
高温时,沥青会软化,造成变形和开裂;低温时,沥青会变得脆硬,容易出现裂缝。
气候变化是导致沥青路面开裂的另一个重要因素。
3. 水分侵入: 水分是导致沥青路面裂缝的重要因素之一。
当水分进入路面中,温度变化引起的膨胀和收缩将导致路面开裂。
此外,水分还会导致路面的松散和沉降,进一步破坏沥青路面的完整性。
二、裂缝预防方法1. 设计阶段的预防措施在沥青路面的设计阶段,可以采取一些措施来预防裂缝的形成。
- 合理的路面厚度设计: 在设计沥青路面时,应根据交通负荷和预期的使用寿命合理确定路面的厚度。
适当增加路面的厚度可以提高其承载能力,从而减少裂缝的发生。
- 使用高质量的沥青混合料: 选择质量好的沥青混合料,可以提供更好的抗裂缝性能。
- 路面基层筑设: 加强路面基层的施工质量,确保其均匀、稳定和具有良好的排水性能,可以有效减少裂缝的形成。
2. 施工阶段的预防措施在沥青路面的施工阶段,也可以采取一些措施来预防裂缝的形成。
- 控制沥青温度: 在施工过程中,控制沥青的温度是预防裂缝的关键。
确保沥青温度在适宜的范围内,并根据天气条件进行调整。
高温下使用低温沥青,低温下使用高温沥青,可以减少温度变化引起的裂缝。
- 加强路面的密实: 在施工过程中,采用合适的振动器和滚筒进行密实,以确保沥青材料的均匀分布和较高的密实度。
这有助于提高路面的抗压强度,减少裂缝的发生。
沥青路面裂缝产生的原因及控制措施首先,材料因素是沥青路面裂缝产生的重要原因之一、沥青材料中含有一定的沥青质和矿物质。
当沥青质中的粘合剂失去或减少时,由于沥青材料的变形和胶结力减小,容易引起裂缝的形成。
此外,材料的选择不合理、质量不过关、掺杂了不适宜的外加剂等也会导致裂缝形成。
其次,施工因素也是沥青路面裂缝产生的重要原因之一、施工质量差、施工过程中未能按照规范要求进行操作,如未按照设计要求进行铺装、压实工作不到位等,都会造成沥青路面裂缝的形成。
此外,施工中存在的工地设备不合理、施工过程中温度控制不当等因素也会对沥青路面产生巨大影响。
设计因素也是导致沥青路面裂缝产生的原因之一、设计中如果没有考虑到道路的承载能力、沥青路面的变形情况以及环境温度的改变,就会导致裂缝的形成。
此外,设计中对于不同区域、不同荷载的要求不同,如果没有将这些因素纳入设计考虑范围,也会造成沥青路面裂缝的形成。
环境因素也是沥青路面裂缝产生的原因之一、环境温度的变化、气候条件的变化以及季节性降水等都会对沥青路面产生影响。
例如,夏季高温、干燥的气候会导致沥青路面膨胀收缩,从而形成裂缝;而冬季低温会导致沥青路面变脆,易于开裂。
最后,交通荷载因素也是导致沥青路面裂缝产生的原因之一、车辆的过度荷载、频繁的转向、制动等操作,会对沥青路面造成连续的冲击和加重,从而加速裂缝的形成与扩展。
针对沥青路面裂缝的产生,可以采取以下控制措施:1.材料控制:选择高质量的沥青材料,保证沥青质的含量和胶结力,避免使用劣质的外加剂。
同时,在施工前进行严格的质量检测,确保其符合设计要求。
2.施工控制:严格按照设计要求进行铺装和压实工作,确保土壤基层的平整和密实,避免出现松散和不均匀的情况。
同时,控制施工过程中的温度,确保沥青材料能够充分熔化和胶结。
3.设计控制:在设计阶段考虑到道路承载能力、变形情况以及环境温度的改变等因素,进行合理的设计。
根据不同区域、不同荷载的要求进行设计,并加强对设计的监管和质量控制。
沥青路面的裂缝及预防沥青路面是目前常见的道路材料之一,具有耐用、平滑、减震等优点。
然而,在使用过程中,由于各种原因,沥青路面可能会出现裂缝,影响路面的使用寿命和行车安全。
