沥青路面半刚性基层温度效应监测研究

沥青路面半刚性基层温度效应监测研究
陈渊召 李振霞
（华北水利水电大学 土木与交通学院，河南 郑州 450045）
摘要：为研究沥青路面半刚性基层的温度效应，分别建立水泥稳定碎石室内温度变形试验方案和现场温度变形检测方案，通过温度应变系数研究半刚性材料的室内温度变形特征，
分析半刚性基层现场温度应变随季节变化规律，得到半刚性基层施工完成初期温度变形特点。

研究半刚性基层内不同位置现场温度应变系数的变化规律，得到半刚性基层结构的应变状态。

结果表明：现场约束状态下半刚性材料横向温度应变系数比纵向温度系数大，说明纵向受约束大于横向；沥青面层施工温度对半刚性基层应变产生重大影响，季节温度变化导致半刚性材料应变接近极限应变水平，说明温度对半刚性基层开裂产生重大影响。

（0 围。

王琼等对不同级配和结合料的半刚性基层材料进行了干缩试验和温缩试验研究，提出随温度降低而出现峰值,且变化趋势基本相同。

刘克[8]在3种半刚性材料结构层表面钉入钢钉，计算观测段的应变，用应变绝对值的均值、变化范围表征结构层的变形特性。

可见，国内外学者均未对半刚性基层的温度变形和温度应变做深入研究，本文分别建立室内和现场变形监测方案，通过在半刚性基层内埋设优选的传感器，配套连续式数据采集系统，采集半刚性基层从施工至运营期完整的温度和应变数据，分析半刚性基层现场温度应变，得到半刚性基层的温度应变状态，为半刚性基层沥青路面结构性能分析提供依据。

收稿日期：2014-11-23
基金项目：国家西部交通建设科技项目(200531881213)；河南省教育厅科学技术研究重点项目(13A580707, 14A580002)
第一作者：陈渊召（1974—），河南襄城人，华北水利水电大学副教授，硕士生导师，工学博士，主要从事道路材料研究，email ：cyz740513@
网络出版时间：2015-03-13 10:59
网络出版地址：/kcms/detail/31.1764.TU.20150313.1059.031.html
1 水泥稳定碎石温度变形测试
1.1 室内温度变形试验方案
为初步掌握半刚性材料温度变形和温度应变的规律，进而与现场检测结果进行对比分析，建立室内温度变形试验方案，本试验测定水泥稳定碎石圆柱体试件在饱水状态下（湿度保持不变）的温度应变系数。

试验中采用水域自动控温，试验过程中升温范围为10℃~50℃，降温范围为50℃~10℃。

控温精度为±0.2℃，位移传感器LVDT 精度为0.000032mm 。

数据记录标准为相应温度下试件的膨胀或收缩变形差在40min 内稳定在0.000125mm 以内。

1.2 现场温度变形检测方案 1.2.1 试验路结构及传感器布设
依托工程路面结构组合及VWSG 振弦式应变计布置如图1所示。

应变传感器主要埋设在上下基层之间及上基层中间位置。

由于上下水泥稳定碎石基层是按连续摊铺工艺施工，上下基层实际上是厚度为36cm 连续完整的一层。

1.2.2 51.2.3 2 应变和温度数据。

期间经历4次沥青面层（LSPM 、AC-25、AC-20、SMA-13）的摊铺施工。

2.1 室内温度变形特征
半刚性基层材料种类很多，不同材料的温度收缩性质有很大差别，同类型半刚性基层的温度收缩系数随材料组成和级配的不同也有很大的差异，并且与基层所处的龄期和温度条件等密切相关，含水量对半刚性基层材料的温度收缩系数也有很大的影响。

本文研究中实测了常用半刚性基层材料水泥稳定碎石温度应变系数。

试验结果如表1所示。

表1 水泥稳定碎石温度应变系数试验结果
图2为纵横向应变在205天内的应变变化图，从图中可以看出：
（1）应变随温度变化而变化，经历的最高温度超过40℃，其中有的是沥青面层施工引起，有的是夏季高温。

