半剛性基層裂縫病害機理及防治措施

張高峰 雷帥英

摘 要： 隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國大量早期修建公路陸續(xù)進入大修期，路面結(jié)構(gòu)養(yǎng)護維修任務(wù)日趨繁重。半剛性路面作為我國主要的路面結(jié)構(gòu)形式，在重載交通等諸多因素的作用下，早期損壞較為嚴重。其中裂縫類病害是半剛性路面結(jié)構(gòu)病害的主要類型，裂縫的出現(xiàn)進一步導致路面結(jié)構(gòu)水損壞的發(fā)生，因此做好公路半剛性路面裂縫防治工作至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞： 半剛性基層；裂縫病害；防治措施

強度高、穩(wěn)定性好、板體性好且經(jīng)濟合理的半剛性基層瀝青路面仍然是我國高等級路面的主要結(jié)構(gòu)形式。但是半剛性基層不可避免地產(chǎn)生干縮和低溫收縮裂縫，在荷載和溫度的循環(huán)作用下基層裂縫逐漸向面層擴展而形成反射裂縫，并隨著極端天氣、重載交通的增長、超載現(xiàn)象反射裂縫病害越來越嚴重，進而誘發(fā)唧漿、基層松散、沉陷等病害。因此，在極端天氣和重載交通條件下，對半剛性基層瀝青路面裂縫進行研究，并提出相應(yīng)的防治對策具有重要的意義。

一、半剛性基層裂縫病害機理

半剛性基層開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的。影響裂縫輕重程度的主要因素有：基層材料的性質(zhì)，氣候條件（特別是冬季氣溫及其變化）、交通量和車輛類型以及施工因素等。但就基層材料的主要原因而論，主要是由于基層溫縮、干縮、疲勞引起的面層開裂。

1、溫度收縮機理

組成半剛性材料的三個相，即不同礦物顆粒組成的固相、液相（水）和氣相在降溫過程中相互作用的結(jié)果，使半剛性材料產(chǎn)生體積收縮，及溫度收縮。

就組成固相的礦物顆粒而言，原材料中沙粒以上顆粒的溫宿收縮系數(shù)較??；粉粒以下顆粒，特別是粘土礦物的溫度收縮性較大。粘土及其他交替顆粒的溫度收縮性的大小與擴散厚度成正比。半剛性基層材料中的固相顆粒大部分為結(jié)晶體及部分為非結(jié)晶體，其熱學性質(zhì)由質(zhì)點間的鍵性和熱運動以及結(jié)構(gòu)組成所決定。組成晶體的質(zhì)點在空間是很有規(guī)律地排列著，質(zhì)點的熱運動只是在其平衡位置附近的熱震蕩。由于組成固相復合材料的各礦物有不同熱脹縮性，但又是膠結(jié)為整體的材料，所以其熱脹縮性是各組成單元體間相互作用的“綜合效應(yīng)”。

半剛性材料中膠結(jié)物各礦料也有較大的溫度收縮性，存在于半剛性基層材料內(nèi)部大孔隙、毛細孔和凝膠孔中的水主要是通過“擴張作用”、“表面張力作用”和“冰凍作用”三個作用過程，對半剛性材料的溫度收縮性質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，使半剛性材料在干燥和飽和水狀態(tài)下有較小的溫度收縮值，而在一般含水量下有較大是的收縮值。

2、干燥收縮機理

干燥收縮是指半剛性基層材料內(nèi)部含水量變化而引起體積收縮現(xiàn)象。干燥收縮的基本原理是由于水分蒸發(fā)而發(fā)生的“毛細管張力作用”、“吸附水及分子間力作用”、礦物晶體或膠凝體的“層間水作用”、以及“碳化脫水作用”而引起的整體宏觀體積的變化。

（1）毛細管張力作用；（2）吸附水分子間力作用；（3）干燥收縮的層間水作用；（4）碳化收縮作用。

除此以外，含有集料的半剛性基層材料，集料本身的收縮也會影響整體材料的干燥收縮性能。通常，孔隙率大、吸水率高、模量值低的集料具有較大的干燥收縮率。把引起半剛性基層材料干燥收縮的三個主要作用過程的收縮力與含水量之間的關(guān)系繪制成曲線，大致呈拋物線形變化。對于含水量較大水泥穩(wěn)定碎石材料，干燥收縮形式總是從毛細管張力作用開始，然后是吸附水和分子間力作用到層間水作用。

