考慮路面溫度條件的無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫基層材料抗裂性能研究

荊琳 張斌

摘要：根據(jù)施工地區(qū)氣候條件變化，采用熱傳導(dǎo)方程計(jì)算了路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度梯度的變化；計(jì)算了不同施工季節(jié)和養(yǎng)生齡期的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定砂礫材料的干縮開(kāi)裂系數(shù)和溫縮開(kāi)裂系數(shù)；提出了評(píng)價(jià)無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫材料干縮和溫縮開(kāi)裂性能的適宜齡期；對(duì)比分析了無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定砂礫的抗裂性能，推薦了符合實(shí)際氣候環(huán)境變化的抗裂評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：路面溫度；溫縮開(kāi)裂系數(shù)；干縮開(kāi)裂系數(shù)；抗裂性能

中圖分類號(hào)：U414文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定砂礫材料作為成本低廉、穩(wěn)定性和整體性好、力學(xué)強(qiáng)度高的路面材料廣泛用于各個(gè)等級(jí)的公路中；但因其本身容易開(kāi)裂，從而反射到瀝青面層，會(huì)引起反射裂縫，導(dǎo)致路面的使用性能下降。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定砂礫的開(kāi)裂主要是由于溫度收縮和干裂收縮造成的[13]。以往對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定砂礫溫縮開(kāi)裂和干縮開(kāi)裂的研究?jī)H局限于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生環(huán)境下，未考慮實(shí)際施工中環(huán)境溫度變化對(duì)于水穩(wěn)砂礫抗裂性能的影響。本文首先對(duì)河北邯鄲地區(qū)的路面溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，然后研究不同溫度條件下無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定砂礫基層材料的抗裂性能。

1邯鄲地區(qū)溫度狀況調(diào)查與溫度場(chǎng)分析

1.1邯鄲地區(qū)氣溫狀況調(diào)查分析

根據(jù)中國(guó)《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ 003—1986），河北大部屬于II區(qū)——東部溫潤(rùn)季凍區(qū)；按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中的瀝青路面氣候分區(qū)，邯鄲大部屬于夏熱冬寒區(qū)——12區(qū)，平均最高氣溫達(dá)到30 ℃（7月份），年極端最低氣溫在-37 ℃～-21.5 ℃之間。路面溫度隨大氣溫度的周期變化也相應(yīng)發(fā)生著改變。從圖1可以看出，路面溫度高于大氣溫度，且不同深度的溫度隨氣溫呈現(xiàn)出周期性變化，其變化幅度隨深度增加成減緩，峰值隨深度增加產(chǎn)生滯后現(xiàn)象[4]。

圖1夏季晴天狀況下瀝青混凝土面層溫度的日變化

路面不同深度處的溫度差異，即溫度梯度，是路面內(nèi)部溫度應(yīng)力產(chǎn)生的原因。由圖2可見(jiàn)，上午11時(shí)左右出現(xiàn)最大正溫度梯度，下午5時(shí)左右達(dá)到最大負(fù)溫度梯度，溫度梯度的波幅隨著深度的增加越來(lái)越??；高等級(jí)公路和低等級(jí)公路瀝青面層底部溫度梯度波幅在1～2 ℃·cm-1，基層和底基層中部溫度梯度波幅在05～1 ℃·cm-1。

圖26月份瀝青路面不同深度溫度梯度的日變化

3提高無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫基層材料抗裂性的措施

解決半剛性基層開(kāi)裂問(wèn)題的關(guān)鍵是提高其抗裂性能，即提高抵抗非荷載型裂縫的能力。影響非荷載型裂縫的因素主要包括溫度及濕度變化導(dǎo)致的溫縮和干燥收縮[89]。由前文可以得出，無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫類基層材料的最大干縮開(kāi)裂狀態(tài)發(fā)生在早期（28 d），為減少混合料的干縮開(kāi)裂，有必要加強(qiáng)早期的養(yǎng)護(hù)。在施工中，當(dāng)溫度較高時(shí)，對(duì)鋪筑好的穩(wěn)定砂礫基層應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)生，強(qiáng)度一旦滿足規(guī)范要求，盡快鋪筑瀝青面層。若條件允許，盡可能采用連續(xù)施工的方法，減少穩(wěn)定砂礫基層的水分蒸發(fā)，以提高其抗干縮開(kāi)裂的性能。

由于溫度直接影響無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫的溫縮性能，所以進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮提高面層厚度，以減少溫度對(duì)基層材料的影響[10]。另一方面，從圖7、8可以看出，水泥粉煤灰穩(wěn)定砂礫的溫縮性能要優(yōu)于水泥穩(wěn)定砂礫，所以在進(jìn)行水泥穩(wěn)定砂礫的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮適量摻配粉煤灰，以提高水泥穩(wěn)定砂礫后期的抗溫縮開(kāi)裂性能。

4結(jié)語(yǔ)

（1）針對(duì)室內(nèi)測(cè)試結(jié)果與在實(shí)際應(yīng)用中的差異，提出溫度積指標(biāo)，并將其用于反映無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定砂礫類材料抗裂性在不同施工季節(jié)的差別。

（2）通過(guò)對(duì)比測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫類基層材料的最大干縮開(kāi)裂發(fā)生在28 d左右。因此提出了不同養(yǎng)生條件下無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫類基層材料28 d的干縮開(kāi)裂系數(shù)指標(biāo)。

（3）無(wú)機(jī)穩(wěn)定砂礫類基層材料在6～8月份施工時(shí)，其最大溫縮開(kāi)裂發(fā)生在180 d左右；在9月下旬到10月份施工，其最大溫縮開(kāi)裂發(fā)生在90 d左右。因此，提出90 d和180 d的溫縮開(kāi)裂系數(shù)指標(biāo)。

（4）從抗裂角度考慮，應(yīng)加強(qiáng)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層材料的早期養(yǎng)護(hù)，同時(shí)在配合比設(shè)計(jì)時(shí)可以適量摻配粉煤灰以提高此類材料的抗裂性能。

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