淺談半剛性基層瀝青路面裂縫成因及防治

王海能

摘要：本文通過對半剛性基層瀝青路面裂縫形成原因的分析，指出半剛性基層瀝青路面中基層和面層的溫度收縮裂縫是半剛性基層瀝青路面裂縫產生的主要因素，并根據裂縫形成機理提出了相應的防治措施。

關鍵詞：半剛性基層；裂縫；原因；防治

目前在我國高等級公路建設中，半剛性基層瀝青路面是路面結構的主流模式。半剛性基層瀝青路面具有高強度、良好平整度和良好抗疲勞性能等特點, 在我國已完成的高等級公路中，95％的里程采用了半剛性路面。但是在半剛性路面在我國大量投入使用的過程中，出現的比較嚴重的路面裂縫問題。路面開裂后水分通過裂縫滲到路面基層、底基層甚至土基,削弱基層、土基的強度,使路面強度大大降低并產生沖刷和唧泥現象，使裂縫加寬，裂縫兩側的瀝青路面破碎，從而加劇路面的破壞,縮短路面的使用壽命。因此必須充分重視半剛性瀝青路面裂縫的產生及其影響，深入研究其形成機理并采取合理的防治措施進行預防和延緩裂縫的產生，以使半剛性基層瀝青路面結構的優勢得到充分發揮，從而進一步推動我國高等級公路的發展。

1 裂縫形成原因

瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的。瀝青和瀝青混合料的性質、基層材料的性質、氣候條件、交通量和車輛類型以及施工因素等都會對裂縫的形成和發展程度產生很大的影響。但就瀝青路面開裂的主要原因而言，裂縫分為兩大類：荷載型裂縫和非荷載型裂縫。

1.1 荷載型裂縫

荷載型裂縫，即主要由行車荷載作用而產生的裂縫。主要半剛性基層和瀝青面層的疲勞壽命有關。在車輪荷載的反復作用下，若半剛性基層的底部產生的層底拉應力大于半剛性基層材料的抗彎拉強度，則半剛性基層的底部很快開裂，隨之在車輛荷載的反復作用下，裂縫逐漸擴展到上部并使瀝青面層也開裂破壞。這類裂縫往往是稠密的、有時互相聯系的裂縫，甚至是網狀的裂縫。造成荷載型裂縫產生的原因可能有：

路面結構設計不合理或厚度不足，致使路面強度不夠或不能滿足交通量和汽車荷載的迅速增長；半剛性基層基層材料中集料的級配設計不合理，從而導致疲勞壽命降低；施工質量不好，無機結合料沒有充分拌合，出現大范圍的離析現象。

1.2 非荷載型裂縫

非荷載型裂縫包括溫度收縮裂縫和干燥收縮裂縫

1.2.1 溫度收縮裂縫

溫度收縮裂縫包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫。在我國的北方大部分使用半剛性基層瀝青路面的地區所出現的裂縫大部分是由溫度收縮裂縫造成的。低溫收縮裂縫是由于冬季隨著溫度下降,材料開始收縮,而由于基層在路面結構中受到約束,當氣溫大幅度下降時,基層材料中的拉應力或拉應變一旦超過材料的抗拉強度或極限抗拉應變而引起基層的開裂。溫度疲勞裂縫主要發生在太陽照射強烈、日溫差大的地區，溫度應力日復一日地反復作用在基層中,使基層產生疲勞開裂.由此產生的裂縫稱為溫度疲勞裂縫。

瀝青面層的溫度收縮裂縫：在寒冷和較寒冷的地區，一旦氣溫大幅度下降，在瀝青面層會產生很大的溫度梯度，瀝青面層內部和底部始終有一溫差，瀝青面層愈厚，溫差就愈大。由此在瀝青面層產生的溫度收縮應力就有所不同，其中瀝青面層表面產生的收縮應力最大。一旦這個應力超過瀝青面層某一薄弱面（或點）混合料的抗拉強度，面層的表面就要首先開裂。隨著持續低溫或又一次降溫的到來，在裂縫尖端會產生很大的應力集中，使裂縫向下延伸并逐漸穿透整個瀝青面層。

