半剛性路面反射裂縫產(chǎn)生原因及防治措施

曹紅軍

【摘 要】半剛性瀝青混凝土路面由于具有：剛度大、穩(wěn)定性好，并且具有較高的強度和承載力，行車舒適、噪音小、維修方便等優(yōu)點；然而隨著這種結構的廣泛使用，發(fā)現(xiàn)其存在著嚴重的裂縫問題，反射裂縫是瀝青路面裂縫的主要形式。裂縫的產(chǎn)生不僅造成外觀質(zhì)量上的缺陷，更重要是嚴重影響了道路的使用壽命；因此，分析半剛性路面裂縫的形成機理及其對路面的危害，并針對裂縫成因提出了相應的防治措施很有必要。

【關鍵詞】半剛性路面；路面反射裂縫成因；防治措施

隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國高等級公路建設得到蓬勃發(fā)展，高等級公路里程不斷增加。為適應高等級公路重交通、重載對道路的要求，以無機結合料穩(wěn)定粒料（土）類為基層，瀝青混凝土為面層的半剛性路面被廣泛使用于高等級路面，然而半剛性路面裂縫問題日益突出；因此，研究半剛性路面裂縫產(chǎn)生原因及其防治措施就顯得迫不及待。

1.反射裂縫的類型

對于半剛性基層瀝青路面，反射裂縫是由于半剛性基層在溫度梯度和濕度變化的影響下產(chǎn)生收縮開裂，此種基層材料先開裂而后沿開裂基層向上方反射到瀝青面層而形成的裂縫，或者在行車荷載作用下，裂縫沿已開裂半剛性基層向上擴展而形成的裂縫。很顯然，反射裂縫的產(chǎn)生主要是剛性基層已先開裂，再經(jīng)行車或溫度、濕度變化而引起瀝青面層裂縫。

瀝青路面開裂的原因和形式多種多樣，瀝青路面的裂縫類型主要包括兩種：一是荷載型裂縫，主要是由于行車荷載作用產(chǎn)生的；二是非荷載型裂縫，其主要類型是溫度裂縫，它包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫兩種。根據(jù)研究資料表明，半剛性路面的反射裂縫主要是由溫度引起的非荷載型裂縫。

2.反射裂縫成因分析

半剛性路面裂縫成因，一是基于半剛性材料的溫縮與干縮固有特性；二是基于外部環(huán)境（荷載、暴曬、蒸發(fā)）等作用。

2.1水泥穩(wěn)定粒料（土）干縮特性及影響因素

水泥和各種粒料（土）加水拌和與壓實后，由于水分蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用，其含水量會不斷減少，在不斷失水的過程中，半剛性基層內(nèi)部產(chǎn)生干縮應力，產(chǎn)生體積收縮應變，由于道路橫向約束較小，體積收縮應變主要以產(chǎn)生橫向收縮裂縫為主。干縮特性一般以干縮系數(shù)的大小來描述。經(jīng)研究與試驗分析，影響水泥穩(wěn)定粒料的干縮性主要受粒料中土的含量和塑性指數(shù)、水泥劑量、制件含水量和失水率等因素有關，試驗表明：

（1）水泥劑量不變時，水泥粒料的干縮應變小于水泥土的干縮應變，水泥粒料的干縮應變隨土含量增大而增大。

（2）粒料土的塑性指數(shù)對水泥混合料的干縮應變的影響是正比關系，即塑性愈大，干縮應變也愈大。

（3）制件含水量對水泥穩(wěn)定粒料土的干縮應變明顯，含水量增加，干縮應變也增加。

（4）失水率愈大，基層內(nèi)部產(chǎn)生的收縮應力愈早，失水量愈大，混合料的收縮系數(shù)愈大。

（5）干縮應變隨集料級配和水泥劑量有很大變化，一般說集料平均粒徑增大，水泥劑量的影響而減少，對于集料平均粒徑在5.7mm以上時，水泥劑量的影響很小，對于集料平均粒徑在1.2～3.3mm的集料，水灰比對干縮應變的影響特別明顯。

（6）骨架密實結構水穩(wěn)碎石在齡期相同時的干縮系數(shù)明顯小于懸浮結構。

2.2水泥穩(wěn)定粒料土溫度收縮特性及影響因素

組成水泥穩(wěn)定粒料土的礦物顆粒（集料）、水和空隙中的氣體在降溫過程中相互作用的結果，使壓實后的混合料產(chǎn)生體積收縮，即溫度收縮。就組成固相的礦物顆粒而言，原材料中砂粒以上的顆粒溫度收縮系數(shù)較小，粉粒以下的顆粒溫縮性較大，粘土及其它膠體顆粒溫縮性大小與其擴散層厚度成正比。影響半剛性材料的溫縮性質(zhì)的主要因素是：含水量、集料和土的含量、土的礦物成分、環(huán)境溫度和齡期等。

