瀝青路面裂縫成因分析及防治對(duì)策探討

■陳 曦

（福建路橋建設(shè)有限公司，福州 350000）

1 引 言

瀝青路面由于具有表面平整無(wú)接縫、耐磨、噪音低、行車舒適、施工期短、易養(yǎng)護(hù)維修、安全性好、抗滑性好、揚(yáng)塵少等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)高等級(jí)公路中得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)已建成的高速公路中，瀝青混凝土路面占到了80%以上，部分城市的瀝青混凝土路面覆蓋面甚至高達(dá)98%。但是隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路交通壓力日益加大，瀝青路面出現(xiàn)裂縫病害也成為不可避免的問題。而且瀝青路面裂縫類型多樣，其裂縫產(chǎn)生原因也各不相同，這就為瀝青路面的施工工藝以及質(zhì)量控制提出了很高的要求。因此，本文主要對(duì)瀝青路面的裂縫類型以及成因進(jìn)行了分析與總結(jié)，并就瀝青路面裂縫的防治對(duì)策進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為我國(guó)瀝青路面施工過程中的裂縫防治提供參考。

2 瀝青路面裂縫的類型

瀝青路面裂縫病害的類型主要有反射裂縫、溫縮裂縫、水損裂縫等三種裂縫病害類型。

2.1 反射裂縫

在半剛性基層上，在已經(jīng)開裂的老瀝青路面上、或者在有接縫的水泥混凝土路面上鋪筑瀝青層以后，基層的裂縫以及老路面上原先的裂縫或者接縫在受拉疲勞、剪切屈服、受拉屈服的單獨(dú)或者聯(lián)合作用下，會(huì)在新鋪筑瀝青路面層上的相同位置重新出現(xiàn)反射裂縫。

2.2 溫縮裂縫

瀝青路面溫度影響裂縫主要表現(xiàn)為低溫開裂。瀝青路面的低溫開裂主要有溫度收縮裂縫與溫度疲勞裂縫兩種。其中溫度收縮裂縫是低溫作用造成的溫度收縮所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過瀝青路面抗拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象；溫度疲勞裂縫主要產(chǎn)生在日溫差大以及太陽(yáng)光強(qiáng)烈照射的地區(qū)，也可能發(fā)生在北方冰凍地區(qū)。

2.3 水損裂縫

所謂瀝青路面水損害影響裂縫是指瀝青路面在存在水分的條件下，經(jīng)受交通荷載的反復(fù)作用，水分逐步侵入到瀝青和集料的界面上，再加上水動(dòng)力作用，瀝青膜逐漸從集料表面剝離，并且導(dǎo)致集料間的粘結(jié)力逐漸喪失，最終造成路面唧漿、松散、網(wǎng)裂、形變，產(chǎn)生水損裂縫。瀝青路面水損裂縫的產(chǎn)生原因有粘附力損失與粘結(jié)力損失這兩種。最近幾年來(lái)，很多高速公路在建成不久便遭到了破壞，特別是在雨季或者梅雨季節(jié)，這種瀝青路面破壞現(xiàn)象普遍存在，這與水損裂縫有很大的關(guān)系。

3 瀝青路面裂縫的防治對(duì)策

3.1 工程概況

福建省莆田至永定（閩粵界）高速公路永春至永定泉州段工程起于永春達(dá)埔互通與泉三高速公路相接，經(jīng)永春縣達(dá)埔鎮(zhèn)、安溪縣金谷鎮(zhèn)、湖頭鎮(zhèn)、白瀨鄉(xiāng)、湖上鄉(xiāng)、劍斗鎮(zhèn)、感德鎮(zhèn)以及福田鄉(xiāng)，終點(diǎn)設(shè)獅子爐隧道與龍巖相接，全長(zhǎng)約62.987 公里。是海西高速公路網(wǎng)“三縱八橫”中的第四橫的重要組成部分，屬于福建省典型山區(qū)高速公路，本合同段全長(zhǎng)34.315km，其中共有隧道12 座，橋梁23 座。公路自然區(qū)劃屬IV4-浙閩沿海山地中濕區(qū)，多雨潮濕。主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，瀝青路面結(jié)構(gòu)層采用4.5cm 改性瀝青AC-16C+5.5cm 改性瀝青AC-20C+16cm 瀝青碎石ATB-25+16cm 級(jí)配碎石+32cm3%水泥穩(wěn)定碎石，計(jì)算行車速度80km/h，路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載為BZZ-100，設(shè)計(jì)年限15 年。為了達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，考慮到路段內(nèi)橋隧等結(jié)構(gòu)物相對(duì)較多，且地處多雨潮濕地區(qū)，對(duì)瀝青路面反射裂縫及水損裂縫的防治顯的尤為重要。

