高速公路瀝青路面反射裂縫防治技術(shù)研究

王海燕

（山西路橋集團(tuán)榆和高速公路有限公司，山西 太原 030006）

1 瀝青路面反射裂縫開裂機(jī)理分析

我國絕大多數(shù)瀝青路面采用半剛性基層，而半剛性基層普遍存在縮裂的情況。高速公路基層普遍采用水泥穩(wěn)定類基層，雖然其縮裂相對(duì)較小，但由于施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格、環(huán)境因素影響、基層材料干縮和溫縮等原因?qū)е聻r青路面出現(xiàn)發(fā)生裂縫。半剛性基層材料在使用過程中存在干縮情況，混合料拌和壓實(shí)后，表層水分會(huì)不斷揮發(fā)，基層材料由于受到水化作用、吸附作用、毛細(xì)管作用、結(jié)晶作用和碳酸化作用等影響，會(huì)使水分不斷減少，出現(xiàn)干縮。同時(shí)，半剛性基層材料由固、液、氣三相構(gòu)成的，在溫度變化的過程中會(huì)產(chǎn)生變形。

當(dāng)半剛性基層開裂后，在開裂位置瀝青層底的剪應(yīng)力和溫縮應(yīng)力的綜合作用下，瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫。由于受到這兩項(xiàng)應(yīng)力的影響，會(huì)在基層開裂處產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而造成瀝青面層的溫縮應(yīng)力加劇。同時(shí)，低溫條件下瀝青面層變硬，彈性降低，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青面層反射裂縫形成和發(fā)展。

2 瀝青路面反射裂縫成因

2.1 溫度驟降產(chǎn)生的溫縮開裂

當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，半剛性基層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過半剛性基層抗拉強(qiáng)度時(shí)，基層產(chǎn)生開裂破壞。尤其是當(dāng)周邊環(huán)境晝夜溫差較大時(shí)，基層內(nèi)部所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力增大，導(dǎo)致基層受拉破壞。半剛性基層材料存在一定的線膨脹系數(shù)范圍，當(dāng)溫度變化較大時(shí)，有溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力將大于材料自身的抗拉強(qiáng)度，造成基層產(chǎn)生永久變形，出現(xiàn)收縮開裂。

2.2 施工組織不當(dāng)造成的開裂

半剛性基層完工后，沒有及時(shí)進(jìn)行面層施工，造成基層材料長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中。在陽光的照射下，基層材料表面失水，溫度升高，容易產(chǎn)生開裂。特別是灑布了透層瀝青之后的基層，黑色的基層表面更容易吸收熱量，在溫度應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用下，容易出現(xiàn)溫度疲勞現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生開裂。

2.3 原材料質(zhì)量不合格產(chǎn)生的開裂

通過大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，半剛性基層材料的質(zhì)量與原材料質(zhì)量直接相關(guān)。因此，在施工過程中對(duì)原材料進(jìn)行抽檢，在拌和過程中對(duì)基層混合料進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其均勻性、水泥劑量等技術(shù)指標(biāo)符合要求。在基層現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，基層混合料的運(yùn)輸時(shí)間和攤鋪、壓實(shí)質(zhì)量也會(huì)影響基層的施工質(zhì)量。如果由于水泥劑量不足，骨料含量不足等原因造成的基層承載力不足造成的開裂，通常表現(xiàn)為不規(guī)則的龜裂。

2.4 基層養(yǎng)護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生的開裂

半剛性基層養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)采用保水保濕的養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制基層養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度，防止出現(xiàn)干縮和溫縮裂縫。基層養(yǎng)護(hù)期滿即可進(jìn)行透層灑布，透層一般采用乳化瀝青，但應(yīng)保證乳化瀝青的滲入深度，不得低于5mm。另外，不能僅在基層表面出現(xiàn)瀝青油膜，這樣會(huì)降低保濕效果。然而，在實(shí)際施工中，由于施工工藝各異，乳化瀝青的破乳情況也不同，很多基層表面僅僅是形成了一層薄薄的瀝青膜，保濕效果差，造成基層表面出現(xiàn)干縮裂縫。

3 高速公路瀝青路面反射裂縫防治措施

3.1 優(yōu)化瀝青面層厚度設(shè)計(jì)

