浅析沥青混凝土路面温缩裂缝的成因及防治

建筑与工程　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　’＿口．■ｌ　浅析沥青混凝土路面温缩裂缝的成因及防治　杨洪亮　（亳州市建设工程质量监督站）　［摘要】本文对沥青混凝土路面温缩裂缝的成因及防治进行分析与探讨　［关键词】沥青混凝土路面温缩裂缝成因及防治　中图分类号：Ｐ６３２＋．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）０６—０１２３—０１　沥青混凝土面层是沥青混凝土路面重要的结构层，直接影响了行车的安全　与舒适，温缩裂缝是沥青混凝土面层产生的主要裂缝之一，其产生原因很复杂。　本文通过对沥青混凝土路面温缩裂缝的仔细研究，分析了影响沥青路面温缩裂　缝的主要因素，并提出了温缩裂缝的防治措施。　１，沮度裂缝的成因　沥青混合料在高温时塑性变形能力强，而低温时较脆硬，变形能力差，当　温度下降，路面材料受力不均，沥青面层受基层和周围材料的约束而不能自由　收缩，因而产生很大的拉应力，当应力超过了沥青混合料的允许拉应力值，就　会开裂。　温度裂缝在我国各个地区的沥青路面上十分普遍，在开放交通后的第一个　冬季就有可能发生。沥青混凝土路面经常会在寒流到来的一夜之间出现大量的　温缩裂缝。沥青混凝土具有应力松弛性能，当给沥青混凝土一定的应变时，由此　产生的应力会随时间延长而松弛，在一般的温度范围内，由温度降低而产生的　拉应力，会由于应力松弛而使拉应力减小，将不产生出现裂缝那么大的应力。可　是当出现寒流或寒潮时，过快的降温速率将使路面内的应力来不及松弛，出现　过大的应力积累　与此同时，由于温度降低，沥青混合料的应力松弛模量逐渐增　大，应力松弛性能降低，也导致应力聚积过大，待温度应力积累到超过沥青混合　料的极限抗拉强度时，路面就将出现裂缝，以便使应力释放出去。因此温缩裂　缝往往并不发生在当地的极端温度条件下，而经常大量发生在寒流和寒潮到来　的时间里。也就是说，温缩裂缝是由于温度骤降，混合料的应力松弛性能赶不　上，温度下降产生的拉应力超过了材料的极限抗拉强度。或者说，在通常温度　条件下，沥青混合料的劲度降低，气温下降，材料的应变能力急剧降低，导致材　料的劲度模量急剧增大，超过了产生开裂的极限劲度，使产生开裂。这种情况在　沥青混凝土面层与基层粘结力不好，可允许有一定自由收缩时更易发生。　另外，由于温度的反复升降使沥青面层温度应力疲劳，沥青混合料的劲度　模量变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松弛性能降低，最终达到极限　抗拉强度，也是使路面产生裂缝的重要原因。路面开裂以后，温度继续下降便有　了自由收缩的可能，此时裂缝宽度将会增加。但是由于沥青面层与基层之间有　联结，实际上收缩不是自由的。以后随着使用年限的增加，沥青混合料的劲度模　量也同时增加，所以还会产生新的裂缝，从而裂缝间距缩短，裂缝不断加宽，开　裂越来越严重。　能差（透层油的渗透深度很浅，甚至　根本没有透下去），尤其是本身收缩的附加影响，故横向裂缝要多些。基层　与面层的附着性能差，将使面层有一定自由收缩变形的可能性，混合料的应力　松弛性能得不到充分发挥，温度应力无法传递到基层中去，而在面层内部积累，　容易产生开裂。基层上有透层油加强黏结对抗裂是有好处的。当半刚性基层已　有收缩裂缝时，在裂缝处将造成应力集中从而使面层的温缩裂缝容易在这里发　生并上下汇合。