因此,预防沥青路面裂缝变得十分重要。
本文将从裂缝的原因、分类以及预防措施等方面展开阐述。
首先,我们需要了解裂缝产生的原因。
沥青路面裂缝的产生主要有以下几个因素:1. 温度变化:沥青路面受到外界温度的影响,会出现热胀冷缩现象。
在高温下,沥青路面会膨胀,而在低温下会收缩,造成路面应力的变化,从而导致裂缝的产生。
2. 交通负荷:道路承载着车辆的重量,不同车辆的频繁行驶会对沥青路面造成较大的压力,使得沥青表面逐渐疲劳,并最终导致裂缝的产生。
3. 地基沉降:道路的地基承受着地下水位变化、地震等因素的压力,如果地基沉降不均匀,会导致沥青路面产生裂缝。
4. 施工质量:沥青路面的施工质量直接影响着路面的使用寿命。
如果施工过程中存在不当的操作,比如不充分压实、沥青混合物配比不当等,都会导致路面裂缝的产生。
接下来,我们来看一下沥青路面裂缝的分类。
根据裂缝的宽度和性质,沥青路面裂缝可以分为以下几类:1. 纵向裂缝:沿道路纵向延伸,通常是由于温度变化或交通负荷造成。
2. 横向裂缝:垂直于道路纵向,通常是由于路面疲劳或地基沉降不均匀造成。
3. 断面裂缝:延伸至道路整体深度的裂缝,通常是由于构造缺陷或结构失效造成。
4. 稳定裂缝:具有一定宽度,但不扩展或扩展缓慢的裂缝,通常是由于材料性能问题或结构固定性不足造成。
了解了裂缝的原因和分类后,我们可以采取一系列预防措施来延长沥青路面的使用寿命。
以下是常见的预防措施:1. 合理设计:在沥青路面的设计阶段,应根据实际情况进行合理的设计,包括施工材料的选择、路面结构的设计等。
合理设计可以减少裂缝的产生。
2. 施工质量控制:在施工过程中,需要严格按照施工规范进行操作,确保沥青混合物的配比准确、充分压实等。
加强施工质量控制可以减少裂缝的产生。
沥青路面裂缝处理方案1. 引言沥青路面作为一种常见的道路铺设材料,经常会出现裂缝问题。
裂缝会导致路面损坏和水分浸入,进而加速路面老化和破坏。
因此,开展沥青路面裂缝的有效处理至关重要。
本文将介绍一种常用的沥青路面裂缝处理方案,以帮助维护和延长路面的使用寿命。
2. 沥青路面裂缝的成因沥青路面裂缝常见的成因包括以下几个方面:•气候因素:极端气温变化、阳光照射等因素会导致沥青路面伸缩,进而产生裂缝。
•车辆荷载:沥青路面长期承受车辆行驶和荷载压力,会引起路面变形和裂缝出现。
•施工质量:施工过程中沥青密实度不足、配合比不合理等问题会增加路面的裂缝风险。
•路基沉降:路基松弛或沉降导致路面变形,产生裂缝。
3. 沥青路面裂缝处理方案3.1 补充沥青补充沥青是常用的处理方法之一。
该方法的步骤如下:1.清理:清理路面裂缝,将松散的沥青和杂物清除。
2.加热:使用加热设备将新的沥青加热至适宜的温度。
3.填充:将加热后的沥青填充至裂缝中,并用均压器进行压实。
4.平整:用刮板等工具将填充的沥青与路面平整。
3.2 裂缝密封材料另一种常用的处理方法是使用裂缝密封材料。
该方法的步骤如下:1.清理:清理路面裂缝,将松散的沥青和杂物清除。
2.压实:使用均压器将裂缝两侧土壤进行压实,以增加裂缝周围的稳定性。
3.涂覆:将裂缝密封材料均匀涂覆至裂缝上,并充分填充至裂缝内部。
4.压实:使用均压器对涂覆的密封材料进行压实,确保密封效果。
3.3 热补材料对于较大的路面裂缝,热补材料是一种有效的处理方法。
该方法的步骤如下:1.清理:清理路面裂缝,将松散的沥青和杂物清除。
2.加热:使用加热设备将热补材料加热至适宜的温度。
3.压实:使用均压器将裂缝两侧土壤进行压实,以增加裂缝周围的稳定性。
4.熔化:将加热后的热补材料倒入裂缝中,确保充分填充至裂缝内部。