3.2 反射裂縫的防治對(duì)策

瀝青路面反射裂縫是在受拉疲勞、剪切屈服、受拉屈服的單獨(dú)或者聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。消除瀝青路面的反射裂縫應(yīng)該從消除反射裂縫的反射源、減少下臥層冷接縫、提高面層抗拉強(qiáng)度、在面層與基層間設(shè)置應(yīng)力消散過渡層等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

3.2.1 高分子抗裂貼布設(shè)

高分子抗裂貼是由瀝青基的高分子聚合物、高強(qiáng)抗拉胎基、耐高溫并與瀝青相容的高強(qiáng)織物復(fù)合而成。使用高分子抗裂貼可以起到隔離、防滲、加筋補(bǔ)強(qiáng)、過濾排水、防護(hù)等功能。高分子抗裂貼具有優(yōu)良的抗拉力學(xué)特性以及良好的隔離防滲功能。由于高分子間存在的吸附以及鍵合等作用，瀝青和高分子抗裂貼的有機(jī)復(fù)合不管是在理論上，還是在實(shí)踐方面都是可行的。高分子抗裂貼與瀝青有機(jī)復(fù)合形成的加筋瀝青面層可以有效改善面層的物理力學(xué)性能，從而提高瀝青路面的使用壽命。

因路段內(nèi)橋隧結(jié)構(gòu)物相對(duì)較多，為防止后期瀝青反射裂縫病害，本路段使用高分子抗裂貼粘貼于隧道水泥砼面層施工縫，縮縫、脹縫等裂縫及路面與構(gòu)造物接頭位置。布設(shè)前，先用噴燈在抗裂貼周圍對(duì)其加熱，使其密貼于砼表面裂縫處。再用膠輪壓路機(jī)碾壓三遍以上，將抗裂貼貼熨貼至地面，以確保抗裂貼和路面結(jié)合成一體，不能有氣泡，皺褶。高分子抗裂貼加筋瀝青路面鋪筑流程圖如圖1 所示。

圖1 抗裂貼加筋瀝青路面鋪筑流程圖

3.2.2 冷接縫的防治

瀝青面層下臥層如存在冷接縫，因其粘接性差，水分容易進(jìn)入，容易出現(xiàn)開裂。下臥層由于開裂而形成板塊，當(dāng)車輛在瀝青路上通過時(shí)，相鄰板塊端部間的豎向位移差在瀝青路面層引發(fā)剪切疲勞而形成反射裂縫。為盡量減少及避免冷接縫，應(yīng)合理組織施工，使攤鋪?zhàn)鳂I(yè)連續(xù)進(jìn)行；分幅攤鋪時(shí)，前后幅應(yīng)緊跟，避免前攤鋪幅混合料冷卻后才攤鋪后半幅，確保熱接縫。對(duì)于無(wú)法避免的冷接縫的處理，應(yīng)先將已攤鋪壓實(shí)的攤鋪帶邊緣切割整齊、清除碎料，然后用熱混合料敷貼接縫處，使其預(yù)熱軟化；接著鏟除敷貼料，對(duì)縫壁涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘層瀝青，再鋪筑新混合料。

3.3 溫縮裂縫防治對(duì)策

瀝青路面溫縮裂縫和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候條件以及路面瀝青混合料特性以及路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)有著非常密切的關(guān)系。溫縮裂縫防治對(duì)策主要有選取適用的瀝青類型、選用合理的碾壓機(jī)械設(shè)備搭配等等。

