CN105625155B - 一种降低沥青路面低温开裂的方法 - Google Patents

一种降低沥青路面低温开裂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低沥青路面低温开裂的方法，在半刚性基层与沥青路面之间设置袋装散体材料层，使之作为的滑动层，将沥青混合料快速摊铺在袋装散体材料层之上，然后进行快速碾压，形成沥青路面层，完成路面施工，在沥青路面层表面覆盖保温材料层进行保温处理，在对沥青路面层进行保温的过程中，对沥青路面层的降温过程进行温控监测。本发明中，在沥青混合料摊铺碾压完成后进行了保温和温控监测措施，减弱了沥青混合料在摊铺碾压后的温度变化，进而降低了沥青路面在施工中就在路面内部产生的微型裂纹，从施工工艺方面降低了沥青路面降温开裂的现象。

Description

一种降低沥青路面低温开裂的方法
技术领域
本发明涉及路面施工领域，尤其是涉及一种降低沥青路面低温开裂的方法。
背景技术
沥青路面是我国目前应用比较普遍的一种路面形式，它由各种矿质集料和沥青粘结料经拌合铺筑而成。沥青路面建成投入使用后，它既受到行车荷载的反复作用，又暴露于大自然中，受到外界温度、风雨等因素影响。在这些因素中，沥青混合料性能与温度密不可分，受温度升降影响，沥青混合料呈现明显不同的强度和抗变形能力。夏季，路面结构内部温度较高，沥青混合料处于膨胀状态，沥青路面在高温和车辆荷载长时间作用下，会产生粘性流动，路面出现推挤、拥包、车辙等病害。冬季，沥青路面结构内温度较低，材料处于收缩状态，在外界温度突然降低时，沥青路面开始剧烈的收缩，在面层内就产生了温度拉应力，当该温度拉应力超过了沥青面层材料的抗拉强度时，沥青路面就开始出现裂缝，这种现象就是所谓的低温缩裂现象。
目前的国内外研究都以运营阶段的沥青路面为研究对象，认为沥青路面出现低温缩裂病害主要的原因是运营阶段的沥青路面处于低温状态时产生的拉应力大于沥青混合料抗拉强度所致，根本没有考虑到施工工艺缺陷对沥青路面低温缩裂现象产生的影响。实际上，运营中的温度变化只是沥青路面低温缩裂病害发生的外在因素，是低温缩裂现象产生的“导火索”。沥青路面低温缩裂现象发生的根本原因在于沥青路面的内在因素，即沥青路面在碾压成型过程中已经产生了人眼看不见的裂缝。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低沥青路面低温开裂的方法，本发明在沥青路面铺设完成后对沥青路面进行保温处理，减弱了施工工艺对沥青路面低温缩裂现象的影响。
本发明实施例提供一种降低沥青路面低温开裂的方法，包括以下步骤：
(1)施工准备：对路面基层按照国家相关验收标准进行验收，同时准备袋装散体材料层和沥青混合料；
(2)铺设滑动层：将袋装散体材料层铺设于验收合格的路面基层之上，使之作为基层与沥青路面层之间的滑动层；
(3)沥青混合料的摊铺和碾压：将沥青混合料快速摊铺在滑动层之上，然后进行碾压，形成沥青路面层，完成路面施工；
(4)路面保温：在沥青路面层表面覆盖保温材料层进行保温处理；在对沥青路面层进行保温的过程中，对沥青路面层降温的过程进行温控监测。
优选的，所述袋装散体材料层包括袋子和散体材料，所述袋子为土工布裁剪缝制而成，所述散体材料选用沙子、石子、沥青路面铣刨料、土体、渣土、砂土中的一种或多种且散体材料级配良好，所述散体材料装入袋子中四分之三。
优选的，所述保温材料层厚度δ的计算公式为：
式中，δ为沥青路面表面的保温层厚度(m)；
λ0为沥青混合料的导热系数[W/(m.K)]；
λi第i层保温材料的导热系数[W/(m.K)]；
Tb为沥青路面表面温度(℃)；
Tq为沥青混合料碾压后最高温度的大气平均温度(℃)；
Tmax为沥青混合料碾压后体内的最高温度(℃)；
h为沥青路面实际厚度；
Kb为传热系数修正值，取1.3～2.3。
优选的，对沥青路面层进行保温的过程中，对沥青路面层的降温过程进行温控监测，当沥青路面层表面温度和沥青路面层底面温度的温差不大于25℃，沥青路面层的降温速率不大于2.0℃/h，沥青路面层表面温度与大气温度的温差不大于20℃时，完成对沥青路面层的保温及温控监测。
优选的，对沥青路面层的降温过程进行温控监测时，路面横截面线上，监测点不少于4处，路面纵向线上，监测点间隔不少于2m。
优选的，沥青路面层表面温度为沥青路面层表面至内部100mm处的温度，沥青路面层底面温度为沥青路面层底面向上20mm处的温度。
优选的，所述温控监测使用的测温元件测温误差为常温下0-0.3℃，测温范围为-50-180℃，绝缘电阻大于500MΩ。