5.平整:用刮板等工具将热补材料与路面平整。
4. 预防措施除了以上处理方法,预防措施也至关重要。
以下是一些预防措施的建议:•涵盖路面设计:在设计沥青路面时,合理考虑材料的伸缩性,以减少因温度变化引起的裂缝。
沥青路面疲劳开裂的分析与防治集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#沥青路面疲劳开裂的分析与防治一、前言随着公路交通量日益增长, 公路建设事业得到了迅猛发展, 截至2006 年底, 我国公路通车总里程达到348 万km, 高速公路达万km。
2007 年, 我国计划建成高速公路5 000 km 以上, 并确保完成“五纵七横”国道主干线系统最后2 385 km 的建设任务。
而沥青路面在整个公路网中的比例占到70%以上, 已经成为高等级公路的主要结构形式。
但是,经过多年的使用和观测表明, 许多高速公路通车一年后路面就出现严重的桥头跳车和早期损坏, 有的通车几年后由于损坏严重、疲劳裂缝过多就不得不进行翻修, 使其使用性能大大降低。
因此对疲劳裂缝产生的原因进行系统的分析, 提出经济、合理、适用的沥青路面结构, 并从设计、施工和养护等多方面对防止疲劳开裂和路面破坏提出有效的预防措施, 使其在高等级公路和地方公路建设中得到进一步推广应用, 发挥更大的社会经济效益。
二、开裂原因随着传统的疲劳破坏理论的发展, 人们认识到,路面的破坏, 是由于荷载在路面材料中引起的重复加载疲劳应力, 超过了路面混合料的抗拉强度而发生的。
美、英、苏、德等国, 根据十多年的大量试验,相继进行了基于疲劳强度理论在设计上的重大改革。
并且, 目前各国沥青类路面设计仍主要沿用这种疲劳强度理论。
道路上的行车, 主要是汽车。
汽车是路面服务的对象, 也是使路面结构破损、路基失稳的主要因素。
但是随着交通量的增加、轴载的增大和公路上行车速度的提高、交通荷载的振动特性以及交通参数确定的合理性等交通荷载因素对沥青混凝土路面早期破损的影响是不容忽视的问题。
一方面, 随着经济发展, 交通量增加, 超限运输已越来越严重和普遍, 超限运输特别是超重车辆已经成为沥青路面和水泥混凝土路面破坏的重要因素。
就其影响国内学者在超重车辆的轴载换算已经作了大量的研究, 重新探讨了超重车辆的轴载换算关系。
认为规范规定的公式低估了超限荷载的疲劳破损作用, 重载车的轴载换算因次应较现行沥青路面设计规范有所提高。
另一方面, 我国传统的路面结构力学分析都采用圆形均布的轮胎荷载模式。
实际上, 轮胎与路面间的接触压力远非圆形的形式, 接触压力的非均布效应已变得十分显着。
如果接触面上的压力分布形式都不准确, 那么计算出的路面内部的荷载应力也很难准确, 从而不能正确解释路面的某些破损现象, 轮胎- 路面接触压力的非均布效应已成为路面结构局部破损的重要原因。
另外, 国内现行路面设计方法一般基于静态弹性体系模型, 而实际车轮荷载均为动态, 对路面施以随时间变化的垂直振动和冲击作用以及水平推挤作用。
由于路面结构本身对荷载的时变因素具有相当的敏感性, 因而在实际动态荷载作用下所表现出的力学性能通常与静态模型的情况存在较大差异, 对路面的早期破损有着不可忽视的作用。
沥青路面疲劳开裂研究研究沥青路面疲劳开裂的方法主要有试验法、能量分析法和力学分析法, 其中力学分析法可将路面的力学行为与路面使用性能指标明确联系起来,因而受到广泛重视。
