印忠云1 邓勇2
1.上海交通建设总承包有限公司 上海 200136；2.中交上海疏浚有限公司 上海 200136
摘要：针对沥青混凝土路面施工期裂缝严重影响使用性能的问题，本文以曹妃甸石化西路工程为研究实例，基于实测温度、应力历时三维数据，系统地分析沥青混凝土路面施工期裂缝与温度应力的对应关系，并根据主要裂缝的形成机理，判断合理控制沥青混凝土的入仓温度是有效控制沥青混凝土裂缝的有效措施。
关键词：温度应力；入仓温度；沥青混凝土；切片云图
工程概况
曹妃甸地处唐山南部的渤海湾西岸，位于天津港和京唐港之间，“面向大海有深槽，背靠陆地有滩涂”是曹妃甸最明显的自然地理特征，具备大型深水港口建设和临港产业发展的优越条件。研究实例工程为曹妃甸化学产业园区市政路网一期工程石化西路（石化南一道-石化南五道段），该工程位于曹妃甸化学产业园区，为北至南向道路。
实例工程定线按照规划中线设计，设计起点K0+000为石化西路与石化南一道交叉口处，设计终点K2+981.426为石化西路与南五道交叉口处。本项目全线为直线。道路长度2981.426m，路面采用沥青混凝土路面，设计使用年限为15年，设计弯沉：18.9（0.01mm）。
1 监测点布设及监测方法
本次监测主要实时监测实例工程各监测点的温度、应力，从而生成温度、应力三维历时曲线图，同时监测主要裂缝的发展过程及分布范围。
1.1 监测点布置设计
针对试验段的路面沥青混凝土平面形状分上、中、下三层进行布设，每层在竖直方向间隔均为3m，每层监测面积约34m2：
上（下）层：上层与下层布设完全一致，共布设4排6列，共计24个测点。每个测点布设2个应变计，共计48个应变计。
中间层：共布设4排5列，共计20个测点。由于中间层个别监测点不利于应变计安装，因此共安装了33个应变计。
其中，应变计采用XH5861型多功能智能监测应变计，可实时监测测点的温度与应力大小，并能够实现数据的储存与传输。各层监测点与应变计的布设如图1所示：
图1 曹妃甸石化西路路面监测点及应变计布置设计
1.2 路基沥青混凝土施工期裂缝监测
根据以往实验研究经验，采用ZT-F00裂缝动态检测仪，配合卷尺测量进行主要裂缝发展历程监测。
2 路面沥青混凝土施工期监测结果及分析
2.1温度、应变历时变化分析
笔者对各监测点的温度、应力变化历程进行详细分析，分析结果显示各层变化规律基本一致，即应变先急速下降后逐渐反弹，整个过程应变基本为负值（即一直保持为拉应变）。
选择111测点为研究对象，将其温度、应变历程绘于图2（图中X、Y分别为平面法向、切向的拉应变，T为温度）。分析图2可知，整个应力变化可以分为明显的三个阶段：
（1）拉应力骤升阶段
在沥青混凝土入仓的24小时内，沥青混凝土水化热迅速升高，释放大量热能，仓内温度骤升（一天内由20℃左右提升至35℃，温差达15℃），仓室内外温差达到峰值，X、Y方向的拉应变也迅速提升（一天内X方向的应变差约150με，Y方向的应变差约230με）。在该阶段，温度、应变的变化呈单调的直线陡坡形式。
（2）缓慢回弹阶段
在沥青混凝土入仓的1天至两周内，沥青混凝土水化作用持续减弱，放热量逐步下降且小于整个仓室的热耗散量。此阶段内，沥青混凝土温度逐渐下降，仓室内外温差逐渐减小，路面沥青混凝土在X、Y方向的应变缓慢回弹，且趋近于入仓初始值。在该阶段，温度、应变的变化呈单调的锯齿缓坡形式。
（3）稳定阶段
在沥青混凝土入仓的两周至四周内，沥青混凝土稳定继续持续下降，下降幅度非常小（14天内约下降5℃），路面沥青混凝土在X、Y方向的应变也缓慢向拉应变方向增大 （14天内X、Y方向分别约增大45με与72με）。在该阶段，温度、应变的变化趋近于水平线。
图2 特征监测点（111）温度及应变的变化过程
2.2 三维应变场分析
选择1天、14天、28天龄期为代表时段，将研究实例的的三维应变切片云图绘于图3~图5（图中正值表示压应变，负值表示拉应变）。分析各图可知：