因此，为减小基层收缩附加力的影响与面层收缩的共同作用，任　何减轻基层收缩及减轻反射裂缝的措施都将有利于减少半刚性路面温缩裂缝　的产生。　２．２材料方面　２．２．１沥青的性质　①采用稠度较低的沥青配制的混合料在低温时具有较好的变形能力，能有　效抑制温缩裂缝。　⑦沥青的温度敏感性越低，可以减少路面的开裂。在工程使用中往往在沥　青中加入滑石粉、石灰石粉等矿物填料，以减小其温度敏感性。此外，沥青中含　蜡量多时，会在温度较高（６ｏ￣ｃ左右）时发生流淌，在温度较低时又易变硬开裂，　故含蜡量一般控制在３％以内。　③沥青混合料的劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素，沥青劲度又　是决定沥青混合料劲度，具有较高针入度指数的沥青在温度较高和荷载作用时　间较长时，有较高的劲度，即有较高的抵抗永久变形的能力。　④延度是检测沥青低温开裂性能的指标。具有高度廷性的沥青，通常对温　度十分敏感，在高温时容易流动，低温变得很脆。　⑤沥青的老化是由轻质油分的挥发、沥青的氧化分解所引起的。沥青在使　用期的老化越严重，劲度越大，裂缝出现越早。　２．２．２沥青混合料的维成　④沥青用量对沥青混合料的劲度有影响，但实验结果表明沥青用量在最佳　用量的０．５％～１．０％范围内波动时，对开裂率无明显影响。另外，沥青增　２．影响沮度裂缝的因素　２．１结构设计方面　２．１．１增加沥青混凝土面层厚度可以减少或者延缓路面的开裂，但是不　加，混合料的应力松弛性能提高，但其收缩性也变大，二者互有抵消。　②对不同混合料类型作温度应力实验发现，不同级配的混合料的温度应力　增长有较大差异，粒径粗的、空隙率大的混合料内部微空隙较多，应力松弛极限　温度降低，使温度应力有所减小，中粒式比细粒式的温度应力减小。沥青碎石及　贯入式的温度应力要比沥青混凝土小。　总而言之，温缩裂缝产生的原因很复杂，它包括设计、施工、材料等各方面　因素，只有对裂缝进行全面、客观、准确的调查、检测、勘察与分析，才能找到　防治的措施。在确保优良的设计质量的基础上，再辅以施工单位的规范施工和　管理单位的严格把关，从而把沥青混凝土路面的温缩裂缝控制在最小范围内。　参考文献　［１涨永智．刘飞，浅析沥青路面温缩裂缝的成因及防治［Ｊ】，西藏科技，２１３０７．２．　［２】黄学欣．　小明，沥青混凝土路面早期裂缝成因分析及防治措施【Ｊ】，黑龙　江交通科技，２００５．７．　能根除。近年来，有的国家提出在沥青混凝土面层上用沥青一橡胶（粘稠沥青　７５％＋磨细硫化橡胶粉２５％）混合料铺设一层厚约１０ｍｍ的薄层，构成应力吸收　薄膜，以提高路面的抗拉强度和减少温度对路面开裂的影响。　２．１．２沥青混凝土路面宽度越宽，温度裂缝的间距越大。　２．１．３基层对开裂也有一定影响，主要体现在基层与面层的黏着状况及　基层所使用的材料。半刚性基层较之柔性基层热容量小、与沥青面层的附着性　四．消弧线圈容量的选择　消弧线圈容量应主要根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定，并　应留一定裕度，以适应系统今后的发展和满足设备裕度的要求等。消弧线圈的　容量可按式（６）来确定：　ｒｒ　Ｑ＝１．　Ｌ　．Ｉ，　《６）　式中：Ｑ一消弧线圈的容量，ＫＶ・Ａ　ｕｒ卜系统标称电压，ＫＶ；　Ｉｃ一对地电容电流，Ａ。　对于改造工程，Ｉｃ应以实测值为依据；对于新建工程，则应根据配电网络　的规划、设计资料进行计算。　