水泥混凝土路面改造中的反射裂縫成因和預(yù)防措施

藍毅波

摘要：本文簡要介紹了反射裂縫的形成原因，并在此基礎(chǔ)上對瀝青面層反射裂縫防治提出了一些建議，供大家參考。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土路面 瀝青面層 反射裂縫 預(yù)防措施

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的增長以及近十多年來國家加大對交通基礎(chǔ)設(shè)施的投入，我國公路總量迅速增長。截至2005年年底，全國公路總里程達到193.05萬km。水泥路面具有造價較低、剛度大、強度高、使用耐久和日常養(yǎng)護工作量小等優(yōu)點，自20世紀70年代中期，中國許多干線公路、城市道路及廠礦道路相繼采用了水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，水泥路面大約占總里程數(shù)的60％左右。但是近年來，一些早期建設(shè)的水泥混凝土路面產(chǎn)生了許多早期破壞現(xiàn)象，要求在其上加鋪瀝青混凝土路面，以改善其使用性能。由于瀝青加鋪層能有效地改善舊水泥路面的使用性能，同時充分利用舊水泥路面，造價低，施工方便，且對交通、環(huán)境影響小，因此在國內(nèi)外舊水泥路面改造工程中應(yīng)用最多。但加鋪的瀝青混凝土常出現(xiàn)反射裂縫(反射裂縫是指下層混凝土板的接縫或裂縫，由于溫度和濕度的不斷變化與車輛荷載的反復(fù)作用，在加鋪層的相應(yīng)位置上產(chǎn)生裂縫)，進而導(dǎo)致面層的開裂和剝落，表面水下滲，造成路面損壞。本文探討了水泥混凝土路面改造中反射裂縫的形成機理，并在此基礎(chǔ)上討論了反射裂縫的防治措施。

1 瀝青加鋪層反射裂縫形成機理

1.1 反射裂縫定義 所謂反射裂縫，是指路面基層先于面層產(chǎn)生裂縫，并將基層裂縫反射到面層。原有水泥混凝土路面的裂縫和初始缺陷在溫濕循環(huán)應(yīng)力和荷載重復(fù)應(yīng)力的共同作用下，在瀝青加鋪層底部產(chǎn)生應(yīng)力集中，首先導(dǎo)致加鋪層底部開裂，隨后逐步由加鋪層底部向上擴展，最終使裂縫貫穿整個面層，形成反射裂縫。

1.2 反射裂縫分類 根據(jù)形成的不同原因，可將反射裂縫分為兩大類：荷載型反射裂縫和非荷載型反射裂縫。非荷載型反射裂縫又包括溫度收縮裂縫、干燥收縮裂縫、三相結(jié)構(gòu)初始缺陷、路基不均勻沉降引起的基層(原有水泥混凝土路面)開裂。通常將由溫度和干縮引起的反射裂縫統(tǒng)稱為溫度型反射裂縫。

1.3 反射裂縫形成原因

1.3.1 由于接縫、裂縫的存在，舊水泥混凝土路面作為基層的整體強度降低，而且在外力作用下，瀝青加鋪層處于三維應(yīng)力狀態(tài)。車輛通過不連續(xù)的板體時，因為接縫、裂縫兩側(cè)相鄰板塊產(chǎn)生豎向反射裂縫位移差，瀝青加鋪層在相應(yīng)位置出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力，這種剪切應(yīng)力是瀝青加鋪層產(chǎn)生反射裂縫的主要原因。通常把這種裂縫稱為荷載型反射裂縫。

1.3.2 因路面暴露在大氣中，受氣溫周期性變化的影響，瀝青加鋪層和舊水泥混凝土面板發(fā)生縮脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。由于舊水泥混凝土路面的應(yīng)力在接縫處不連續(xù)，因此瀝青加鋪層同時承受其本身以及舊路面所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，特別是在冬季氣溫較低時，瀝青加鋪層在接縫、裂縫處，因為拉應(yīng)力過大而開裂，形成溫度型反射裂縫。

