1、 公路工程裂缝形成机理及修补技术研究 杜景山摘 要:改革开放以后,国民经济得到了迅速发展。作为交通运输行业的主要构成成分,公路事业发挥的作用也越来越大。但因技术、自然等诸多因素的影响,我国公路路面早期病害现象较为严重,裂缝是路面早期病害最常见的类型之一,裂缝产生将对行车安全造成严重影响,进而阻碍交通运输业的发展。为此,本文主要对公路工程裂缝形成机理及修补技术进行了分析与探究,以此带动公路行业的持续发展。关键词:公路工程;裂缝形成机理;修补技术:U415.5 :A :1671-2064(2017)14-0117-011 路面病害调查及分析我县管辖的311国道鹿邑境内某公路工程总长度为64.284
2、km,为双向四车道。据统计,目前纵、横缝总量为7万m以上,其中4万m需选取开槽灌缝处理。通过实地详细调查得出,路面病害中路面裂缝所占比重较大,是路面病害的主要形式,局部位置还有坑槽、沉陷及龟裂等问题。路面全线排查统计情况如下:84173m为裂缝总量,其中60608.6m为没有处理的裂缝,9877.1m为还需处理的横缝,13265.5m为所需处理的纵缝,422m为需处理的不规则裂缝,3500m为全线平交道需处理的裂缝。产生此类裂缝的主要原因为严重的超载现象、剧烈的温度变化、不完善的排水设施、路面厚度不足或材料质量不佳、配合比不合理等。2 公路路面裂缝形成机理修补裂缝前,必须先充分考虑裂缝类型及其
3、形成机理,按照裂缝的具体类型、成因选取科学有效的修补方式,才能达到路面性能及强度有效提升的目的。(1)龟裂形成机理。车辆载荷作用下,沥青路面不同位置点所受应力不同,并产生交变应力,出现疲劳断裂问题,产生裂缝,随着荷载的反复作业,裂纹逐步向表面扩展、延伸,形成大裂缝,此类裂缝以网状呈现,错综复杂,即为龟裂。龟裂直接影响路面使用性能,必须早期预防,及时治理。(2)块裂形成机理。沥青针入度降低、温缩及沥青老化都会导致沥青混合料变硬、变脆,进而产生块裂。为防止此类问题出现,必须在沥青混合料配置时,选择良好抗老化性能的材料。并减小沥青混合料温缩效应,完善排水设施。(3)横向裂缝形成机理。温缩裂缝作为横向
4、裂缝的主要类型之一,其产生原因为温度应力变化。除此之外,横向接缝施工不到位、接缝位置空隙大等也会有细微横向裂纹出现,长期车辆载荷影响下,将会产生横向裂缝。(4)纵向裂缝形成机理。作为路面病害的主要类型,纵向裂缝一般沿行车方向分布。路基压实度不够、荷载作用力大于路面承载力都是产生纵向裂缝的主要原因。同时,因排水设施不到位,将导致路基内有大量地表水渗入,利用边坡,路肩向路堤侵入,导致水长期浸泡路基,进而降低路基承载力。在车辆载荷交替作用下,也会加快路基沉陷速度,导致纵向裂缝出现于路基承载力不均匀位置。(5)反射裂缝形成机理。因裂缝产生于下层材料,随着时间的延长,将向上面层逐步延伸、扩张,此类裂缝被
5、称为反射裂缝。通常情况下,反射裂缝都会产生于旧路面加铺新层位置。因旧路面存有裂缝问题,逐步向上扩张,导致新裂缝产生于上面层。此外,温缩裂缝也会伴随基层温度变化产生,即便在新建路面同样会向上逐步延伸,进而出现反射裂缝。路面结构各层间都存有沥青混合料,相互胶结。因此,如小变形或裂缝存于下铺层及基层位置,也会导致面层底部沥青材料产生较大应变现象,如图1所示。但具体应用中,沥青路面材料基本不能承受该应变,极易出现断裂问题。3 公路工程裂缝修补技术的应用本工程属于改扩建工程,路面结构为两层18cm厚水泥稳定碎石+7cm沥青混凝土面层,通车1年后,基层水泥稳定碎石裂缝已向上面层反射,2到7mm为裂缝宽度,
