上海昌吉論述瀝青對(duì)混凝土道面開裂的影響

導(dǎo)讀:上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司為分析瀝青基隔離層對(duì)切縫前水泥混凝土面層結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度收縮應(yīng)力的影響，使用有限元模型數(shù)值模擬計(jì)算方法分析了不同鋪筑長度、不同季節(jié)溫度下板內(nèi)收

來源：未知發(fā)布日期：2019-08-13 14:59【大中小】

據(jù)上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司調(diào)查了解在民用機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)中，多選用水泥混凝土板作為面層，水泥穩(wěn)定碎石作為基層材料。當(dāng)水泥混凝土板尺寸達(dá)到一定規(guī)模，澆筑完成后會(huì)隨著晝夜溫度的變化而產(chǎn)生較大變形。由于面層與基層的線膨脹系數(shù)差異較大，二者變形協(xié)調(diào)性不足，加之層間約束較強(qiáng)，將在面層中產(chǎn)生較大的內(nèi)部拉應(yīng)力。若未能及時(shí)切縫以釋放板內(nèi)應(yīng)力，則易導(dǎo)致水泥混凝土板收縮開裂，即不同程度早期開裂的出現(xiàn)。根據(jù)已有研究，早期開裂主要受溫度、濕度、材料及水灰比等因素影響，其中溫度影響最為顯著，其余因素作用較弱。為防止水泥混凝土板在切縫前發(fā)生早期開裂，甚至斷板，常在面層與基層之間設(shè)置隔離層，以減小面層與基層之間的約束，從而降低混凝土板內(nèi)收縮應(yīng)力。瀝青基隔離層由改性乳化瀝青同步碎石封層與微表處上層組成，是飛行區(qū)道面設(shè)計(jì)和施工最新提出的一種隔離層材料，本文上海申安醫(yī)療器械有限公司所述隔離層均指瀝青基隔離層。民用機(jī)場(chǎng)道面為多層層狀體系，已有大量研究選用有限元方法成功對(duì)其進(jìn)行建模并分析了各種工況下的道面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)。本文選用有限元軟件ABAQUS建立典型民用機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，分析瀝青基隔離層對(duì)混凝土板內(nèi)部溫度收縮拉應(yīng)力的影響。

1.切縫前板內(nèi)收縮應(yīng)力分析
按照施工規(guī)范的要求，為避免混凝土產(chǎn)生早期收縮開裂，應(yīng)在混凝土強(qiáng)度形成前，及時(shí)對(duì)鋪筑完成的混凝土板進(jìn)行切縫。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況，未能及時(shí)進(jìn)行切縫時(shí)，混凝土板有出現(xiàn)收縮裂縫的可能。對(duì)切縫前板內(nèi)的收縮應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，分析隔離層的設(shè)置、不同板長、不同季節(jié)溫度對(duì)其的影響情況。

2.鋪筑長度影響分析
混凝土層內(nèi)部收縮應(yīng)力水平受鋪筑長度影響大，為明確隔離層在不同鋪筑長度下的效應(yīng)發(fā)揮情況，同時(shí)比較有、無隔離層狀態(tài)下收縮應(yīng)力水平，按不同板長規(guī)格進(jìn)行建模分析。

3.季節(jié)溫度影響分析
季節(jié)的變化造成混凝土板底溫度不斷變化，夏季溫度高而冬季溫度低。根據(jù)剪切摩擦試驗(yàn)結(jié)果，瀝青基隔離層的層間剪切摩擦特性隨溫度變化而變化，所以上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司認(rèn)為有必要對(duì)不同季節(jié)初始溫度下不同鋪筑長度的溫縮應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析。將0℃作為冬季混凝土板底的低溫條件，20℃作為春季和秋季的常溫條件，40℃作為夏季的高溫條件，計(jì)算長度不同季節(jié)環(huán)境溫度驟降時(shí)混凝土收縮應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果見圖1。

圖1設(shè)置隔離層時(shí)不同季節(jié)切縫前板內(nèi)最大拉應(yīng)力
分析計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)初始溫度為0℃時(shí)，其應(yīng)力水平為3.96~4.13mpa，初始溫度為20℃時(shí)應(yīng)力水平為3.46~4.12mpa，而初始溫度為40℃時(shí)應(yīng)力水平則分布于2.46~4.05mpa，即處于低溫環(huán)境時(shí)，瀝青基隔離層與混凝土層間約束強(qiáng)，混凝土最大收縮應(yīng)力水平高。這是由于瀝青基材料在低溫條件下，模量增大，黏結(jié)力增強(qiáng)，而加強(qiáng)了層間約束。不同的季節(jié)溫度使溫縮應(yīng)力對(duì)鋪筑長度的敏感性也不同，以4mpa為抗拉強(qiáng)度分析：在冬季低溫時(shí)，一次性鋪筑長度大于50m即存在開裂風(fēng)險(xiǎn)；春秋季常溫時(shí)，鋪筑長度大于80m時(shí)可能出現(xiàn)開裂；夏季高溫時(shí)，混凝土收縮應(yīng)力相對(duì)較小，鋪筑長度大于130m則存在開裂風(fēng)險(xiǎn)。瀝青基隔離層在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，若面層無法及時(shí)切縫，建議根據(jù)季節(jié)設(shè)置不同的最大鋪筑長度以降低混凝土板早期開裂風(fēng)險(xiǎn)，即夏季一次性鋪筑長度不超過130m，春秋季一次性鋪筑長度不超過80m，冬季一次性鋪筑長度不超過50m。

4.結(jié)論
(1）瀝青基隔離層的設(shè)置能在一定程度上降低板內(nèi)溫縮應(yīng)力最大值，并縮小高水平應(yīng)力的分布范圍。
(2）板內(nèi)最大拉應(yīng)力隨板長增大而增大。未設(shè)置隔離層時(shí)，板長在50~150m范圍內(nèi)均有較大的開裂風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)置隔離層且板長不超過80m時(shí)可基本消除開裂風(fēng)險(xiǎn)。
(3）冬季、春秋季、夏季推薦一次性鋪筑最大長度分別為50，80，130m。
以上內(nèi)容僅供參考。

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