半剛性基層瀝青路面反射裂縫成因分析

葉占海

摘 要：公路的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，是保障公路使用壽命的基本前提。我國(guó)公路大多數(shù)都為瀝青路面，瀝青路面病害很難杜絕，作者通過(guò)分析半剛性基層和瀝青面層材料性能、反射裂縫形成機(jī)理，介紹寧夏吳忠利紅一級(jí)公路路面結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂模式，指出防止半剛性基層裂縫及瀝青面層反射裂縫著重從設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)組合和選擇合適的材料以及施工管理著手采取有效的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：路面；裂縫；成因

中圖分類(lèi)號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）21-0178-02

1 概述

利紅一級(jí)公路是寧夏吳忠市利通區(qū)至紅寺堡開(kāi)發(fā)區(qū)重要的一條交通要道，它南連紅寺堡經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)及G2012定武高速，北接吳忠市利通區(qū)與S12古青高速，東至吳忠市太陽(yáng)山能源基地，西通G6京藏高速，2013年12月通車(chē)至今。因公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為6cm厚瀝青混凝土面層，18cm厚水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，36cm厚水泥穩(wěn)定砂礫底基層，本文將該路面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱(chēng)為半剛性基層瀝青路面，將半剛性基層裂縫與瀝青面層反射裂縫簡(jiǎn)稱(chēng)為半剛性基層瀝青路面的反射裂縫，做成因分析。

2 瀝青路面半剛性基層材料的性能

瀝青路面的半剛性基層是指：利用粉煤灰、水泥等一些無(wú)機(jī)結(jié)合料拌合而成的穩(wěn)定土或者是級(jí)配碎礫石等，以及用水硬性材料結(jié)合料的如工業(yè)廢渣所修筑的能結(jié)成板體的路面基層?，F(xiàn)階段下，我國(guó)高等級(jí)公路的半剛性基層以及底基層大多都為水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石或級(jí)配砂礫，而半剛性基層材料具有熱凍脹特性還有干燥特性以及疲勞特性等，這些特性受溫度影響極為明顯。

熱凍脹特性是指半剛性基層材料通常會(huì)具有熱凍脹系數(shù)，是材料在固體、液體、氣體這三項(xiàng)之間的綜合效應(yīng)。半剛性基層材料添加結(jié)合材料后，依靠水的擴(kuò)張作用，以及其對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管壓力還有最為常見(jiàn)的溫度作用等，當(dāng)其含水量比例達(dá)到最佳時(shí)，溫度收縮系數(shù)將會(huì)呈現(xiàn)最大值。

在高溫季節(jié)進(jìn)行道路建設(shè)時(shí)，瀝青路面半剛性基層會(huì)呈現(xiàn)出干燥收縮特性。這是因?yàn)榘雱傂曰鶎硬牧箱佒前醋罴押縼?lái)進(jìn)行施工的，此時(shí)基層材料內(nèi)部水分較多，而外部水分因暴露在高溫空氣環(huán)境下會(huì)被蒸發(fā)掉，進(jìn)而使得基層材料發(fā)生干燥收縮。值得注意的是，當(dāng)基層材料外部缺水后，又會(huì)從內(nèi)部吸收水分，這一活動(dòng)會(huì)隨著環(huán)境的溫差而有較明顯的快慢變化。這也使道路在開(kāi)始建設(shè)時(shí)，其基層會(huì)因干燥收縮還有溫差變化進(jìn)行反復(fù)的疲勞作用而發(fā)生綜合效應(yīng)。在這整個(gè)過(guò)程中，干燥收縮是最主要的表現(xiàn)，溫度收縮是次要影響條件，尤其是利紅一級(jí)公路地處寧夏中部干旱帶，晝夜溫差較大，這也使其半剛性基層材料的干燥收縮特性表現(xiàn)的較為明顯原因之一。