本发明实施例中，沥青混合料摊铺碾压完成后进行了保温和温控监测措施，减弱了沥青混合料在摊铺碾压后的温度变化，进而减弱了沥青混合料中有机分子整齐排列方向上的抗拉强度，增强了其他方向的抗拉强度，使得沥青路面应力分布不均匀性减弱，进而降低了沥青路面在施工过程中在路面内部产生的微型裂纹，从施工工艺方面降低了沥青路面降温开裂的现象。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施案例对本发明进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明为一种降低沥青路面低温开裂的方法，包括以下步骤：
(1)施工准备：对路面基层按照国家相关验收标准进行验收，同时准备袋装散体材料层和沥青混合料；
(2)铺设滑动层：将袋装散体材料层铺设于验收合格的路面基层之上，使之作为半刚性基层与沥青路面层之间的滑动层，袋装散体材料层包括袋子和散体材料，袋子为土工布裁剪缝制而成，散体材料选用沙子、石子、沥青路面铣刨料、土体、渣土、砂土中的一种或多种且散体材料级配良好，散体材料装入袋子中四分之三左右；
(3)沥青混合料的摊铺和碾压：将沥青混合料快速摊铺在滑动层之上，然后进行碾压，形成沥青路面层，完成路面施工；
(4)路面保温：在沥青路面层表面覆盖保温材料层进行保温处理，保温材料层厚度δ的计算公式为：
式中，δ为沥青路面表面的保温层厚度(m)；
λ0为沥青混合料的导热系数[W/(m.K)]；
λi第i层保温材料的导热系数[W/(m.K)]；
Tb为沥青路面表面温度(℃)；
Tq为沥青混合料碾压后最高温度的大气平均温度(℃)；
Tmax为沥青混合料碾压后体内的最高温度(℃)；
h为沥青路面实际厚度；
Kb为传热系数修正值，取1.3～2.3。
当沥青路面层表面温度和沥青路面层底面温度的温差不大于25℃，沥青路面层的降温速率不大于2.0℃/h，沥青路面层表面温度与大气温度的温差不大于20℃时，完成对沥青路面层的保温。
(5)温控监测：在对沥青路面进行保温的过程中，需要对其降温的过程进行温控监测，以确保其温控指标满足要求，所使用的测温元件测温误差为常温下0-0.3℃，测温范围为-50-180℃，绝缘电阻大于500MΩ，温控监测时，路面横截面线上，监测点不少于4处，路面纵向线上，监测点间隔不少于2m，沥青路面层表面温度为沥青路面层表面至内部100mm处的温度，沥青路面层底面温度为沥青路面层底面向上20mm处的温度。
实施例2
采用小梁弯曲试验验证不同沥青混合料在有保温材料层和无保温材料层情况下小梁跨中截面下缘所承受的最大压力，具体试验过程详见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)。
使用的沥青混合料为：细粒式AC-13混合料，油石比为4.8。
对照组试件制作：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行试件的制作。
使用本发明方法进行实验组试件制作：
(1)准备滑动层材料和沥青混合料；
(2)在试模底部铺设大约1cm厚的滑动层；
(3)在试模中快速装入沥青混合料，并且快速碾压成型；
(4)覆盖保温：对实验组分别使用棉布保温材料、稻草保温材料和泡沫保温材料保温，按照公式(1)计算取棉布厚度约为1.0cm，稻草厚约为1.5cm，泡沫保温材料厚约为0.9cm；
(5)温控监测：由于试件尺寸不大，因此在温控措施中在中心位置设置一个测量点，使用热电偶温度计和红外温度计测量沥青混合料试件表面温度与底面温度，测量间隔时间为半小时，每次测量完后，判断试件的降温速率以及试件表面温度和底面温度的温度差是否满足本发明所提出的要求；
(6)在试件表面温度与大气温度(室内温度)相差不超过20℃时，可以撤掉保温材料；
(7)试件在大气中冷却，直到与大气温度相等为止。拆模，取出试件准备下一环节的试验。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定的程序进行小梁准备以及进行试验，并记录相关试验结果。
实验结果如表1所示。
表1细粒式AC-13沥青混合料小梁弯曲试验结果
实施例3
采用小梁弯曲试验验证不同沥青混合料在有保温材料层和无保温材料层情况下小梁跨中截面下缘所承受的最大压力，具体试验过程详见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)。
使用的沥青混合料为：粗粒A-70#AC混合料，油石比为5.5的胶粉改性沥青混合料。
试件制作及后续结果检测同实施例2，试验结果如表2所示。
表2粗粒A-70#AC沥青混合料小梁弯曲试验结果
实施例4
采用小梁弯曲试验验证不同沥青混合料在有保温材料层和无保温材料层情况下小梁跨中截面下缘所承受的最大压力，具体试验过程详见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)。