（2）总体应变变化幅度从0με左右上升至夏季的200με左右，又从200με左右下降至10με左右，总体应变变化幅度近200με，已经接近材料的极限应变水平（二灰碎石的平均弯拉破坏极限应变是281.6με，水稳大约是250με）。

（3）横向应变变化幅度比同层位的纵向应变大，初步分析主要是因为沿纵向方向水泥稳定碎石结构受到的约束比沿横向方向受约束大的原因。

由此可知由于受到约束纵向方向受到的温度应力比横向方向大，这也是水泥稳定碎石基层结构容易产生横向裂缝的原因。

图2 温缩应变随季节的变化
可
Fig.3 temperature shrinkage strain of cement stabilized macadam during initial
construction (1-30days)
paving days
s t r a i n c h a n g e /µε
t e m p e r a t u r e /℃
layer bottom vertical layer middle vertical layer bottom transverse layer bottom temperature layer middle temperature
Fig.4 Affact of asphalt surface course construction on temperature shrinkage strain of base 3温度应变状态研究
3.1
5~图8
数。

表2
（1
（2
（3
Fig.5
Fig.6 Relation between strain and temperature in layer bottom transverse
水稳基层结构在温度和湿度变化时将产生胀缩变形。

如其变形不受约束并且水稳基层结构中无温度及湿度梯度，则其应变与干缩应变相等，如图9中状态1所示。

另外，如果水稳基层结构受到完全或部分约束并且沿其厚度方向无温度及湿度梯度，则水稳基层结构的应变状态不能恢复到初始状态，即产生温度差和温度应力，如图9中状态2所示。

图9中Δε(t)为时刻t的总应变、Δε0(t)为是时刻t自由状态应变、ΔεT(t)为时刻t的温度应变、ΔεS(t)为时刻t的干缩应变、Δεσ(t)为时刻t由于受约束而产生的应力所对应的应变、ΔεE(t)为时刻t由于受约束而产生的应力所对应的弹性应变、Δε1T(t)和Δε1S(t)分别为时刻t在受约束状态下所产生的温度和干缩应变。

图9 约束条件对水稳基层应力应变状态的影响
Fig.9 Effect of constraint condition on stress-strain appearance of water-stabilization bases 根据青临路水稳基层现场温度变形检测数据，在受约束状态下半刚性基层层中温度变形系数平均值为1.9με/℃，而室内变形系数试验得到的温度应变系数平均值为28.2με/℃，两者
15:20，
24h
最大温差
下Δεσ
路面结构
11。

根
m
initial length
unconstrained shrinkage
constraint shrinkage
State 1
State 2
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e
/
℃
date
road surface
2cm distance to road surface
7cm distance to road surface
13cm distance to road surface
16cm distance to road surface
44cm distance to road surface
62cm distance to road surface
图11 京台高速路面结构温度场
Fig.11 Temperature field of pavement structure in Jing-Shi Expressway
4 结论
（1）由于环境温度不断变化，不同时期初始约束状态不同，半刚性材料应变温度系数在不同时期是不相同。

现场约束状态下横向温度应变系数比纵向方向温度系数大，说明纵向受约束大于横向，纵向受限制应力更大，故半刚性基层容易产生横向裂缝。

（2）沥青面层施工温度对半刚性基层应变产生了重大影响，温度应变变化幅度接近175με。

由于早期水泥稳定碎石还未达到设计强度，沥青面层的施工有可能因产生过大的日温差而引起半刚性基层裂缝的产生。

（3）季节温度变化导致半刚性材料应变变化幅度高达200με，接近半刚性材料的极限应变水平，说明温度对半刚性基层开裂产生重大影响。

参考文献
Materials[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology(Urban Science Edition) ，2010，27（3）：43-47.
[8] 刘克. 施工养生期半刚性材料结构层变形观测及其抗裂性能[J].兰州理工大学学报，
2013，39（3）：128-132.
LIU Ke. Deformation observation of structural layer with semi-rigid material during curing period and its anti-cracking performance[J]. Journal of Lanzhou University of Technology，2013，39（3）：128-132.。