瀝青路面半剛性基層材料的疲勞特性是指半剛性基層材料模量隨著使用年限的增加，進(jìn)而不斷的增強(qiáng)。這樣的半剛性基層在建設(shè)初期有著很好的柔性路面力學(xué)特性，在環(huán)境適當(dāng)?shù)那闆r下，無(wú)論是強(qiáng)度或是剛度，都會(huì)隨著道路使用年限的增長(zhǎng)而增強(qiáng)，并且抗彎拉實(shí)驗(yàn)還有彈性模量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于剛性基層。而瀝青路面半剛性基層材料其強(qiáng)度，不單單和材料的種類(lèi)有一定的關(guān)系，與試驗(yàn)還有養(yǎng)生條件也有一定的聯(lián)系，對(duì)于水泥穩(wěn)定材料的強(qiáng)度來(lái)講，主要是受級(jí)配的組成、粉粒以及粘粒含量、水泥標(biāo)號(hào)用量、后期養(yǎng)生的影響。瀝青路面半剛性基層結(jié)構(gòu)與柔性路面相對(duì)比，有著強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性以及整體性好等優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)應(yīng)的也有著其自身的缺點(diǎn)，就是脆性比較大，抗變形能力差等。在道路建設(shè)過(guò)程中，當(dāng)半剛性基層上鋪筑較薄的瀝青面層時(shí)，在疲勞特性的作用下，半剛性基層裂縫會(huì)反映到面層上形成反射裂縫。

3 半剛性基層裂縫成因分析

利紅公路在竣工通車(chē)后，經(jīng)過(guò)幾年的使用及氣溫的影響，路面病發(fā)了許多橫向縫縫，通過(guò)冬春兩季的2次路面病害的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)路面開(kāi)裂嚴(yán)重：上去50km范圍內(nèi)公路橫向裂縫密布，最多處1km內(nèi)裂縫達(dá)20條之多，春季寬度一般為2-8mm，冬季裂縫寬2-16mm，經(jīng)挖探表明，有的是瀝青混凝土面層開(kāi)裂，但是大多都是由半剛性基層開(kāi)裂后引起瀝青混凝土面層反射裂縫，使得裂縫一裂到底，這主要是受氣溫影響而產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象。