1.1试验法试验法具体又可以分为三类:一是实际路面在真实汽车荷载作用下的疲劳破坏试验,如美国的AASHTO试验路,历时三年才完成;二是足尺路面结构在模拟行车荷载作用下的试验研究,包括环道试验和加速加载试验,典型的如南非的重型车辆模拟车(HVS),澳大利亚的加速加载设备(ALF),美国华盛顿州立大学的室外大型环道和重庆公路研究所的室内大型环道疲劳试验;三是室内小型试件的疲劳试验,如小梁重复弯曲疲劳试验、间接拉伸试验、旋转悬臂试验等。
前两类方法都能较好地反映路面的实际疲劳性能,但耗资大、周期长,而且试验结果受当地环境和路面结构的影响较大,因此开展得并不普遍。
目前多采用周期短、费用低的室内小型疲劳试验。
室内小型疲劳试验的方法主要有:重复弯曲试验(包括中点加载和三分点加载、旋转悬臂梁和梯形悬臂梁)、支承弯曲试验、单轴试验、间接拉伸试验、三轴试验和轮辙试验等。
这些方法中又以小梁重复弯曲(特别是三分点加载试验)以及间接拉伸试验(即劈裂试验)应用较广。
能量分析法该方法中将沥青混合料视为一种典型的粘弹性材料,其力学特性依赖于荷载作用的时间和温度,其综合模量是由恒定模量(弹性部分)和损耗模量(粘性部分)组成。
沥青混合料的疲劳强度主要取决于损耗模量和应力应变循环过程中的能耗。
这一方法的主要特点是疲劳试验中的总能耗与循环荷载的重复作用次数之间存在着一定关系。
美国的SHRP研究计划中也采用能量法研究沥青混合料的疲劳响应问题。
SHRP在压实沥青混合料重复弯曲疲劳寿命测定的标准试验方法(SHRP-M-009)中还给出了累积消散能及消散能累积到破坏时的计算方法。
在疲劳试验过程中,能量损失是由塑性变形所消耗的,这些消耗的能量并没被转换成应变能,而是被转换为热能。
每个应变周期的能耗可以通过应力应变的滞后回路的面积来决定。
在整个疲劳寿命过程中,总能量是所有滞后回路面积的总和。
力学分析法力学分析法是用断裂力学原理来分析路面材料的开裂,并用以预测其疲劳寿命的一种方法。
美国俄亥俄州大学在沥青混合料疲劳性能研究中,就应用了断裂力学的概念,从裂纹的扩展规律出发来研究疲劳性能。
应用断裂力学方法的疲劳寿命的定义是:在一定的应力状态下,材料的损坏按照裂缝扩展定律,从初始状态增长到危险和临界状态的时间(或荷载作用次数)。
路面结构的疲劳破坏正是由于其内部存在的缺陷在荷载作用下引起应力集中与内部损伤,当这种应力集中与损伤累积超过材料与结构抵抗破坏的容限值时,就造成了内部缺陷的发展,并导致结构的破坏。
由于力学分析法对于疲劳开裂的产生、发展和最终破坏有较为清楚的描述,并且易于在计算过程中分析各结构层的受力状态,有利于对半刚性基层沥青路面的疲劳破坏机理进行分析,因而本文采用有限元方法计算疲劳裂缝的应力强度因子,应用断裂力学来进行疲劳破坏的研究。
由于我国对于计算所需要的参数研究很少,缺乏此类数据,所以在对路面结构进行计算分析之前,先进行室内小梁疲劳试验,同时参考国外的有关资料,根据材料的性质选取相应的计算参数,然后对小梁的疲劳破坏进行有限元计算分析,在得出与试验结果较为符合的计算结果后,则认为所选参数符合要求,最后用于路面结构的疲劳寿命计算。
3 裂缝防治在温度型疲劳开裂方面, 有研究表明, 温度疲劳是引起路面温度裂缝的主要原因。
关于路面温度疲劳开裂的研究始于20 世纪70 年代。
当时, 在西德克萨斯的沥青路面中发现大量的裂缝, 而这地区的气温并不太低, 于是, 美国道路工作者对这一地区的环境、气候、路面对温度的敏感性及路面开裂机理等方面的问题进行了一系列的研究。
研究成果使人们认识到, 开展沥青路面温度疲劳开裂的研究具有非常重要的工程意义及学术价值。
Sugawara 和Horigoshi[6]的工作可以作为温度疲劳试验研究方面的代表性成果。