3.3.1 選用合適的瀝青材料

相關(guān)調(diào)查研究表明，很多瀝青路面在建成后正式通車前就會(huì)產(chǎn)生裂縫，不管這些瀝青路面裂縫屬于哪種類型，他們都是由溫度變化所引發(fā)的溫縮裂縫。除了溫度這個(gè)客觀條件外，產(chǎn)生溫縮裂縫的最主要的因素是瀝青材料的性質(zhì)，改善瀝青性能對(duì)減小溫縮裂縫能起到90%的作用。根據(jù)GB50092-96 瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范要求，按該地區(qū)氣候條件和道路等級(jí)選取以韓國(guó)SK牌A 級(jí)-70 號(hào)普通瀝青為基質(zhì)瀝青生產(chǎn)的SBS（I-D 類）改性瀝青，以減少或消除瀝青面層溫度收縮裂縫。

3.3.2 選用合適的碾壓設(shè)備及工藝

路面的最終成品是碾壓出來(lái)的，無(wú)論采用哪種設(shè)計(jì)方法，瀝青混合料通過現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝取得高性能的路面是關(guān)鍵。瀝青混合料碾壓時(shí)鋼輪在低勁度下壓實(shí)成型的細(xì)微裂縫易成為開裂的誘因，輪胎壓路機(jī)通過搓揉碾壓則可減少這種裂縫的產(chǎn)生。

為有效減少溫縮裂縫的產(chǎn)生，本路段在碾壓設(shè)備方面配備了4 臺(tái)戴納帕克CC624HF 雙鋼輪壓路機(jī)+2 臺(tái)徐工XP301 膠輪壓路機(jī)，通過初壓、復(fù)壓、終壓三道工序進(jìn)行碾壓：

（1）初壓：初壓應(yīng)在混合料攤鋪后，采用CC624HF 雙鋼輪壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓方式是：從路面橫坡低側(cè)開始，前進(jìn)靜壓后退開振碾壓一遍。碾壓時(shí)，相鄰碾壓重疊20～30cm,碾壓直到路面橫坡高側(cè)壓完為一遍.初壓起始溫度應(yīng)不低于150℃。初壓速度控制在2～3km/h。

（2）復(fù)壓：復(fù)壓緊接在初壓后進(jìn)行，復(fù)壓采用CC624HF 雙鋼輪壓路機(jī)+XP301 輪胎壓路機(jī)進(jìn)行組合碾壓，組合碾壓方法：使用CC624HF 雙鋼輪壓路機(jī)掛強(qiáng)振碾壓2 遍，碾壓速度均控制在4～5km/h，振動(dòng)頻率應(yīng)控制在35～50HZ，振幅為0.3～0.8mm，相鄰碾壓帶重疊寬度為10～20cm。然后使用XP301 型輪胎壓路機(jī)按階梯型進(jìn)行搓揉碾壓2 遍，碾壓速度控制在3～5km/h，相鄰碾壓帶應(yīng)重疊1/3～1/2 的碾壓輪寬度。

（3）終壓：終壓應(yīng)緊接在復(fù)壓后進(jìn)行，碾壓使用CC624HF 雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2 遍,壓到無(wú)明顯輪跡為限。終壓速度控制在2.5～3.5 km/h。終壓終了溫度不低于130℃,也就是說(shuō),終壓應(yīng)在混合料溫度降低到90℃之前完成。

3.4 瀝青路面水損裂縫防治對(duì)策

瀝青路面水損裂縫的產(chǎn)生原因有粘附力損失與粘結(jié)力損失這兩種。要想徹底解決瀝青路面水損裂縫，就必須耐水、防水、排水三管齊下。

3.4.1 提高瀝青和集料的粘附性——增強(qiáng)耐水性能

根據(jù)瀝青和礦料相互作用的基本理論可知，礦料與瀝青的粘附性取決于瀝青—礦料—水三相系的平衡。各種改善措施主要從降低在集料表面水對(duì)瀝青的置換能力這一概念出發(fā)，以保證在有水的情況下瀝青膜不出現(xiàn)剝離與收縮的現(xiàn)象，依然可以和礦料形成良好的化學(xué)吸附作用。用一部分石灰替代礦粉，或者在瀝青混合料中添加少量抗剝落劑等，都可以改善粘附性。