使用的沥青混合料为：细粒式AC-25I，油石比为3.5的沥青混合料。
试件制作及后续结果检测同实施例2，试验结果如表3所示。
表3细粒式AC-25I沥青混合料小梁弯曲试验结果
实施例5
采用小梁弯曲试验验证不同沥青混合料在有保温材料层和无保温材料层情况下小梁跨中截面下缘所承受的最大压力，具体试验过程详见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)。
使用的沥青混合料为：中粒式AC-16，油石比为4.0的沥青混合料。
试件制作及后续结果检测同实施例2，试验结果如表4所示。
表4中粒式AC-16沥青混合料小梁弯曲试验结果
实施例6
采用小梁弯曲试验验证不同沥青混合料在有保温材料层和无保温材料层情况下小梁跨中截面下缘所承受的最大压力，具体试验过程详见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)。
使用的沥青混合料为：中粒式AC-20，油石比为3.5的沥青混合料。
试件制作及后续结果检测同实施例2，试验结果如表5所示。
表5中粒式AC-20沥青混合料小梁弯曲试验结果
从表1、表2、表3、表4和表5可以看出，按照本发明的方法，沥青混合料弯拉强度都显著的得到了提高，这说明本发明可显著的增强沥青路面抗低温破坏能力，因此能有效的降低路面低温开裂现象。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的本质和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种降低沥青路面低温开裂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)施工准备：对路面基层按照国家相关验收标准进行验收，同时准备袋装散体材料层和沥青混合料；
(2)铺设滑动层：将袋装散体材料层铺设于验收合格的路面基层之上，使之作为基层与沥青路面层之间的滑动层；
(3)沥青混合料的摊铺和碾压：将沥青混合料快速摊铺在滑动层之上，然后进行碾压，形成沥青路面层，完成路面施工；
(4)路面保温：在沥青路面层表面覆盖保温材料层进行保温处理，在对沥青路面层进行保温的过程中，对沥青路面层的降温过程进行温控监测；
所述保温材料层厚度δ的计算公式为：
<mrow> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.5</mn> <msub> <mi>h&amp;lambda;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>q</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，δ为沥青路面表面的保温层厚度；
λ0为沥青混合料的导热系数；
λi第i层保温材料的导热系数；
Tb为沥青路面表面温度；
Tq为沥青混合料碾压后最高温度的大气平均温度；
Tmax为沥青混合料碾压后体内的最高温度；
h为沥青路面实际厚度；
Kb为传热系数修正值，取1.3～2.3。
2.根据权利要求1所述的一种降低沥青路面低温开裂的方法，其特征在于，所述袋装散体材料层包括袋子和散体材料，所述袋子为土工布裁剪缝制而成，所述散体材料选用沙子、石子、沥青路面铣刨料、土体、渣土、砂土中的一种或多种且散体材料级配良好，所述散体材料装入袋子中四分之三。
3.根据权利要求1所述的一种降低沥青路面低温开裂的方法，其特征在于，所述对沥青路面层进行保温的过程中，对沥青路面层的降温过程进行温控监测，当沥青路面层表面温度和沥青路面层底面温度的温差不大于25℃，沥青路面层的降温速率不大于2.0℃/h，沥青路面层表面温度与大气温度的温差不大于20℃时，完成对沥青路面层的保温及温控监测。
4.根据权利要求3所述的一种降低沥青路面低温开裂的方法，其特征在于，所述对沥青路面层降温的过程进行温控监测时，路面横截面线上，监测点不少于4处，路面纵向线上，监测点间隔不少于2m。
5.根据权利要求3所述的一种降低沥青路面低温开裂的方法，其特征在于，所述沥青路面层表面温度为沥青路面层表面至内部100mm处的温度，所述沥青路面层底面温度为沥青路面层底面向上20mm处的温度。
6.根据权利要求3所述的一种降低沥青路面低温开裂的方法，其特征在于，所述温控监测使用的测温元件测温误差为常温下0-0.3℃，测温范围为-50-180℃，绝缘电阻大于500MΩ。
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