淺談瀝青混凝土路面裂縫的治理

黃愛平

（廣東 河源 517000）

瀝青混凝土路面因具有表面平整、耐磨、施工周期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用到高等級(jí)公路建設(shè)中，但是瀝青混凝土路面的裂縫問題一直困擾著養(yǎng)護(hù)、施工人員。近幾年，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，車輛的行駛速度愈來愈快，車輛對(duì)路面行駛條件的要求也愈來愈高。因此，對(duì)瀝青混凝土路面裂縫的預(yù)防與處理，是保證行車質(zhì)量、延長道路使用周期的關(guān)鍵。

1 瀝青路面開裂的原因

瀝青路面開裂的主要原因可分為兩大類：一類是由于行車荷載的作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫，一般稱之為荷載型裂縫；另一類主要是由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱之為非荷載型裂縫。

另外，由于我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定或推薦瀝青路面采用半剛性基層，所以還存在因?yàn)榘雱傂曰鶎拥臏乜s裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫。此類裂縫主要是非荷載型的，在某些情況下也可能是由溫度和荷載共同完成的。

2 瀝青路面裂縫應(yīng)力分析

2.1 結(jié)構(gòu)性破壞裂縫

瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在車輪荷載作用下，大于半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，半剛性基層的底部就會(huì)很快開裂。在行車荷載的反復(fù)作用下，底部的裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開裂破壞。影響拉應(yīng)力的主要因素有面層的厚度、基層本身的厚度、基層的回彈模量和下承層的回彈模量。選取不同的瀝青面層厚度和半剛性基層厚度，通過試驗(yàn)可得出半剛性基層底部的拉應(yīng)力與半剛性材料回彈模量間的關(guān)系曲線。

在半剛性基層下采用半剛性材料做底基層，可使基層底面由行車荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力明顯減小，甚至小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這對(duì)半剛性基層承受行車荷載的反復(fù)作用是十分有利的。

2.2 溫度裂縫

瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是溫度裂縫。溫度裂縫有兩種，一種是低溫收縮裂縫，簡(jiǎn)稱低溫裂縫；另一種是溫度疲勞裂縫。

2.2.1 低溫裂縫

在較高溫度條件下，因?yàn)r青材料具有良好的應(yīng)力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料便逐漸發(fā)硬并開始收縮。此時(shí)，當(dāng)瀝青混合料的應(yīng)力松馳趕不上溫度應(yīng)力增長時(shí)，混合料勁度就會(huì)急劇增大。由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力或拉應(yīng)變一旦超過瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，瀝青面層就會(huì)開裂。

2.2.2 溫度疲勞裂縫

這種裂縫主要發(fā)生在日溫差較大的地區(qū)。由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變（或勁度模量）變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松馳能力降低，最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。

2.2.3 光彈試驗(yàn)

光彈試驗(yàn)主要是測(cè)試在面層和基層均無裂縫的情況下，當(dāng)表面降溫30 ℃，在瀝青面層中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力分布，以及在面層已有裂縫時(shí)，光彈試驗(yàn)得到的溫度應(yīng)力分布狀況。

一方面，溫度向?yàn)r青面層底部傳遞需要一定的時(shí)間，不是瞬時(shí)完成的，而且瀝青面層內(nèi)部和底部的溫度不可能與其暴露表面的溫度相同，始終有溫度差，即瀝青面層中會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度。瀝青面層愈厚，表面溫度與底部溫度差愈大，層間溫度梯度也愈大。

另一方面，瀝青面層表面的溫度應(yīng)力隨著面層的增厚而增加，面層內(nèi)的應(yīng)力隨深度增加而很快減小，同時(shí)面層表面的溫度應(yīng)力隨降溫幅度變小而減小。

2.3 半剛性路面的反射裂縫和對(duì)應(yīng)裂縫

2.3.1 由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫

通常假設(shè)導(dǎo)致反射裂縫的機(jī)理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經(jīng)開裂，并且允許有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行車荷載引起的下臥路面結(jié)構(gòu)在裂縫處的差動(dòng)位移，水平位移是由溫度變化或水分變化引起的膨脹和收縮。