消弧线圈接地装置的选择首先是由配电网的电容电流确定，主要有拂ｐ方　法：　２．根据配电网参数估算估算电容电流主要包括有电气连接的所有架空线　路、电缆线路、变压器以及母线和电气的电容电流。　架空线路的电容电流近似估算公式为：　无架空地线：Ｉｃ＝２．７×Ｕｅ×Ｌｘ　１０－３　（７）　有架空地线：Ｉｃ＝３．３×Ｕｅ×Ｌｘ１０－３　《８）　以上两个式子中，Ｌ为线路的长度，Ｋｍ；Ｉ　ｃ为线路的电容电流，Ａ；ｕｅ为　额定电压，ｋＶ。　同杆双回线路的电容电流为单回路的１．３～１．６倍。　电缆线路的电容电流近似估算公式：　。ｌ×　×Ｌ　（９）　５＋　２，８　４　ｘＳ　）　ｘ　Ｕ，　６　ｋＶ魍缓线路；Ｌ　—（９＿ｌ　ｋＶ电缱缝路　《ｌ０）　１．进行实际测量利用中性点外加电容法、增量法等，可以比较有效地将电　容电流测出来，且对系统没有任何影响。　＿（１１）　科技博览ｌ　１２３　建筑与工程　Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　以上２个式子中，Ｓ为电缆截面，ａｒｍ２；Ｉｃ为线路的电容电流，Ａ；Ｕｅ为额定　电压ｋＶ。　上述公式主要适用于油浸纸电缆，对于目前采用较多的交联聚乙烯电缆，其　每ｋｍ的对地电容电流根据制造厂提供的参数比油浸纸电力电缆的大２０％左右。　消弧线圈接人系统必须要有电源中性点，在其中性点上接人消弧线圈，当　发生单相接地时，流过变压器的三相同方向的零序磁通，经过油箱壁绝缘油及　空气等介质形成闭合的回路，在油箱铁蕊等处产生附加损耗，这种损耗是不均　匀的，必然要形成局部过热，影响变压器的正常运行和使用寿命。所以接人此类　接地系统的消弧线圈的容量不应超过变压器容量的２０％。　五、小电流接地系统自动跟踪消弧线量应用探讨　在配电网日益发展的今天，中性点经消弧线圈接地的方式在国内外已有成　功运行的经验，近几年来随着技术的发展，各种形式的自动跟踪消弧系统相继　出现，克服了传统消弧线圈的缺点，无论从补偿效果还是过电压水平来说，都得　到了改进。　１　主要参数　在经消弧线圈接地的小电流接地系统的运行中，应掌握如下数据：单相　接地时系统中性点的电压Ｕｎ及与其相对应的零序电容电流ｌｃ＝ｍＣＵｎ）　消　弧线圈实际的补偿电流、发生接地的时间等。其中，了解消弧线圈实际的补偿　电流很重要，若只知道接地发生时消弧线圈所调档位或档位的额定电流，而　不知道接地时消弧线圈所补偿的实际电流，就会导致残余电流的计算脱离实　际太远。　２残余电流问题　残余电流是指小电流接地系统经消弧线圈补偿之后流经接地点的电流，它　等于该系统零序电容电流与消弧线圈补偿电流的矢量之和。由于线路及消弧线　圈等设备实际存在有功损耗，使得消弧线圈所补偿的电流和系统零序电容电流　在接地点处并非严格反相，所以，残余电流并不等于补偿电流与零序电容电流　数值上的相减。由于各线路的有功损耗相对较小，所以考虑消弧线圈补偿系统　残余电流指标时可暂不考虑其影响。　对于—个给定系统，其残余电流指标确定后，应首先确定失谐度的设定值，还　应综合考虑到本套系统中直接接入零序回路的一次设备的有功损耗、控制系统零　序电容电流的测量误差以及消弧线圈伏安特性的非线性影响等因素。在一个ｌ０　ｋＶ配电系统中，当消弧线圈容量超，￣４ｏｏ　ｋＶＡ且伏安４寺Ｊ｝生为非线性时，系统补偿　之后的接地点残余电流最大值不一定出现在中性点电压较高时，大多数情况下，　反而会出现在中性点电压低于４　ｋＶ的时候；若消弧线圈伏安特性线性度较好，就　不存在这个问题了。