半剛性材料基層的溫度收縮裂縫：在底基層和瀝青面層的約束下,半剛性基層材料碾壓成型后產生溫差ΔＴ引起的溫度收縮應變超過半剛性基層材料的極限拉伸應變值時,基層便會出現裂縫。

1.2.2 干燥收縮裂縫

新鋪的半剛性基層隨著混合料中水分的減少要產生干縮和干縮應力。由于材料的應力松弛性質和材料強度隨齡期增長，材料的抗應變能力增強，所以干縮應力在施工后的幾天內即達到最大值，隨后就降低。半剛性基層干燥收縮裂縫的產生可能有以下幾個原因：

半剛性基層在攤鋪成型后未得到合適養生，在壓實后幾天內產生很大的收縮應力，而此時混合料的抗拉強度還不大，易產生干縮裂縫；半剛性基層在養生結束后，如不及時鋪筑瀝青封層和瀝青面層，讓其曝曬，隨曝曬時間增長，也會產生干縮裂縫；

1.3 綜合以上分析,半剛性基層瀝青路面的反射裂縫形成有復雜的原因,主要與基層和面層材料的溫度收縮性質有關，同時與材料性能、結構層組合設計、溫濕循環、車輛荷載疲勞作用以及施工工藝有一定的關系。

2 防治措施

2.1 避免荷載型結構性破壞裂縫

減輕半剛性路面裂縫的首要措施是從設計上不發生荷載型結構性破壞裂縫。因此在設計中應該考慮到下列因素：半剛性基層和半剛性底基層底面拉應力；半剛性材料層的厚度；半剛性基層材料的疲勞壽命。

2.2 減輕非荷載裂縫的措施

2.2.1 選擇合理面層材料

面層瀝青應選用勁度模量大、溫度敏感性低的瀝青或改性瀝青,采用一定級配的集料,必要時可在瀝青混合料中加土工合成材料以提高其韌性,減少瀝青面層自身溫濕效應并增強對基層可能形成反射裂縫的預防。

2.2.2 選擇合理基層材料

對半剛性基層無機結合料,從目前情況來看應通過試驗確定其最佳組成,尤其是集料級配，盡量使用骨架密實型級配，以便使其抗裂性能盡量符合當地環境條件的要求；同時可適當加入有助于提高早期性能的外加劑,減少水泥用量，增大其彎拉強度而使彎拉模量變化不大,減弱溫濕效應,增強抗裂性能,減少基層自身裂縫。

2.2.3 防止或延緩基層開裂

提高材料抗裂性能：造成面層反射裂縫的原因在于半剛性基層材料的開裂,而決定半剛性基層開裂的主要因素是其材料的脹縮系數,因此盡量采用脹縮系數小的材料作為基層或者采取措施盡量使材料脹縮系數變得小一點。有很多措施減少半剛性基層的收縮和收縮裂縫以及避免沖刷唧漿現象。這些措施包括：盡量使用骨架密實結構礦料級配；減少水泥的用量；控制粒料中細料含量和塑性指數；水泥穩定粒料的混合料設計應使混合料的收縮應變不大于200με；控制此粒料中粒徑在0.075mm以下細料含量，如果有條件的情況下盡量不使用。

改善約束條件：設置粒料過渡層或裂縫隔斷層；使用土工布、玻璃纖維格柵等作為應力吸收層；進行預鋸縫處理；

使用作用明顯的透層油和粘層油，盡量使底基層、基層和面層形成一個整體，這樣既有助于防止裂縫在層與層之間傳遞，同時可以提高整個路面結構的疲勞壽命。

2.2.4 施工時應注意事項

加強半剛性施工時的原料質量控制，特別是我國北方、西部大量使用的水泥穩定砂礫基層中，控制砂礫中粒徑在0.075mm以下細料含量對于基層裂縫產生的減少有很重要的作用；根據天氣和溫度情況嚴格控制半剛性基層施工碾壓時含水量,混合料的含水量不能超過壓實需要的最佳含水量;施工時要嚴格控制攤鋪機的攤鋪質量，減少離析的發生；半剛性基層碾壓完畢,要及時養生; 半剛性基層碾壓完畢或最遲在養生結束后應用乳化瀝青做透層或封層；充分利用某些天然條件,如利用夜間或有利的低溫季節進行半剛性基層的施工以降低施工時溫度。

參考文獻

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