在冬季或寒冷地區(qū)，在結(jié)合較好的瀝青面層下，開裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內(nèi)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬，只能承受小的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴(kuò)展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。

2.3.2 由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫

對(duì)于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產(chǎn)生干縮和干縮應(yīng)力；水分減少得愈多愈快，產(chǎn)生的干縮應(yīng)力和干縮應(yīng)變就愈大。在已經(jīng)產(chǎn)生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會(huì)由于溫度應(yīng)力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車產(chǎn)生的拉應(yīng)力與溫度應(yīng)力相結(jié)合，反射裂縫就會(huì)形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應(yīng)力在表面最大，基層的裂縫將促使面層先從表面開裂，然后逐漸向下傳播形成對(duì)應(yīng)裂縫。以上結(jié)論已被長沙交通學(xué)院光彈模型試驗(yàn)所證實(shí)。不同的應(yīng)力分布規(guī)律不難推斷，通過進(jìn)一步的試驗(yàn)或計(jì)算，將會(huì)得到一個(gè)臨界面層厚度。

面層厚于此臨界厚度時(shí)，裂縫將主要從表面開始；薄于此臨界厚度時(shí)，裂縫可能主要從底部開始。此臨界厚度與氣候條件、面層混合料的勁度模量、溫縮性以及基層混合料的溫縮性有關(guān)。

3 影響裂縫產(chǎn)生的主要因素

3.1 瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)

瀝青和瀝青結(jié)合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因，瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性能指標(biāo)中，影響更大的是溫度敏感性，溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。

3.2 基層材料的性質(zhì)

基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少。基層上的透層油可以加強(qiáng)與面層的黏結(jié)，對(duì)減少開裂是有好處的，基層材料種類對(duì)瀝青面層的裂縫率有明顯影響。

3.3 氣候條件

極端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時(shí)間、升降溫循環(huán)數(shù)次數(shù)是影響瀝青路面溫縮裂縫的四大氣候條件。

3.4 交通量和車輛類型

半剛性基層中的最大拉應(yīng)力通常是由最重的車輪荷載產(chǎn)生的。對(duì)于半剛性路面，不同軸載對(duì)路面的破壞作用遠(yuǎn)不是4次方的關(guān)系，而是 11次方～13次方的關(guān)系，即使是通過次數(shù)較少的重荷載也對(duì)路面破壞起著決定性的作用。

3.5 施工因素

主要指半剛性基層材料的碾壓含水量、半剛性基層完成后的暴曬時(shí)間等因素。

4 減輕瀝青路面裂縫的措施

根據(jù)規(guī)范，通過路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和厚度計(jì)算可以滿足瀝青路面的強(qiáng)度和承載能力要求，基本解決荷載型裂縫產(chǎn)生的問題。對(duì)于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。

4.1 設(shè)計(jì)方面

在設(shè)計(jì)方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小、抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層；②選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層，在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下，應(yīng)采取改善瀝青性質(zhì)的措施；③在穩(wěn)定度滿足要求的前提下，優(yōu)先選用針入度較大的瀝青做瀝青面層；④瀝青面層采用密實(shí)型瀝青混凝土；⑤采用合適的瀝青面層厚度，確保半剛性基層在使用期間一般不會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫；⑥為進(jìn)一步提高表面層抗溫度裂縫性能，可采用橡膠瀝青或聚合物瀝青在瀝青混凝土表面做一封層；⑦設(shè)置應(yīng)力消減（應(yīng)力吸收）中間層。

4.2 施工方面

在施工方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時(shí)的含水量，混合料的含水量不能超過壓實(shí)需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)；②半剛性基層碾壓完成后，要及時(shí)養(yǎng)生；③半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后，應(yīng)立即用乳化瀝青做透層或封層；④透層或粘層完成后，應(yīng)盡快鋪筑瀝青面層。