半剛性基層瀝青路面反射裂縫的成因與防治

安徽省路港工程有限責(zé)任公司

摘要：本文針對(duì)半剛性基層瀝青路面的反射裂縫進(jìn)行分析，探究其施工預(yù)防措施，利于提高路面安全性能。

關(guān)鍵詞：半剛性基層瀝青路面；反射裂縫；成因；防治

近年來(lái)，隨著交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，公路等級(jí)越來(lái)越高，半剛性路面在高等級(jí)公路中的應(yīng)用也日益廣泛，隨之而來(lái)的是裂縫問(wèn)題。調(diào)查表明，裂縫中有50%以上為半剛性基層先開(kāi)裂而導(dǎo)致瀝青面層開(kāi)裂的反射裂縫。

道路反射裂縫是瀝青路面普遍存在的一種病害現(xiàn)象。基層反射裂縫是指半剛基層先于瀝青面層開(kāi)裂，在荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的共同作用下，在基層開(kāi)裂處的面層底部產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致面層底部在上方大體對(duì)應(yīng)的位置開(kāi)裂，然后逐漸向上或向下擴(kuò)展而使裂縫貫穿。反射裂縫的產(chǎn)生，往往是瀝青路面損壞加劇的開(kāi)始，導(dǎo)致雨水沿裂縫下滲軟化半剛性基層造成基層剛度不足而形成唧漿、沉陷等病害。

1路面開(kāi)裂的類(lèi)型

瀝青路面按裂縫成因可將其分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫兩類(lèi)。

荷載型裂縫主要指剪切型裂縫，由于行車(chē)荷載作用下瀝青面層產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生剪切強(qiáng)度超過(guò)路面材料的極限抗剪強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生剪切開(kāi)裂，這種裂縫在初始階段一般是路表縱向開(kāi)裂，隨著荷載的反復(fù)作用逐漸發(fā)展為網(wǎng)狀裂縫。

非荷載型裂縫主要是指溫度裂縫，瀝青混凝土與其它材料一樣也具有熱脹冷縮的性質(zhì)，這種裂縫不僅與荷載作用下產(chǎn)生，而且與環(huán)境因素也有很大關(guān)系。一般認(rèn)為瀝青混凝土的低溫開(kāi)裂有兩種形式：一種是由于氣溫驟降造成面層溫度收縮，在有約束的瀝青層內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力超過(guò)瀝青混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)造成的開(kāi)裂。此類(lèi)裂縫多從路表面產(chǎn)生，向下發(fā)展。溫度開(kāi)裂的另一種形式是溫度疲勞裂縫，這是由于瀝青混凝土經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的溫度循環(huán)，是瀝青混凝土的極限拉伸應(yīng)力變小，應(yīng)力松弛性能降低，將在溫度應(yīng)力小于其抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂。這種裂縫主要發(fā)生于溫度變化頻繁的溫和地區(qū)，無(wú)論是低溫荷載裂縫、凍脹裂縫還是反射裂縫都是在外因作用下由于瀝青混合料老化所致，而低溫縮裂則是溫度下降時(shí)內(nèi)部應(yīng)力所致，屬于材料問(wèn)題。

另外，由于半剛性基層材料本身固有的收縮特性使瀝青路面存在著嚴(yán)重的反射裂縫問(wèn)題，半剛性基層開(kāi)裂之后，瀝青面層與半剛性基層之間存在受力薄弱點(diǎn)，在溫度、荷載、外界環(huán)境作用下，瀝青面層底部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，面層底部開(kāi)裂，在荷載反復(fù)作用下裂縫向上擴(kuò)展，直至路表面。