目前国内大多数消弧线圈的补偿是通过调节消弧线圈励磁电　抗来完成的，因此，即使能保证伏安特性局部线性，但还是保证不了较大电压范围　内的线性度，仍或多或少存在非线性的问题，有些甚至还很严重。所以要较为准确　地计算—套消弧系统的残余电流时，需综合考虑各因素的影响。　实际运行中，最好进行现场人工接地试验（尤其是高阻接地试验）实测接地　残余电流，了解影响残余电流的因素，对消弧系统能否满足规定的残余电流值　作出科学的判断。　３　接地变压器的零序阻抗　由于配电变压器ｌ０ｌ（Ｖ侧一般采用△接法，如果采用消弧线圈系统，就要加　装接地变压器。接地变压器的零序阻抗可以做得比较小，但是如不注意消弧线　圈和接地变压器零序阻抗的匹配，将严重影响消弧线圈输出的补偿电流。例如，　标称容量为５００　ｋＶＡ／１０．５ｋＶ的消弧线圈，当在实际配电网中投入运行后，如　不注意接地变压器零序阻抗的影响，有可能对８０　Ａ的电容电流根本无法补偿。　因此，一定要对接地变压器的零序阻抗提出具体要求。—般来讲，消弧线圈容量　越大，要求接地变压器的零序阻抗就越小。　４实际运行存在的问题　当配网系统发生单相接地故障后，自动补偿的消弧线圈将马上投入运行，　这时在等效零序回路中，消弧线圈与零序电容是并联的，因此可以达到补偿的　目的。　实际运行中，大部分的单相接地故障在补偿之后都能自动解除，这时消弧　线圈与零序电容就形成串联回路，如果消弧线圈未能及时退出补偿状态，阻　尼电阻还处于被短接的状态，这时消弧线圈就刚好与零序电容形成串联谐　振，而且谐振状态会一直维持下去，容易造成较长时间的工频过电压，因此必　须设法尽快结束该状态。但是，一般消弧系统均是以中性点电压超过一定值　作为发生单相接地的判据而投消弧线圈的，而串联谐振时中性点电压也较　高，导致系统误认为单相接地故障继续存在，所以系统将继续进行补偿，从而　导致恶性循环。　失谐度设定得越小，消弧线圈启动电压设定得越低（如低于２　ｋＶ），消弧线　圈系统补偿就越好。然而失谐度和消弧线圈启动电压又不能设定得太高，前者　太大，将会导致残余电流过大，而后者设定得太高，将会导致有些高阻性接地故　障时系统无法正常启动补偿。因此，消弧线圈的控制系统必须具备一定的状态　识别功能，识别出系统处在单相接地状态还是谐振状态，确保单相接地故障解　除后，消弧线圈能可靠地立即退出补偿状态。　５投入速度对补偿的影响　系统接地时消弧线圈的投入速度也很重要，如果需要经过几十毫秒甚至多　１２４　ｌ科技博览　达数秒的时间才能投上消弧线圈，对于目前接地电流越来越大的系统来讲，已　经远远不能适应了。理想的对策是利用快速投入的消弧线圈将弧光接地抑制在　起弧的一瞬间，这就要求消弧系统具有极快的速度。实际运行中，特别是在雷雨　季节通常会连续发生多次单相接地故障，消弧线圈必须具有极快的响应速度，　才能有效地补偿并消除这些故障，保证系统的安全运行。　国内有些中性点加阻尼电阻的消弧线圈系统，为了提高响应速度，采用预　调的工作方式，即无故障时已将消弧线圈调至计算好的档位，当发生单相接地　故障时再短接阻尼电阻。这种方式，往往还是要受制于阻尼电阻短接机构动作　时间的影响，所以也很难提高投入速度。目前，利用可控硅控制的消弧线圈，可　以在几个毫秒内对单相接地迅速响应，应是自动跟踪控制消弧线圈的发展方　向，但也存在可控硅的可靠陛问题，这主要取决于可控硅的选型、可控硅的实际　工况等，选型正确、运用恰当，可靠性还是相当高的。　