（1）凍脹裂縫。組成半剛性路面基層的固相空間骨架材

料，以及存在于縫隙之中的固相水與固相氣體組成了半剛性基層的無(wú)機(jī)結(jié)合穩(wěn)定料，這三項(xiàng)在降溫的過(guò)程中所產(chǎn)生的作用直接影響著半剛性路面基層的脹縮性，因此，半剛性路面基層低溫收縮開(kāi)裂是它的一個(gè)顯著特性。（2）干燥收縮裂縫。大量實(shí)驗(yàn)證明，半剛性路面基層干燥收縮是由于基層混合料失去水分引起的，大量的層狀結(jié)構(gòu)晶體或者是非晶體例如黏土礦物還有C-A-H結(jié)晶體等，其層間水還有水化離子量非常大，但伴隨著濕度下降，間層水不斷的蒸發(fā)，游離與基層混合料中的水分減少縮小了顆粒間的空隙，致使晶體間距減小，從而引起整體收縮，故而體積變小，易于開(kāi)裂形成裂縫。因此，半剛性基層干縮裂縫的形成和基層混合料的性質(zhì)與用水量有關(guān)，所選半剛性基層材料中，無(wú)機(jī)料穩(wěn)定細(xì)粒土比穩(wěn)定粗粒土干縮變形大，易于開(kāi)裂。利紅公路孫家灘段地處寧夏干旱地區(qū)，常年少雨，6-9月份四個(gè)月中白天氣溫高達(dá)38℃以上，此段路的基層是在7-9月份施工，雖說(shuō)施工過(guò)程中養(yǎng)生用水充足，但由于施工時(shí)氣溫高，蒸發(fā)量大、基層含水量散失快，故而基層極易開(kāi)裂。（3）疲勞破壞裂縫。半剛性基層公路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，抗壓強(qiáng)度必然會(huì)比抗拉強(qiáng)度大，在車(chē)輛荷載、溫度等應(yīng)力的反復(fù)作用下，其結(jié)構(gòu)層受壓導(dǎo)致的彎沉疲勞程度加大，特別在基層的底部產(chǎn)生裂縫之后，裂縫將會(huì)由底發(fā)展延伸至基層表面，這種裂縫在最開(kāi)始的時(shí)候，多為細(xì)小的橫向裂縫，并且出現(xiàn)裂縫之后，會(huì)逐漸的擴(kuò)張成為網(wǎng)狀裂縫，其范圍越來(lái)越大，導(dǎo)致道路表層被徹底破壞。這說(shuō)明結(jié)構(gòu)層達(dá)到臨界疲勞狀態(tài)時(shí)所能承受的荷載重復(fù)作用次數(shù)作為疲勞壽命指標(biāo)，而指標(biāo)的大小，則受到重復(fù)應(yīng)力的大小所決定，同時(shí)還與其結(jié)構(gòu)層的環(huán)境因素有一定的關(guān)系。（4）沉降裂縫。a.橋涵兩側(cè)沉降裂縫。出現(xiàn)在橋涵構(gòu)造物兩側(cè)，主要由于路基填料固結(jié)沉降，或由于行車(chē)荷載作用引起兩側(cè)路基沉降導(dǎo)致的半剛性基層和瀝青路面裂縫。這類(lèi)裂縫主要是由橋涵構(gòu)造物墻身與其兩側(cè)路基沉降量不一致，路基填料質(zhì)量差或壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)等主客觀原因引起的，雨水滲入裂縫后會(huì)加劇沉降，從而引起橋頭跳車(chē)，對(duì)行車(chē)安全性危害巨大。b.路基沉降裂縫。多發(fā)生在舊路改建的新舊路基搭接段，主要是由新舊路基沉降量不一，或由于路基加寬部分滑動(dòng)沉降而出現(xiàn)的縱向裂縫，或有些高填方路基缺乏路基支擋工程，坡腳經(jīng)水浸泡而軟弱變形，造成邊坡或路基滑塌沉降而出現(xiàn)的縱向裂縫，路面水一旦滲入這種裂縫，路基含水量變大，路基穩(wěn)定性遭到破壞后引起滑動(dòng)后會(huì)加劇裂縫變大，嚴(yán)重影響交通安全。利紅公路孫家灘管委會(huì)附近就有三處高填方路基由于雨水滲入路面裂縫，出現(xiàn)的半幅路基水平滑動(dòng)25cm左右、沉降15cm左右，幸好發(fā)現(xiàn)早，病害處治及時(shí)，阻止了交通事故的發(fā)生。（5）化學(xué)腐蝕裂縫。半剛性基層腐蝕性裂縫產(chǎn)生的主要原因，是地下水的硫酸鹽等侵蝕物質(zhì)與基層添加材料如水泥等發(fā)生化學(xué)交替反應(yīng)，生成一種新的鹽結(jié)晶，從而導(dǎo)致的半剛性基層開(kāi)裂或引起的破壞。瀝青混凝土面層中的骨料或填料如富含有機(jī)脂或酸性物質(zhì)，也會(huì)引起化學(xué)反應(yīng)，從而造成面層開(kāi)裂。

4 防止措施

4.1 進(jìn)行合理的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)刂凡牧咸匦?、氣候特點(diǎn)和預(yù)測(cè)交通量等情況，提出適合地區(qū)特征的典型路面結(jié)構(gòu)模式，計(jì)算確定最佳瀝青面層厚度。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，切記要增加面層與基層之間用乳化瀝青進(jìn)行稀漿封層的重要性。

