影响路面开裂的因素可分为内因和外因,内因主要是沥青及沥青混合料的性质和基层材料的性质,外因主要指的是气候条件、交通条件、施工状况等。
1.沥青及沥青混合料的性质
沥青和沥青混合料的性质是影响沥青路面温度开裂的主要原因。沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面抗开裂能力的根本因素,沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键因素。
(1)沥青。沥青是一种随时间而老化、硬化的典型黏弹性材料,其材料性能和力学行为与应力、温度、时间、荷载频率及温度频率等有关,同一等级沥青的温度敏感性差异很大。一般情况下,含蜡量高和延度小的沥青易于脆裂。沥青类型对路面开裂也有很大的影响,使用稠度低、温度敏感性低的沥青可以减少或延缓路面的开裂。面层沥青老化往往会加速裂缝等路面损坏的发生,路面的破坏状况(裂缝、松散等)在一定程度上是沥青老化的外在表现形式。
(2)矿料。矿料质量直接影响到沥青混合料的强度,是沥青路面产生裂缝等早期破损的主要因素。碎石的压碎值、磨耗值不符合要求,将造成沥青混合料的稳定度偏低,引起沥青路面早期的开裂和剥落。
(3)矿料的级配和空隙率。认真选择矿料级配非常重要,最主要的指标是混合料的设计空隙率和路面的实际空隙率。沥青路面的实际空隙率在7%以下时,沥青层中的水在荷载作用下一般不会产生动水压力,不易造成水损害。排水性混合料的路面空隙率大于15%时,水能够在空隙中自由流动,也不易造成水损害。而当路面的实际空隙率为7%~15%时,水容易进入混合料内部,且在荷载作用下产生较大的毛细压力或动水压力,造成沥青混合料的水损害,在薄弱处最先产生裂缝和坑槽。
2.基层材料的性质
基层材料的收缩性愈小,面层裂缝愈少。基层上有透油层以加强与面层的黏结,对抗开裂是有好处的,基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。半刚性基层开裂的主要原因如下。
(1)干燥收缩。干燥收缩是混合料中水分流失引起的收缩,混合料中游离水分减少,缩小了颗粒间的空隙。干缩系数与材料的性质和含水率有关。(www.xing528.com)
(2)低温收缩开裂。半刚性基层多在夏季高温和常温时施工成型,入冬后温度骤降,特别是我国西北地区,季节温差很大,混合料遇冷收缩,在收缩过程中受到下层的约束产生收缩拉应力。温差越大,温度变化越快,则约束越大,混合料就越容易开裂。
3.气候条件和交通条件
气候条件主要表现为降水和气温。水是沥青路面早期病害引发的一个直接外因。每到春冬季节,由于地表水渗入,地下水位上升,路基湿度变大,路面强度降低,路基承载力下降,从而导致路面病害的产生。一场大雨或几场阴雨过后,路面便开始出现小面积的裂缝,继而出现大面积的松散、翻浆、坑槽等现象。极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环次数是影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。极端温度越低、降温速率越快、低温持续时间越长、升降温循环次数越多,沥青路面温缩裂缝越严重。半刚性基层中的最大拉应力,通常是由最重的车轮荷载产生的,并且对于半刚性路面,不同轴载对路面的破坏作用远不是4次方的关系,而是11~13次方的关系,即使是通过次数较少的重载也对路面的破坏起决定性作用。
4.施工状况
(1)软土地基沉降。在含水率高、强度低、孔隙比大、压缩性高的软弱土层,即软土地基上修筑路基,若处理不当,往往会发生路基失稳、过量沉陷和不均匀沉降,路面产生纵向裂缝,导致公路破坏或不能正常使用。为了保证公路路基的稳定性,必须对公路经过地段的软土进行加固处理,使软土排水固结,使路基的工后沉降和不均匀沉降逐渐减小。
(2)路基压实度不足。路基压实是路基施工过程中的重要工序,亦是提高路基路面强度与稳定性的技术措施之一。土是三相体,土粒为骨架,颗粒之间的孔隙被水分和气体所占据。压实的目的在于使土粒重新组合,彼此挤紧,孔隙缩小,土的密度提高,形成密实整体,最终导致强度增加,稳定性提高。由于路基局部路段压实度不足,会导致公路路面出现纵向裂缝和横向裂缝。
(3)路面基层施工质量低劣。抢工期、赶进度造成料源紧缺,原材料质量难以保证,不能按照施工规范的要求施工。半刚性基层没有合理的龄期,放松对工程质量的控制,使得基层和底基层质量低劣,造成基层网裂破坏,反射到面层,面层出现网裂。施工中不能严格控制半刚性基层施工碾压时的含水率,碾压完成后不能及时养护,碾压完成后或最迟在养护结束后不能立即用乳化沥青做透层或封层,都会对基层的质量产生较大的影响。
(4)沥青面层颗粒离析。沥青混合料离析致使局部粗集料偏多、细集料偏少而不易压实或不密实。这样一来,矿料与沥青的黏结力变小,抗剪强度变低,容易出现龟裂和松散。
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