试验发现, 当所设定的最低温度接近断裂温度时, 试件将发生温度疲劳断裂, 而且, 沥青的稠度越高, 试件发生断裂前所经受的温度疲劳次数越低。
Shahin 和Mcculough[7]研究表明温度疲劳的作用次数与荷载疲劳比较要小很多, 而且温度疲劳产生常应变疲劳损伤, 因此提出温度疲劳方程以应变表示较为适宜。
Majidzadeh[8]提出可以通过线弹性断裂力学对沥青路面的疲劳损伤过程加以描述。
Lytton, Shanmughan 和Garrent[9]以断裂力学为基础对路面的温度疲劳开裂进行了预估, 提出了一种进行25°C 以下温度循环引起的路面温度疲劳开裂的预估模型。
Abdulshafi 和Kalosh[10]应用另一种能量释放率参数即C 积分对荷载引起的疲劳问题进行了研究, 并建议将其用于温度疲劳开裂的研究。
各国铺筑了许多试验路, 研究沥青路面的温度开裂问题, 并得出一致结论: 沥青本身的特性是影响低温开裂的主要团素, 沥青针入度、劲度、针入度指数PI、针入度粘度指数PVN、低温延度、弗拉斯脆点等是表征其低温品质的指标。
于1989年根据弹性地基梁模型的断裂分析, 提出了沥青加铺层在交通荷载下Ⅰ型和Ⅱ型裂缝应力强度因子计算公式以及温度荷载下Ⅰ型应力强度因子计算公式, 建立加筋材料受力模型, 引入加筋对沥青加铺层开裂的影响。
在此基础上, 结合Paris 疲劳断裂公式,提出沥青加铺层( 含加筋) 的厚度设计方法。
长安大学公路学院郝培文[12]提出利用低温抗裂系数ρ=ε maxεc来评价沥青混合料的抗裂性能, 其中εmax 为沥青混合料的极限拉应变, εc 为温度收缩应变。
当ρ= 1 时,混合料处于临界开裂状态, 此时的温度也被称作开裂温度, 并经试验验证, ρ值越大, 低温抗裂性能越好。
目前国内外用于研究沥青混合料低温抗裂性能的试验方法有多种, 主要包括: 等应变加载的破坏试验(间接拉伸试验、弯曲、压缩试验)、直接拉伸试验、弯曲拉伸蠕变试验、受限试件温度应力试验、三点弯曲J 积分试验、C' 积分试验、温度收缩系数试验、应力松弛试验等。
现行规范[13]对重交通道路沥青技术要求规定用15°C 延度评价沥青的低温抗裂性能。
防治裂缝的方法也很多, 如加强面层材料的抗裂性, 面层与基层间用土工织物材料、橡胶沥青封层和应力吸收膜等[14]。
另外, 从基层材料本身入手, 可以通过进行材料的合理组成设计, 调整结合料用量与配比, 增加粗骨料含量并严格设计级配, 甚至采用间断级配, 以尽可能减小其收缩系数, 提高其强度,增加半刚性基层材料的抗裂性能。
澳大利亚对开裂路面的处理随裂缝宽度改变的处理方法, 见表1。
美国明尼苏达州1979 年采用橡胶沥青封层、橡胶沥青中间层、土工物中间层以及炭黑等方法铺筑了106 km 的试验路, 从实际使用状况看, 没有一种方法完全有效, 试验路段均出现了反射裂缝。
而实验路中采用橡胶沥青中间层可以减少反射裂缝出现。
为了有效防止反射裂缝, 沥青面层厚度应为15 ~25 cm。
英国通过维持良好的集料嵌锁, 不增大沥青面层厚度, 将裂缝宽度控制在一定范围内, 使荷载传递能力达到最大的所谓开裂控制方法[16]。
美国Maine州交通运输部门利用一种称为GlasGrid 8501 的玻璃纤维网来抑制反射裂缝, 取得了很好的效果。
国外用于具有大量裂缝的旧路上加铺新沥青罩面时,其防裂效果有好有坏[18]。
从施工工艺入手, 在半刚性基层预切缝。
德国1986 年新规范规定, 当沥青罩面的厚度小于或等于140 mm, 不管基层厚度多大, 只要基层抗压强度超过12 MPa, 基层必须预先切纵缝和横缝, 该工艺在我国也已得到广泛应用。