2半剛性基層的裂縫成因分析

2.1半剛性基層材料的力學(xué)特征

2.1.1干燥收縮特征：半剛性材料經(jīng)過(guò)拌合壓實(shí)后，由于水分揮發(fā)和混合料內(nèi)部的水化作用，混合料的水分會(huì)不斷減少。由此發(fā)生的毛細(xì)管作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或凝膠體間水的作用和碳化收縮作用等會(huì)引起半剛性材料體積收縮。半剛性材料的干縮特性大小與結(jié)合料的類(lèi)型、劑量、被穩(wěn)定材料類(lèi)別、粒料含量、小于0.5mm的細(xì)顆粒的含量和齡期有關(guān)。

2.1.2溫度收縮特征：半剛性材料是由固相、液相和氣相組成，會(huì)隨著外部環(huán)境溫度的升降而產(chǎn)生體積的脹縮。半剛性材料的外觀脹縮性是三相不同的溫度收縮性的綜合效應(yīng)結(jié)果。原材料中砂粒以上顆粒的溫度收縮系數(shù)較小，粉粒以下的顆粒溫度收縮性較大。

2.1.3疲勞特征：半剛性基層材料具有明顯的疲勞特性。在一定的應(yīng)力條件下，材料的疲勞壽命取決于材料的強(qiáng)度和剛度，強(qiáng)度越大剛度越小，其疲勞壽命就越長(zhǎng)。

2.2半剛性基層由于溫度收縮和干燥收縮產(chǎn)生裂縫

半剛性基層的溫度收縮與干燥收縮一般同時(shí)發(fā)生，所以其脹縮率是溫度與濕度相互作用的綜合效應(yīng)。半剛性基層一般在高溫季節(jié)期間施工，成型初期內(nèi)部含水量大，且未被瀝青面層封閉。此時(shí)基層內(nèi)部的水分必然要蒸發(fā)，從而發(fā)生由表及里的干燥收縮。同時(shí)，環(huán)境溫度存在晝夜溫差，所以，修建初期的半剛性基層同時(shí)受到干燥收縮和由晝夜溫差引起的溫度脹縮疲勞的綜合作用，這個(gè)階段是以干燥收縮為主、溫度收縮為輔的綜合過(guò)程。經(jīng)過(guò)一定齡期的養(yǎng)生，半剛性基層鋪筑瀝青面層后，由于基層內(nèi)相對(duì)濕度增大，使材料的含水量有所回升且趨于平衡，這個(gè)時(shí)期半剛性基層的收縮主要是溫度收縮作用。含粉料較多的半剛性基層材料以干縮為主，含集料半剛性基層較多的材料以溫縮為主。在溫度收縮和干燥收縮的綜合作用下，半剛性基層內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力大于其本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

2.3重交通荷載作用下產(chǎn)生裂縫

半剛性基層作為道路的承重層，重交通對(duì)基層的影響非常大。在重載作用下，半剛性基層會(huì)因?yàn)槠浔旧韽?qiáng)度不足以承受過(guò)大的彎拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

2.4應(yīng)力疲勞作用產(chǎn)生裂縫

在正常使用情況下，由于半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，在車(chē)輛荷載收縮應(yīng)力的重復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)層底部的彎拉應(yīng)力（應(yīng)變）超過(guò)其疲勞強(qiáng)度（它較一次荷載作用的極限小得多）時(shí)，基層底便產(chǎn)生裂縫，并逐漸向表面發(fā)展。這種裂縫開(kāi)始大都是細(xì)而短的橫向開(kāi)裂。結(jié)構(gòu)層達(dá)到臨界疲勞狀態(tài)時(shí)所承受的荷載重復(fù)作用次數(shù)為疲勞壽命。其大小主要取決于所受到的重復(fù)應(yīng)力（應(yīng)變）的大小，同時(shí)與結(jié)構(gòu)層的環(huán)境因素有關(guān)。

3.半剛性基層路面反射裂縫的防治措施

3.1優(yōu)化路面基層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于半剛性基層瀝青路面通常具有較好的行車(chē)服務(wù)效能，因此應(yīng)用較廣泛，路面基層施工時(shí)應(yīng)在加強(qiáng)工程地質(zhì)水文構(gòu)造勘測(cè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化施工方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地址環(huán)境條件及自然氣候變化規(guī)律，針對(duì)路基結(jié)構(gòu)模式組合進(jìn)行科學(xué)合理的分析，嚴(yán)格計(jì)算和預(yù)測(cè)相關(guān)技術(shù)施工參數(shù)，根據(jù)施工材料的力學(xué)性能合理設(shè)計(jì)混合料及配比，確定半剛性基層最佳厚度，