4.2 選擇合理的道路材料

（1）選擇合理的基層材料。在半剛性基層材料的選擇過(guò)程中，最主要的一點(diǎn)是要對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定料的特性有一定的了解，利用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)確定出結(jié)合料的最優(yōu)化級(jí)配，并且還要確保無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定料的溫縮性所組成的含量比例，除此之外對(duì)于其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的影響也必須有所了解。選擇確保質(zhì)量的標(biāo)號(hào)水泥以及潔凈中性水，精心選擇合理的基層材料。根據(jù)半剛性基層對(duì)于環(huán)境條件的要求，在特殊情況下也可以使用早強(qiáng)劑，保證在提高彎拉強(qiáng)度的同時(shí)彎拉模量不會(huì)發(fā)生太大的變化；最大程度的減少溫室效應(yīng)并且有效的提高抗裂性和耐用性等，最終減少其自身裂縫病害的出現(xiàn)。（2）結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境選擇面層材料。從瀝青低溫抗裂性的要求出發(fā)，達(dá)到瀝青面層低溫應(yīng)具有較低的勁度和較大的抗變形能力，防止由于基層裂縫而引起面層的反射裂縫，且在行車(chē)荷載和其他因素的反復(fù)作用下不致產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂，有時(shí)在瀝青中添加高分子聚合物，或在瀝青路面結(jié)構(gòu)層下鋪設(shè)土工布或塑料隔柵，對(duì)提高瀝青路面的低溫抗裂性能都具有較為明顯的效果。利紅公路個(gè)別路段就在瀝青混凝土面層下添加了玻璃纖維布，這些路段的反射裂縫就極少。（3）加強(qiáng)施工管理。a.提高工程管理人員素質(zhì)。首先要選好項(xiàng)目決策人，因?yàn)樗苯佑绊懝こ棠芊耥樌M(jìn)行；其次工程管理者應(yīng)加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，虛心請(qǐng)教，不恥下問(wèn)，不斷與施工單位，監(jiān)理單位的專(zhuān)家和同行進(jìn)行技術(shù)交流，以提高決策水平；最后要根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，因地制宜提出施工技術(shù)要求和工藝流程，才能保證工期和質(zhì)量要求。b.精心施工，確保質(zhì)量?；鶎釉谑┕さ倪^(guò)程中，為了防止基層在初期被破壞還有產(chǎn)生干縮裂縫病害，對(duì)于灑水養(yǎng)生還有封層處理必須要認(rèn)真的對(duì)待，高密度碾壓面層，也是減少瀝青面層反射裂縫的有效措施之一。（4）加強(qiáng)層間聯(lián)接功能設(shè)置。瀝青面層和半剛性基層間的黏結(jié)——在保證半剛性基層強(qiáng)度的同時(shí)，設(shè)置效果最優(yōu)化乳化瀝青進(jìn)行稀漿封層，將基層和面層牢牢的黏結(jié)好也可以有效的防止水分的侵蝕。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證明，基層與面層黏結(jié)的好與壞與基層強(qiáng)度有著直接的關(guān)系，基層強(qiáng)度不僅僅能夠滿足使用性能的要求，對(duì)于瀝青路面使用壽命也有一定程度的延長(zhǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在道路建設(shè)的過(guò)程中，想要保證工程的質(zhì)量，那么科學(xué)合理的施工管理必不可少，半剛性基層瀝青路面反射裂縫所形成的原因，多是由于環(huán)境還有溫差以及積水還有組成半剛性基層的材料不大符合規(guī)范要求所導(dǎo)致，所以施工過(guò)程中，對(duì)于這些問(wèn)題一定要謹(jǐn)慎對(duì)待，并且有針對(duì)性的給予相對(duì)應(yīng)的措施，最終解決半剛性基層瀝青路面反射裂縫的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]胡海彥，張濤.半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)抗反射裂縫影響因素分析[J].交通科技，2015，06：79-81.