（1）在沥青混凝土入仓的1~7天内，路面沥青混凝土X方向及Y方向以拉应变为主，且上层拉应变明显大于下层。
（2）在沥青混凝土入仓的7~14天内，路面沥青混凝土X方向及Y方向逐渐以平面中心为基点，向压应变方向变化发展，受压区域逐渐向四周扩散。
（3）在沥青混凝土入仓28天后，下层中心区域由受压状态又变化为受拉状态，四周的沥青混凝土则由受拉转为受压状态。
3裂缝变化与温度应力关系规律研究
3.1 监测场温度分析
经笔者分析，在测点中，上层、中、下层沥青混凝土温度历程趋势一致，。因此以上层沥青混凝土为代表，将上层、中间层沥青混凝土温度历程绘于图6。分析图6可知：
（1）路面沥青混凝土温度在入仓后两天内迅速上升，变化幅度在40~50℃左右。
（2）路面沥青混凝土温度在入仓后2~14天内缓慢下降，期间偶有波动，但下降趋势非常明显。
（3）路面沥青混凝土温度在入仓后14~28天以更缓慢的速度回落，至28天后趋近于初始温度，但仍高于外部温度（0℃）。
图6 上层沥青混凝土各测点温度变化过程
3.2 裂缝与温度应力关系分析
根据图2可明显看出，温度应力与温度值呈显著负相关。根据ZT-F00裂缝动态检测仪监测结果，在整个沥青混凝土入仓过程中，共出现过5条明显裂缝（命名为B1至B5），将路面沥青混凝土在28天的裂缝及应变情况绘于图7。分析图7可知：
各个裂缝出现位置的应变与其他未出现裂缝位置的应变差异不大，并未产生在极值区域，说明裂缝产生在早期应变极值区域，而随着时间推移，裂缝的衍变，应变值分布会发生较大变化。早期裂缝出现时，与其对应的区域应变并没有发现跳变，应变在裂缝出现时依然变化平滑连续；同时，B2、B3、裂缝附近的应变极值相对于其他部位都偏高很多，推断认为，应变极值较大区域附近更可能产生裂缝。同时，进一步研究可发现，路面沥青混凝土施工期裂缝大小规模与温度应力呈正相关，即在路基沥青混凝土施工期，温度应力越大，沥青混凝土拉应力越大，压应力越小，沥青混凝土越容易出现裂缝。
图7 实例路面沥青混凝土28天龄期应变与裂缝规模关系
根据路面沥青混凝土施工期温度应力、裂缝规模的发展历程可知，路面沥青混凝土的入仓温度是早期应变场分布的重要影响因素，裂缝产生的规模与温度应力呈显著的指数正相关。
4结论
本文针对沥青混凝土路面施工期裂缝严重影响使用性能的问题，以曹妃甸石化西路工程为研究实例，基于实测温度、应力历时三维数据，系统地分析沥青混凝土路面施工期裂缝与温度应力的对应关系，得到以下结论：
（1）路面沥青混凝土上、中、下各层的温度、应变变化规律一致，具有显著相同的变化趋势。且可分为显著的三个阶段。
（2）路面沥青混凝土的应变与温度变化呈显著负相关。
（3）在沥青混凝土入仓的1~7天内，路面沥青混凝土以拉应变为主；在7~14天内，逐渐以平面中心为基点，向压应变方向变化发展，受压区域逐渐向四周扩散；在28天后，下层中心区域由受压状态又变化为受拉状态，四周的沥青混凝土则由受拉转为受压状态。
（4）路面沥青混凝土施工期裂缝大小规模与温度应力呈正相关，且宽缝区域基本出现在温度应力极值区域。由此可见，要有效控制路面沥青混凝土裂缝规模，采取合理措施，控制入沥青混凝土仓温度是关键因素。
参考文献
[1]侯东威.沥青混凝土自身干燥收缩一体化及相关问题研究[D]清华大学,2010.
[2]康明.施工期钢筋沥青混凝土构件的约束收缩变形性能研究[D]重庆大学，2010.
作者简介：印忠云（1985- ），男（汉），上海人，大学本科，工程师，从事水利工程及港口航道工程施工工作。
论文作者:印忠云1,邓勇2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/2
标签：沥青论文; 混凝土论文; 应变论文; 温度论文; 裂缝论文; 应力论文; 路面论文; 《防护工程》2018年第13期论文;