本路段使用礦粉由龍巖市東元礦粉有限公司生產(chǎn)，摻消石灰比例為20%；抗剝落劑由重慶伍圣建材有限有限公司生產(chǎn)，型號(hào)AR-I，摻量為結(jié)合料的0.3%，與集料的粘附性達(dá)到4 級(jí)。石灰中的碳酸鈣含量高，非常容易形成正的吸附中心，和瀝青中帶有負(fù)電荷的表面活性物質(zhì)可以形成化學(xué)吸附層，各種液態(tài)抗剝落劑都屬于表面活性物質(zhì)，一端是親水性的胺基，和酸性石料有非常強(qiáng)的親和力，另外一端是融于瀝青的親油性烷基，由于其在瀝青—礦料表面形成的這種定向排列可以有效降低瀝青—礦料的界面張力，因此可以提高瀝青和礦料的粘附性，從而很好的解決瀝青路面的耐水問題。

3.4.2 級(jí)配優(yōu)選，合理控制空隙率——提高防水性能

瀝青混合料的水穩(wěn)定性在很大程度上取決于空隙率與空隙結(jié)構(gòu)以及瀝青膜厚度。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，瀝青混合料的空隙率在4%到17%時(shí)非常容易導(dǎo)致水的滲入，而且不易自由排除。因此，在瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)中，級(jí)配設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的方面。瀝青混合料的級(jí)配決定了集料的嵌鎖結(jié)構(gòu)以及壓實(shí)特性。各種級(jí)配的瀝青混合料所形成的瀝青混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)各不相同，有的是懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，有的是骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，不僅僅空隙總量不同，其空隙的連通性以及孔徑分布也是存在區(qū)別的；不一樣的可壓實(shí)性也會(huì)導(dǎo)致瀝青膜厚度的不同，進(jìn)而導(dǎo)致抗水滲透以及軟化能力的不同。因此，通過瀝青混合料級(jí)配的優(yōu)選，合理控制路面空隙率，有效解決瀝青路面的防水問題。

3.4.3 設(shè)置良好的路面內(nèi)部排水系統(tǒng)

水是導(dǎo)致瀝青路面水損裂縫的直接元兇。瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)考慮混合料流動(dòng)性變形及泛油情況，瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)殘留空隙率為3%～6%，導(dǎo)致部分路面表面水由空隙下滲至路面結(jié)構(gòu)層層間和滯留在瀝青混凝土空隙內(nèi)，形成層間自由水，使混合料內(nèi)部總是被水浸泡，從而導(dǎo)致?lián)p壞。因此，設(shè)置良好的瀝青路面內(nèi)部排水系統(tǒng)以快速排出結(jié)構(gòu)層的自由水也不失為一項(xiàng)非常有效的措施。

本路段在3%水泥穩(wěn)定碎石層頂部設(shè)置1cm 單層瀝青表處下封層。在3%水泥穩(wěn)定碎石層上做完透層油之后，待透層油充分滲透，稀釋劑揮發(fā)或者水分蒸發(fā)后，表面干燥、潔凈并刮除表面多余油脂部分后方可鋪筑下封層。澆灑下封層采用配有電腦控制和導(dǎo)熱油保溫的灑布車澆灑。澆灑后隨即勻撒粒徑為4.75～9.5mm 不含粘細(xì)料的小石子，小石子做到不重疊、滿鋪、無(wú)松散。小石子撒后用6～8t 輕型壓路機(jī)碾壓，撒布量為6～9kg/m2。在路面基層頂面設(shè)置下封層，可截住路面下滲水，由下封層通過路拱橫坡排至路肩，與路面邊緣排水設(shè)施配套，有效的解決了路面內(nèi)部自由水的排水問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

瀝青路面裂縫病害是比較常見的，主要有反射裂縫、溫縮裂縫與水損裂縫等三種類型，且不同類型的瀝青路面裂縫的成因也是不同的。本文在分析不同類型瀝青路面裂縫成因的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂驐l件及道路等級(jí)，分別采取了幾種防治瀝青路面裂縫的對(duì)策。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，取得了較好的防治效果。

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