6、且路面横、纵缝较多,不仅严重影响外观质量,雨季时还会通过裂缝路面积水下渗基层,进而对路基稳定性造成极大影响,甚至危害行车安全。实地详细调查显示,反射裂缝为本工程路面主要裂缝类型,且呈不规则面层裂缝形状。针对本工程路面病害情况,可选取高渗透液态灌缝技术进行施工。作为一种新型灌缝技术,高渗透液态灌缝技术可利用原材料与催化剂间的化学反应填满裂缝,原材料化学材料产生反应时,可有效膨胀,根据自身膨胀灌满裂缝,进而达到良好灌缝效果,也可按照灌缝施工规定,进行原材料配比的适当调整,以此对灌缝材料硬化时间加以合理控制。3.1 技术参数选取灌缝料作为高渗透灌缝技术施工材料,其通过2种高聚物混合形成,在路面养护及
7、维修方面施工效果显著。本文按照一定比例选取黑色液体A与淡黄色液体B两种高聚物成分进行混合。此类材料一般由多元醇组合物与改性异氰酸酯混合形成,且其实测值与施工设计要求相符。通过材料性能分析(表1),如质量比为A料:B料=1:1时,则其具有较大伸长率,及较高弹性恢复率,通过膨胀作用可达到裂缝、空隙填满功效。因此类灌缝材料具有良好抗老化、耐高温及耐腐蚀性,裂缝修补选取此类材料,可避免裂缝再次开裂,能够达到路面性能有效提升的目的。3.2 配合比为对两种高聚物成分配合比进行准确确定,结合当地气候情况及行车状况,试验得出,10到25范围内,两种体积比为A:B=2:1,外加剂选取两种材料总体积1/9时,混合
8、后产生反应,灌缝料粘度、稳定性及其向裂缝渗入的速度等都满足设计要求,表明其具有良好施工质量。在此情况下,高渗透液态灌缝材料可在25sec内快速向裂缝渗入;2035sec内固化成胶态。3.3 灌封机工作原理将一定量的灌缝料加到料斗内,随后利用点火装置进行导热油加热。随后将导热油压电动机开启,保证导热油能够循环流动。加热灌缝料至预定温度后,即可开启引擎,启动搅拌阀,均匀搅拌灌缝料。除此之外,选取预热后的软管连接喷出阀和灌缝喷枪,同时将主阀及喷出阀打开,通过喷枪将灌缝料向裂缝内灌入。灌缝前,可选取压缩空气吹干净软管。因常温下即可使用灌缝料,无需加热材料,只有均匀搅拌一定时间后,即可进行灌缝施工。3.
9、4 工艺流程本工法施工简单,无需进行开槽施工,可向缝内直接灌入灌缝料,具体施工步骤如下:(1)工作面封闭。整齐规范地摆放各类标志,安全区、工作区长度必须满足施工设计规定,并指派专人做好保通工作。(2)清缝。针对裂缝位置,选取钢刷进行2到3遍清理,裂缝内杂物可选取空压机进行清理。(3)涂刷介面剂。彻底清理裂缝后,即可进行介面剂涂刷作业,要求在2cm以下控制宽度,且均匀涂刷。其作用是避免裂缝内水分直接接触灌缝材料产生反应;或增强灌缝料和路面间的粘结力。(4)配制灌缝料。先在A料内根据比例添加外加剂,随后根据配比,利用液压泵将两种材料向灌封机容料斗内注入,常温下高渗透灌缝材料即可使用,因此,可直接开
10、启搅拌装置,均匀拌和两种混合料,时间控制在10s左右,可根据裂缝长度确定成品料配制量。(5)灌缝。完成配置灌缝料后,可选取预热后的软管连接喷出阀和灌缝喷枪,并将主阀与喷出阀打开,进行灌缝施工。按照裂缝宽度实际情况,合理选取各种灌缝设备施工。裂缝在3mm以内时,材料注入工具可选取灌缝喷枪;如裂缝在37mm或7mm以上时,材料注入工具可选取注入棒,尽可能向缝内灌入材料,可在5min内完成成品料。4 结语综上所述,在公路工程施工中,路面裂缝问题一直备受关注,有很多原因都會导致裂缝的出现,因此施工单位需要根据工程的实际情况对路面裂缝进行控制。在路面病害调查的基础上,应对裂缝形成机理进行研究,选取科学有效的修补技术进行裂缝治理,可进一步提升公路工程技术性能及建设质量。参考文献1王金山.论公路建设中沥青混凝土路面裂缝的成因及预防J.中国新技术新产品,2015(05). -全文完-