3.2嚴(yán)格路面基層施工材料

半剛性基層瀝青路面施工需要無(wú)機(jī)混合料、集料以及瀝青材料等進(jìn)行基層路面裝鋪，相關(guān)無(wú)機(jī)結(jié)合料與瀝青材料的質(zhì)量性能對(duì)于路面承載強(qiáng)度整體性能有著重大影響。施工前應(yīng)針對(duì)相關(guān)級(jí)配集料的耐壓，粒徑等物化性能進(jìn)行科學(xué)的分析與檢驗(yàn)，嚴(yán)格控制施工材料的質(zhì)量，瀝青面層應(yīng)選用模量大、溫度敏感性低的改性瀝青，必要時(shí)可加入適量早強(qiáng)劑，增強(qiáng)對(duì)基層可能形成反射裂縫的預(yù)防。

3.3嚴(yán)格施工程序質(zhì)量控制

施工工藝及施工程序?qū)τ陬A(yù)防半剛性基層瀝青路面反射裂縫具有關(guān)鍵性的作用?；鶎訌?qiáng)度對(duì)延緩反射裂縫形成擴(kuò)展具有較好的效果。降低半剛性基層的溫干縮系數(shù)，在基層和面層之間添加級(jí)配碎石是消除和減少反射裂縫的有效措施。施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制基層混合料拌制、攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)的均勻度、平整度、壓實(shí)度質(zhì)量，加強(qiáng)對(duì)瀝青面層材料的拌和溫度、裝鋪厚度、碾壓次數(shù)及壓實(shí)密度控制，充分保障基層結(jié)構(gòu)的承載強(qiáng)度、抗彎拉力及水穩(wěn)性，保障半剛性基層性能。

3.4加強(qiáng)路面基層防護(hù)保養(yǎng)

半剛性基層施工中通常留設(shè)預(yù)留縫預(yù)防溫縮縫隙或干縮縫隙發(fā)生，施工完畢后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基層表面的養(yǎng)生和封層處理，防止基層結(jié)構(gòu)發(fā)生初期破壞和干縮裂縫，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的嚴(yán)重性初期基層裂縫，應(yīng)根據(jù)裂縫程度采取切割、開(kāi)挖方式重新鋪設(shè)基層材料；對(duì)于相對(duì)輕微的基層李峰應(yīng)采用在基層頂面全幅鋪設(shè)土工織物或?yàn)r青橡膠應(yīng)力吸收薄膜的措施進(jìn)行防治，

3.5及時(shí)修補(bǔ)路面反射裂縫

周期性采用熱瀝青灌縫處理早期面層裂縫，在一段時(shí)間內(nèi)能很好的防止裂縫繼續(xù)惡化，保護(hù)路面結(jié)構(gòu)層不被破壞；對(duì)于基層冒漿嚴(yán)重的路面裂縫，應(yīng)采取開(kāi)挖封堵技術(shù)選用大粒徑瀝青碎石做填補(bǔ)料進(jìn)行處理，?對(duì)半剛性地基出現(xiàn)不均勻沉降所造成的路面龜裂、碎裂問(wèn)題應(yīng)采用修復(fù)加固技術(shù)特殊處理后再行灌縫或裂縫開(kāi)挖技術(shù)處理。

結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)半剛性基層仍然使用廣泛，對(duì)于半剛性基層引起的裂縫勢(shì)必存在，不可避免。但只要從設(shè)計(jì)到施工的每道工序都嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)可能影響半剛性基層路面裂縫的因素及時(shí)采取相應(yīng)措施，就能最大限度地減少路面反射裂縫。