1.4 反射裂縫的擴展模式 根據(jù)斷裂力學(xué)理論，裂縫擴展主要有張開型、撕開型、拉斷型三種類型。在道路結(jié)構(gòu)中，不同的荷載以及荷載的不同作用方式會導(dǎo)致不同的開裂模式。溫度應(yīng)力對反射裂縫影響的模式為張開模式，行車荷載對反射裂縫影響的主要模式為張開模式和剪切模式。當(dāng)車輪駛經(jīng)裂縫的正上方時，以張開模式來引起反射裂縫。在裂縫之前和之后的位置，主要以剪切模式影響反射裂縫。撕開模式在罩面層中不常出現(xiàn)。與張開型模式相對應(yīng)的溫度型反射裂縫通常產(chǎn)生于薄層面層底部，而后向上逐漸擴展到罩面層頂面。當(dāng)罩面層為瀝青面層或面層較厚且氣溫較低時，裂縫產(chǎn)生在面層的頂面和底面，而后向面層中間擴展，形成所謂的對應(yīng)裂縫。對于正荷載作用下的張開模式所對應(yīng)的反射裂縫，一般產(chǎn)生于面層底面，在周期性荷載的作用下垂直向上擴展。在偏荷載作用時，反射裂縫以剪切模式在面層中向上擴展，其擴展路徑在罩面層中是沿大約45°角的方向向上擴展。當(dāng)車輪荷載(荷載)和溫度應(yīng)力共同作用于復(fù)合面結(jié)構(gòu)時，裂縫的擴展界于偏荷載和溫度應(yīng)力單獨作用時裂縫擴展路徑之間，比偏荷載作用時的裂縫擴展路徑更垂直一些。行車荷載與溫度荷載耦合作用對溫縮裂縫具有一定的影響，在這兩種荷載的共同作用下裂縫擴展模式為復(fù)合型裂縫擴展。

2 反射裂縫的預(yù)防措施

2.1 消除原有水泥混凝土路面的缺陷

2.1.1 要對原有水泥混凝土路面缺陷(病害)進行全面的調(diào)查，對出現(xiàn)的路面病害、部分結(jié)構(gòu)承載力不足等要分析其形成的原因，做到對癥下藥。一般說來，在調(diào)查過程中要對舊水泥路的病害分段進行統(tǒng)計，采用探地雷達、彎沉儀等對混凝土板的脫空和其結(jié)構(gòu)層的均勻情況、路面承載能力進行檢測評價。

2.1.2 針對不同種類的病害采取相應(yīng)的措施進行處理。對邊角破碎損壞較深和較寬的路面，先用切割機切除損壞部分，然后澆筑同標號混凝土；對破損較淺、較窄的，鑿除5cm以上，然后用細石拌制的混凝土混合料填平；對發(fā)生錯臺或板塊網(wǎng)狀開裂，在充分考慮路基質(zhì)量的同時，將整個板全部鑿除，重新夯實路基及基層，澆筑同標號混凝土；對于板塊脫空、橋頭沉陷、板的不均勻沉陷及彎沉較大的部位，鉆穿板塊，用水泥漿高壓灌注處理。

2.2 提高瀝青質(zhì)量 不同油源決定了瀝青的性質(zhì)已為世界所公認。據(jù)統(tǒng)計，在我國道路瀝青面層的大量反射裂縫的形成與瀝青的油源密切相關(guān)。稠油瀝青在低溫時能承受較大的拉伸應(yīng)變，有較低的勁度模量，所以抗裂性能要高得多，說明選擇油源是提高道路瀝青質(zhì)量的最根本的手段。我國充分利用國產(chǎn)稠油以及渤海原油中一些環(huán)烷基和中間基原油，同時進口了相當(dāng)數(shù)目的中東原油煉制的瀝青，在質(zhì)量上有了相當(dāng)?shù)奶岣撸呀?jīng)能夠達到重交通道路瀝青的技術(shù)要求，這是減少瀝青路面反射裂縫的最重要的措施之一。