二、半剛性基層裂縫防治措施

在社會經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，我國公路建設(shè)規(guī)模越來越大，但在其快速發(fā)展的今天，病害問題也逐步顯現(xiàn)出來。為滿足交通量日益增長的需求，必須進行道路加寬改造。裂縫作為半剛性基層常見病害，如何防治顯得尤為重要。為此，必須在掌握裂縫產(chǎn)生機理的前提下，采取行之有效的防治措施，有效避免裂縫產(chǎn)生，提高工程質(zhì)量。

1、改善罩面層性能

普通型罩面、防水型罩面與抗滑層罩面為瀝青路面罩面的主要類型。改善罩面層性能主要是為了提高罩面層的自身性能變形能力和抗拉強度。瀝青罩面層應(yīng)具有足夠的變形能力以消散行車荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，但為了避免出現(xiàn)車轍，其變形能力也不應(yīng)過大。高速公路罩面厚度通常為4到5厘米；交通量大、重型車輛多的路段其封層厚度可定為1厘米，交通量適中路段封層厚度可定為0.7厘米，一般情況下高等級公路抗滑層厚度必須在4厘米以上。

2、設(shè)置中間夾層

設(shè)置中間夾層措施包括多種，應(yīng)用較多的是SAMI層和土工織物夾層。

（1）SAMI中間夾層

廣義的SAMI是指應(yīng)力/應(yīng)變吸收薄膜，狹義的SAMI通常是指瀝青橡膠薄膜。瀝青橡膠是通過橡膠和瀝青進行熱反應(yīng)制成的。瀝青中加入橡膠粉后，使瀝青的力學性能發(fā)生了較大的變化，具體表現(xiàn)為針入度降低、軟化點提高、低溫延度增加，并明顯地增加了其回彈性能。在配制SAMI時，不僅要考慮其消散水平方向的應(yīng)變的能力，而且還要使其具備足夠地傳遞豎向荷載的能力，從而不引起過大的變形。

（2）土工織物夾層

夾層由瀝青和土工材料兩部分組成。瀝青是中間夾層的基本組成元素之一。為了減少中間夾層對溫度的敏感性，有必要對瀝青的彈性和塑性行為進行改善。應(yīng)用聚合物改性的瀝青能達到更好的效果，但相對來說費用較高，通常在非常惡劣的條件下使用這種改性瀝青，如在氣候特別冷的地區(qū)，或者裂縫移動很明顯的舊路面等。一般情況下，土工織物施工時在其上下表面都涂一些瀝青，從而與罩面層和舊路面板相連接。

3、局部修補

灌縫：灌縫方式一般用于修補線狀裂縫。瀝青管縫機、高壓熱空氣吹風機等為灌縫的主要機械。瀝青、乳化瀝青等為瀝青路面灌縫的材料。

挖補處理：修補塊狀裂縫及龜裂時，需根據(jù)坑槽實施修補，也就是將路面結(jié)構(gòu)損壞位置挖除，隨后進行相應(yīng)級配瀝青混凝土填補、壓實。

根據(jù)工程建設(shè)需求，按照路面實際病害情況可對填縫機械、工藝與開槽參數(shù)合理確定。通常填縫料選取熱瀝青與克萊福密封膠。如線狀裂縫較為細小、灌入難度大，則可將一條凹槽開設(shè)于裂縫上，防止拉壓力與交通荷載過分作用于填縫材料，通常情況下以U形作為開槽類型。如溫縮、干縮導致路面基層出現(xiàn)縱、橫裂縫，且寬度小于6mm，需徹底清理干凈縫隙，并通過壓縮空氣將其塵土吹走，隨后選取灌縫撒料方式對裂縫加以處理，材料為熱瀝青與乳化瀝青。

如裂縫寬度大于6mm，則可將存于裂縫內(nèi)的雜質(zhì)清理干凈，并進行開槽填縫，并通過壓縮空氣順著裂縫開槽位置吹凈，隨后選取材料進行填筑、壓實與密封，材料包括：砂粒式瀝青混合料與細粒式瀝青混合料。

三、結(jié)束語

綜上所述，半剛性基層瀝青路面在車輛荷載和自然因素的作用下，盡管裂縫現(xiàn)象十分普遍，但是只要認真分析裂縫的形成機理和產(chǎn)生裂縫的原因，從工程設(shè)計到施工過程中的每一個環(huán)節(jié)，實事求是，因地制宜，做到設(shè)計合理，施工規(guī)范，質(zhì)量過硬，就能避免或減少裂縫的產(chǎn)生，并使其具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性和表面性，從而延長路面的使用期限。

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