瀝青路面面層的厚度和反射裂縫的產(chǎn)生具有很強(qiáng)的正相關(guān)性，適當(dāng)增加瀝青面層的厚度可以降低反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。提高瀝青面層的厚度，不僅可以增加瀝青面層的整體彎曲剛度，還可以降低裂縫兩側(cè)在車輛荷載作用時(shí)產(chǎn)生的豎向位移差，進(jìn)而降低車輛荷載作用下所產(chǎn)生的剪應(yīng)力，降低裂縫處的彎沉量。同時(shí)，增加面層厚度，還可以降低溫度對(duì)面層的影響，降低溫度變化所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，減少縮裂。另外，瀝青面層厚度的增加還可以提高路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，但同時(shí)也會(huì)增加工程造價(jià)。通過對(duì)大量研究成果進(jìn)行研究，國際上一致認(rèn)為將瀝青面層厚度設(shè)計(jì)在15 cm～25 cm之間，可有效預(yù)防基層反射裂縫的產(chǎn)生。

3.2 合理選擇半剛性基層材料

半剛性基層材料選擇不當(dāng)，會(huì)直接影響基層縮裂性能，對(duì)材料的級(jí)配和水泥劑量進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可有效降低干縮和溫縮。在半剛性基層施工過程中，嚴(yán)格控制碾壓含水量，提高基層壓實(shí)度，施工后及時(shí)進(jìn)行灑水保濕養(yǎng)護(hù)，盡可能減少干縮。同時(shí)，基層達(dá)到養(yǎng)生期后，即灑布透層瀝青，封閉基層表面縫隙，減少水分散失，防止產(chǎn)生干縮。嚴(yán)格進(jìn)行基層混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，合理確定各原材料比例，嚴(yán)格控制材料內(nèi)部的空隙和塑性指數(shù)。另外，在保證基層強(qiáng)度的同時(shí)盡可能選用較低的水泥劑量，以減少縮裂。

3.3 合理設(shè)置應(yīng)力吸收層

在瀝青面層和基層之間設(shè)置應(yīng)力吸收層，減少反射裂縫所產(chǎn)生的應(yīng)力，達(dá)到預(yù)防和延緩反射裂縫出現(xiàn)的目的。常用的應(yīng)力吸收層有級(jí)配碎石層、改性瀝青砂、低稠度瀝青混凝土中間層和橡膠瀝青中間層等結(jié)構(gòu)層，可以吸收基層應(yīng)力，減少溫度和濕度對(duì)半剛性基層的影響，緩沖變形，預(yù)防并延緩反射裂縫的出現(xiàn)。級(jí)配碎石可以有效吸收基層裂縫所產(chǎn)生的應(yīng)力，還可以起到排水的作用，有效預(yù)防和減少反射裂縫。另外，設(shè)置下封層可以防止水分下滲，提高基層的穩(wěn)定性，預(yù)防反射裂縫的產(chǎn)生。

3.4 對(duì)反射裂縫進(jìn)行封縫處理

對(duì)瀝青面層上產(chǎn)生的反射裂縫，應(yīng)首先進(jìn)行封縫處理，以防止其進(jìn)一步發(fā)展。首先采用高壓氣泵將裂縫內(nèi)的雜物進(jìn)行徹底清理，并填塞封縫料，防止雨水、雪水和異物滲入到面層甚至基層內(nèi)部。當(dāng)反射裂縫寬度小于6 mm 時(shí)，可以直接用改性瀝青進(jìn)行油封縫灌縫處理；當(dāng)反射裂縫寬度大于 6 mm 時(shí)，可選用針入度為80～100 的重交瀝青與石灰?guī)r礦粉進(jìn)行填充，二者比例為3：7，并加入適當(dāng)橡膠粉，提高瀝青路面反射裂縫的修補(bǔ)效果。

3.5 基層預(yù)切縫

在瀝青面層施工前，對(duì)半剛性基層按一定間距進(jìn)行預(yù)切縫，以減少瀝青面層層底拉應(yīng)力，預(yù)防反射裂縫的產(chǎn)生。對(duì)半剛性基層進(jìn)行預(yù)切縫后，反射裂縫僅發(fā)生在基層，不會(huì)反射到面層。

4 結(jié)語

半剛性基層是我國應(yīng)用最廣泛的基層類型，而高速公路瀝青面層設(shè)計(jì)中基本都采用半剛性基層。由于半剛性基層材料自身原因，在使用過程中會(huì)產(chǎn)生干縮和溫縮，而基層開裂位置所產(chǎn)生的瀝青層底的剪應(yīng)力和溫縮應(yīng)力是瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫的主要原因。文章從溫度、施工組織、原材料質(zhì)量和基層養(yǎng)護(hù)管理等方面對(duì)基層開裂產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，說明了瀝青路面反射裂縫的成因。從增加瀝青面層厚度、進(jìn)行半剛性基層材料的選擇和級(jí)配設(shè)計(jì)、設(shè)置應(yīng)力吸收層、對(duì)反射裂縫進(jìn)行封縫處理、基層預(yù)切縫等方面對(duì)瀝青路面反射裂縫防治技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，可有效減少反射裂縫，降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，保證行車安全，延長(zhǎng)道路使用壽命，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。