2.3 利用玻璃纖維格柵防治瀝青面層反射裂縫

2.3.1 利用玻璃纖維格柵防治瀝青面層反射裂縫的機理分析 玻璃纖維土工格柵是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，瀝青混合料的集料可貫穿其中，形成一個復(fù)合的力學(xué)嵌鎖體系，這種限制阻礙了集料的運動，瀝青混合料可以得到更好的壓實，具有更大的承載能力，并能提高傳荷能力，減少變形。因此，玻璃纖維土工格柵在道路罩面中起到了骨架作用。玻璃纖維格柵由于和混合料嵌鎖粘結(jié)而形成整體，通過剪應(yīng)力的傳遞，在降溫收縮時產(chǎn)生向心張力，相當(dāng)于對路面施加雙向的“預(yù)壓應(yīng)力”，使格柵和面層間形成較高的抗拉強度和抗剪強度，能有效地提高抵御基層裂縫擴張時的拉應(yīng)力，從而達到防止產(chǎn)生基層反射裂縫的目的。此外，由于玻璃纖維格柵的加入增加了面層結(jié)構(gòu)的整體性，從而大大降低了凍融作用的影響。

2.3.2 玻璃纖維格柵的鋪設(shè)與固定 在玻璃纖維格柵鋪設(shè)前，除應(yīng)消除原有水泥混凝土路面的缺陷以外，還應(yīng)對鋪設(shè)路面采取其他相應(yīng)的處理措施。事實上，玻纖格柵的使用效果與鋪設(shè)路面的處理情況密切相關(guān)，在鋪設(shè)前必須將路面上可能影響格柵與底層結(jié)合強度的物質(zhì)如油脂、油漆、封層料、水漬、污物等徹底清除干凈，使鋪設(shè)表面清潔干燥。玻纖格柵上感壓式背腹屬水溶性物質(zhì)，如路面有水跡時，應(yīng)待路面干燥后再進行鋪設(shè)。鋪設(shè)格柵之前需撒粘層油，粘層油如使用乳化瀝青需在完全破乳干燥后鋪設(shè)格柵。格柵鋪設(shè)可由拖拉機或汽車改裝的專用設(shè)備進行鋪設(shè)，也可人工鋪設(shè)。格柵鋪設(shè)時，應(yīng)保持其平整、拉緊，不得起皺，使格柵具備有效的張力，鋪完之后再用干凈的膠輪壓路機碾壓一遍。目前常用的玻纖格柵有帶自粘膠和不帶自粘膠兩種。帶自粘膠的可直接在已平整的基層上鋪設(shè)，不帶自粘膠的通常采用鋼釘固定法。格柵搭接為縱向搭接，搭接寬度不小于20cm，橫向搭接寬度不小于15cm，縱向搭接應(yīng)根據(jù)瀝青攤鋪方向?qū)⑶耙环糜诤笠环?。固定時不能將鋼釘釘于玻纖上，不能用錘子直接敲擊玻纖，固定后如發(fā)現(xiàn)鋼釘斷裂或鐵皮松動，則需重新固定。玻纖格柵鋪設(shè)固定完畢后，須用膠輪壓路機適度碾壓穩(wěn)定，使格柵與原路表面粘結(jié)牢固。在實際施工中，有些施工單位采用撒布粘層油后直接攤鋪玻纖格柵，壓路機隨后碾壓，其效果較好，玻纖格柵也不易起波浪。在實際操作過程中，施工質(zhì)量的好壞對今后玻纖格柵的使用效果有著很大影響。因此，加強施工質(zhì)量監(jiān)督、提高施工人員技術(shù)水平顯得尤為重要。

3 結(jié)束語

幾種防反射裂紋的措施都有其各自的優(yōu)缺點和適用的范圍，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場的實際情況綜合比較以往的方法來實現(xiàn)造價合理、工期合適、適應(yīng)需要的水泥路面防反射裂紋的措施。

參考文獻：

[1]《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》JTG D4O—2002．

[2]《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》JTG D50—2006．

[3]《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40—2004．

[4]《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034—2000．