上海昌吉论述沥青对混凝土道面开裂的影响

导读:上海昌吉地质仪器有限公司为分析沥青基隔离层对切缝前水泥混凝土面层结构内部温度收缩应力的影响，使用有限元模型数值模拟计算方法分析了不同铺筑长度、不同季节温度下板内收

来源：未知发布日期：2019-08-13 14:59【大中小】

据上海昌吉地质仪器有限公司调查了解在民用机场道面结构中，多选用水泥混凝土板作为面层，水泥稳定碎石作为基层材料。当水泥混凝土板尺寸达到一定规模，浇筑完成后会随着昼夜温度的变化而产生较大变形。由于面层与基层的线膨胀系数差异较大，二者变形协调性不足，加之层间约束较强，将在面层中产生较大的内部拉应力。若未能及时切缝以释放板内应力，则易导致水泥混凝土板收缩开裂，即不同程度早期开裂的出现。根据已有研究，早期开裂主要受温度、湿度、材料及水灰比等因素影响，其中温度影响最为显著，其余因素作用较弱。为防止水泥混凝土板在切缝前发生早期开裂，甚至断板，常在面层与基层之间设置隔离层，以减小面层与基层之间的约束，从而降低混凝土板内收缩应力。沥青基隔离层由改性乳化沥青同步碎石封层与微表处上层组成，是飞行区道面设计和施工最新提出的一种隔离层材料，本文上海申安医疗器械有限公司所述隔离层均指沥青基隔离层。民用机场道面为多层层状体系，已有大量研究选用有限元方法成功对其进行建模并分析了各种工况下的道面结构力学响应。本文选用有限元软件ABAQUS建立典型民用机场道面结构模型，并对温度场进行模拟，分析沥青基隔离层对混凝土板内部温度收缩拉应力的影响。

1.切缝前板内收缩应力分析
按照施工规范的要求，为避免混凝土产生早期收缩开裂，应在混凝土强度形成前，及时对铺筑完成的混凝土板进行切缝。当出现突发情况，未能及时进行切缝时，混凝土板有出现收缩裂缝的可能。对切缝前板内的收缩应力进行计算，分析隔离层的设置、不同板长、不同季节温度对其的影响情况。

2.铺筑长度影响分析
混凝土层内部收缩应力水平受铺筑长度影响大，为明确隔离层在不同铺筑长度下的效应发挥情况，同时比较有、无隔离层状态下收缩应力水平，按不同板长规格进行建模分析。

3.季节温度影响分析
季节的变化造成混凝土板底温度不断变化，夏季温度高而冬季温度低。根据剪切摩擦试验结果，沥青基隔离层的层间剪切摩擦特性随温度变化而变化，所以上海昌吉地质仪器有限公司认为有必要对不同季节初始温度下不同铺筑长度的温缩应力进行计算分析。将0℃作为冬季混凝土板底的低温条件，20℃作为春季和秋季的常温条件，40℃作为夏季的高温条件，计算长度不同季节环境温度骤降时混凝土收缩应力，计算结果见图1。

图1设置隔离层时不同季节切缝前板内最大拉应力
分析计算结果，发现初始温度为0℃时，其应力水平为3.96~4.13mpa，初始温度为20℃时应力水平为3.46~4.12mpa，而初始温度为40℃时应力水平则分布于2.46~4.05mpa，即处于低温环境时，沥青基隔离层与混凝土层间约束强，混凝土最大收缩应力水平高。这是由于沥青基材料在低温条件下，模量增大，黏结力增强，而加强了层间约束。不同的季节温度使温缩应力对铺筑长度的敏感性也不同，以4mpa为抗拉强度分析：在冬季低温时，一次性铺筑长度大于50m即存在开裂风险；春秋季常温时，铺筑长度大于80m时可能出现开裂；夏季高温时，混凝土收缩应力相对较小，铺筑长度大于130m则存在开裂风险。沥青基隔离层在实际工程应用时，若面层无法及时切缝，建议根据季节设置不同的最大铺筑长度以降低混凝土板早期开裂风险，即夏季一次性铺筑长度不超过130m，春秋季一次性铺筑长度不超过80m，冬季一次性铺筑长度不超过50m。

4.结论
(1）沥青基隔离层的设置能在一定程度上降低板内温缩应力最大值，并缩小高水平应力的分布范围。
(2）板内最大拉应力随板长增大而增大。未设置隔离层时，板长在50~150m范围内均有较大的开裂风险，设置隔离层且板长不超过80m时可基本消除开裂风险。
(3）冬季、春秋季、夏季推荐一次性铺筑最大长度分别为50，80，130m。
以上内容仅供参考。

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