2.3荷載的影響

當行車荷載經(jīng)過接縫或裂縫時，在面層中產(chǎn)生的應力影響線可分為三個階段：一是軸載位于接、裂縫一側時，接、裂縫兩側產(chǎn)生較大的相對位移，在瀝青面層中造成較大的剪切應力；二是軸載位于接、裂縫頂面時，兩側無相對位移或相對位移較小，瀝青面層主要承受彎拉應力作用；三是軸載駛離接、裂縫時，在面層內(nèi)產(chǎn)生與第一次方向相反的剪切應力。在整個過程中瀝青面層受到兩次剪切一次彎拉作用，其直接結果是引起裂縫的產(chǎn)生和擴展，荷載因素是引起裂縫的一個重要因素。

3.防治對策及處理方法

目前，中國在防治裂縫方面主要從以下三大部分進行處理：一是改善瀝青混凝土面層性能，如增加瀝青層厚度、加筋罩面層、使用改性瀝青等；二是設置應力/應變吸收薄膜夾層，如采用SAMI、土工織物、土工網(wǎng)格、粘結間斷層等；三是對基層材料本身，選擇抗沖刷性好，干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小和抗拉強度高的半剛性材料。

3.1適當增加瀝青面層厚度

從反射裂縫產(chǎn)生機理分析，瀝青面層反射裂縫產(chǎn)生很大程度上受瀝青面層厚度的影響。厚度超過15cm的瀝青面層不僅可以有效地防止反射裂縫的擴展，還可以有效地降低車輛荷載引起的剪應力。當然，過分的增大面層的厚度，會造成浪費；因此，適當?shù)脑龃鬄r青面層的厚度，對防治瀝青面層反射裂縫產(chǎn)生是一種有效的方法。

3.2改善半剛性基層的溫、干縮性質(zhì)

造成半剛性基層瀝青反射裂縫的另外一個重要原因是半剛性基層自身的開裂。為了減少自身的開裂，所以就要降低其溫縮和干縮系數(shù)，為此采取以下措施：（1）盡量使用骨架密實結構礦料級配。（2）由于細料比表面大，所以半剛性基層材料中細料越多，材料內(nèi)部孔隙也就越多，從而在水作用下其收縮也就越大；所以要控制粒料中細料含量和塑性指數(shù)，通過0.075mm 篩孔的細料含量控制在約5%～7%，細土的塑性指數(shù)應盡可能地小，不宜大于4。（3）在滿足要求的情況下，用最小水泥劑量。因為隨著水泥用量增加，其收縮也隨之增加。必要時，在水泥穩(wěn)定料中使用減水劑。

3.3在面層和基層之間設置應力應變削減中間層（SAMI）

SAMI 對減緩反射裂縫的產(chǎn)生與擴展有效果明顯，不僅可使裂縫處相對位移產(chǎn)生的應力傳到面層時大為減少（有人研究認為可減少到15%），而且可明顯減弱裂縫尖端應力的奇異性，降低應力強度因子。SAMI可以分成以下幾類：橡膠瀝青中間層，預制纖維膜布，土工織物中間層，低稠度瀝青混凝土中間層，開級配瀝青混凝土底層。在選擇和設計SAMI 應注意以下幾點：（1）SAMI 與面層、基層的粘結性能，這種粘結必須是均勻和永久的，否則會過早出現(xiàn)分層。（2）SAMI 的勁度：夾層的勁度與夾層的模量和厚度有關，如果夾層的勁度很低，那么在罩面層的底部引起很大的應變，從而導致罩面層的開裂。與此相反，如果夾層的勁度過高或者夾層特別薄，溫度應力將100%的傳遞到罩面層中，起不到防止反射裂縫的效果。（3）SAMI 的韌度：如果SAMI 的韌度太低，那么裂縫將很容易在SAMI 中擴展，使得SAMI 沒有防治效果或者效果有限。

3.4在面層和基層之間設置級配碎石

在半剛性基層與較薄瀝青面層之間設置級配碎石（厚度一般為100mm～150mm）也是一種較有效的減少反射裂縫的措施。因為級配碎石作為散粒結構，不傳遞拉應力、拉應變，能充分吸收其下層裂紋釋放的應變能；此外，級配碎石還有很好的隔離作用，可以大大改善半剛性基層的溫度、濕度狀況，從根本上消除和減輕半剛性基層的溫縮和干縮，減少反射裂縫。

4.結束語

就目前理論和施工技術而言，完全消除和徹底解決半剛性瀝青路面反射裂縫的產(chǎn)生是不可能的。但是，只要我們對此問題進行不斷的研究探索和實踐， 在工程建設實施中，從設計到施工，每道工序嚴格把關，規(guī)范作業(yè)，嚴把過程質(zhì)量控制，對可能影響半剛性路面產(chǎn)生反射裂縫的因素及時采取相應有效的措施，就能最大限度地減少路面的反射裂縫。實踐證明，適當增加瀝青面層厚度、降低半剛性基層的溫干縮系數(shù)、在面層和基層之間設置應力應變削減中間層（SAMI）或級配碎石是目前消除和減少半剛性路面反射裂縫行之有效的措施。

【參考文獻】

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