上海昌吉論述瀝青對混凝土道面開裂的影響

導讀:上海昌吉地質儀器有限公司為分析瀝青基隔離層對切縫前水泥混凝土面層結構內部溫度收縮應力的影響，使用有限元模型數值模擬計算方法分析了不同鋪筑長度、不同季節溫度下板內收

來源：未知發布日期：2019-08-13 14:59【大中小】

據上海昌吉地質儀器有限公司調查了解在民用機場道面結構中，多選用水泥混凝土板作為面層，水泥穩定碎石作為基層材料。當水泥混凝土板尺寸達到一定規模，澆筑完成后會隨著晝夜溫度的變化而產生較大變形。由于面層與基層的線膨脹系數差異較大，二者變形協調性不足，加之層間約束較強，將在面層中產生較大的內部拉應力。若未能及時切縫以釋放板內應力，則易導致水泥混凝土板收縮開裂，即不同程度早期開裂的出現。根據已有研究，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生早期開裂，甚至斷板，常在面層與基層之間設置隔離層，以減小面層與基層之間的約束，從而降低混凝土板內收縮應力。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，是飛行區道面設計和施工最新提出的一種隔離層材料，本文上海申安醫療器械有限公司所述隔離層均指瀝青基隔離層。民用機場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其進行建模并分析了各種工況下的道面結構力學響應。本文選用有限元軟件ABAQUS建立典型民用機場道面結構模型，并對溫度場進行模擬，分析瀝青基隔離層對混凝土板內部溫度收縮拉應力的影響。

1.切縫前板內收縮應力分析
按照施工規范的要求，為避免混凝土產生早期收縮開裂，應在混凝土強度形成前，及時對鋪筑完成的混凝土板進行切縫。當出現突發情況，未能及時進行切縫時，混凝土板有出現收縮裂縫的可能。對切縫前板內的收縮應力進行計算，分析隔離層的設置、不同板長、不同季節溫度對其的影響情況。

2.鋪筑長度影響分析
混凝土層內部收縮應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發揮情況，同時比較有、無隔離層狀態下收縮應力水平，按不同板長規格進行建模分析。

3.季節溫度影響分析
季節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。根據剪切摩擦試驗結果，瀝青基隔離層的層間剪切摩擦特性隨溫度變化而變化，所以上海昌吉地質儀器有限公司認為有必要對不同季節初始溫度下不同鋪筑長度的溫縮應力進行計算分析。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，計算長度不同季節環境溫度驟降時混凝土收縮應力，計算結果見圖1。

圖1設置隔離層時不同季節切縫前板內最大拉應力
分析計算結果，發現初始溫度為0℃時，其應力水平為3.96~4.13mpa，初始溫度為20℃時應力水平為3.46~4.12mpa，而初始溫度為40℃時應力水平則分布于2.46~4.05mpa，即處于低溫環境時，瀝青基隔離層與混凝土層間約束強，混凝土最大收縮應力水平高。這是由于瀝青基材料在低溫條件下，模量增大，黏結力增強，而加強了層間約束。不同的季節溫度使溫縮應力對鋪筑長度的敏感性也不同，以4mpa為抗拉強度分析：在冬季低溫時，一次性鋪筑長度大于50m即存在開裂風險；春秋季常溫時，鋪筑長度大于80m時可能出現開裂；夏季高溫時，混凝土收縮應力相對較小，鋪筑長度大于130m則存在開裂風險。瀝青基隔離層在實際工程應用時，若面層無法及時切縫，建議根據季節設置不同的最大鋪筑長度以降低混凝土板早期開裂風險，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.結論
(1）瀝青基隔離層的設置能在一定程度上降低板內溫縮應力最大值，并縮小高水平應力的分布范圍。
(2）板內最大拉應力隨板長增大而增大。未設置隔離層時，板長在50~150m范圍內均有較大的開裂風險，設置隔離層且板長不超過80m時可基本消除開裂風險。
(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。
以上內容僅供參考。

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