六、小电流接地系统绝缘监察装置的分类　鉴于运行岗位的工作特点，现仅就小电流接地系统绝缘监察装置监察原理　作简单介绍。　基于小电流接地系统发生单相接地时具有的特点，目前，小电流接地信号　装置的设计判据主要有以下几种：①反映零序电压的大小，②反映工频电容电　流的大小；③反映工频电容电流的方向；④反映零序电流有功分量；⑤反映接地　时５次谐波分量；⑥反映接地故障电流暂态分量首半波。　１、利用三相五柱式电压互感器构成的绝缘监察装置　该装置利用接于公用母线的三相五柱式电压互感器，其一次线圈及主　二次线圈均接成星形，附加二次线圈接成开口三角形。接成星形的二次线圈　供电给绝缘监察用的电压表，保护及测量仪表；接成开口三角形的二次线圈　供电给绝缘监察继电器。正常情况下，系统三相电压对称，三相电压之和为　零，开口三角两端电压接近于零，继电器不动作。当发生单相接地故障时，开　口三角两端出现零序电压，电压继电器动作，发出预告信号。开口三角形每　相绕组的额定电压为ｌ０ｏ／３Ｖ，单相接地时，开口三角两端出现的三倍相电　压为１００Ｖ。　２、基于比较各出线零序电流大小的小电流接地选线装置　在某一线路发生单相接地故障时，流过非故障线路的电容电流等于本线路　的接地电容电流，流过故障线路的电容电流等于电网总电容电流减去本线路的　电容电流。如果电网的线路总长度很长，总电容电流与每回线路的电容电流相　差也很大，利用这一特点就构成了基于比较各出线零序电流大小的小电流接地　选线保护装置。　３、基于比较线路电容电流方向的小电流选线装置　在发生单相接地故障时，非故障线路的电容电流超前于零序电压９０　０；故　障线路的总电容电流滞后于零序电压９０　０，基于比较线路电容电流方向的小　电流选线装置，正是根据这一特点构成的。　４、反映零序电流有功分量的接地保护　在装有消弧线圈的接地系统中发生接地故障时，故障点的残余电流值较　少。为实现择选择性的接地保护，可采用在中性点侧投入电阻的方式。在接入电　阻Ｒ时，接地电流中将出现一个有功分量ＩＯＲ，ＩＯＲ与零序电压ＵＯ同相，因此可　利用反映有功分量的零序方向元件来判别故障线路。电流ＩＯＲ流过故障点，电　流的有功分量可使接地故障点产生附加的热量，为此在选择电阻Ｒ的数值时，　应使流过故障点的电流ＩＯＲ分量不超过５～１０Ａ。　５、反映５次谐波分量的接地保护　从分析中可知，在发生接地故障时，非故障线路的５次谐波零序电容电流由　母线流向线路，而在故障线路中则是由线路流向母线。即非故障线路的电流１０５　比５次谐波零序电压Ｕ０５超前９００；故障线路的电流１０５则比零序电压Ｕ０５滞后９０　ｏ。如果利用１０５和Ｕ０５来构成零序方向元件，并使１０５滞后Ｕ０５９００时方向元件具　有最大灵敏系数，即可实现有选择性的接地保护装置。　６、采用突变量启动、“相对原理”、“双重盘踞”的微机选线装置　小电流接地系统的选线问题一直是电力系统的一个难题，理论上讲小　电流接地系统发生单相接地时具有明显的特点，但要在装置的技术上实现　选线却很困难。由于零序电流较小且有很大的分散性，给实现选线带来一定　困难，系统经消弧线圈补偿后困难更大。另一方面系统运行方式的变化或各　线路长度相差悬殊也导致反映但一判据的选线装置运行中经常发生误判。　目前在技术上日益成熟时市场上形成主导产品的小电流接地系统选线装置　多采用“相对原理”、“双重叛据”构成，如ＭＬＸ１９８Ｇ型、ＭＬＮ９８型、ＬＨ一０２　型等微机选线保护。　此外还有利用“首半波”原理构成的使用于环形网络的小电流接地系统的　选线装置。