淺析瀝青路面裂縫成因及防治

郝金有

(洛陽路橋建設集團有限公司)

1 溫度裂縫

1.1 溫度裂縫形成的原因

(1)低溫縮裂形成的原因。

瀝青路面和半剛性基層多在高溫夏季和常溫時施工成型,入冬后溫度驟降,混合料遇收縮,在收縮過程中受到下層(基層或底基層)的約束產生收縮應力(拉應力)。如果收縮應力大于當時的極限抗拉強度,就會產生溫度收縮裂縫,一般為橫向裂縫,寬度約為 2～16mm。溫差越大,溫度變化越快,則約束越大,混合料就容易開裂。路面開裂發展的過程及應力分布規律是:當混合料由于溫度下降產生的拉應力超過其材料抗拉強度時就開始出現第批裂縫,路面開裂后應力重新分布,如果此時刻溫度應力超過混合料的抗拉強度,則產生第批裂縫,應力再重新分布,直到溫度應力小于或等于混合料極限抗拉強度時,裂縫的數量即停止發展。

(2)溫度疲勞裂縫形成的原因。

如果日溫差較大,由于溫度反復升降導致瀝青面層溫度疲勞,使瀝青混合料的極限抗伸應變(或者勁度模量)變小,加上瀝青的老化使其應力松弛性能降低最終達到極限抗拉強度使路面產生裂縫。

1.2 溫度裂縫的防治措施

采用溫變系數小、溫度敏感性小的筑路材料,防止路面因溫度而開裂或變形;科學合理地設計混合料,嚴格控制施工質量,重點控制混合料的壓實度和碾壓時溫度;選用適當的瀝青膠結料,有效的防止瀝青混合料開裂和變形。

2 反射裂縫

2.1 反射裂縫及其類型

瀝青路面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原因有瀝青和瀝青混合料的性質、基層材料的性質和狀況、氣候條件、交通量和車輛類型及施工因素等。但就瀝青路面開裂的主要原因而論,可以分兩大類,即荷載型裂縫和非荷載型裂縫。瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是由溫度引起的,在已開裂的老瀝青路面上或在有接縫(或裂縫)的舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青罩面層,以及在有裂縫的基層上鋪瀝青混凝土面層后,原先的裂縫或接縫在新鋪的瀝青面層的相同位置處重新出現。以往在研究這一問題時,主要考慮了行車荷載作用并得出結論,下層裂縫引起裂縫上方面層底面先開裂并逐漸向上穿透到表面,所以習慣上將其稱為“反射裂縫”,在很多文獻中仍統一稱為反射裂縫。

沙慶林院士根據其研究結果提出“對應裂縫”的概念,即瀝青路面結構由于基層(或老路面)開裂促成較厚的瀝青面層(或罩面層)由頂面到底面產生的裂縫。總結上述各種情況,廣義的反射裂縫從其裂縫擴展路徑上可分為反射裂縫和對應裂縫兩種,從其形成的主要原因上可分為溫度型反射裂縫和荷載型反射裂縫。

2.2 反射裂縫的產生

一般認為,反射裂縫的產生和發展是由于老路面或開裂基層在接縫或裂縫處不能很好地傳遞拉應力和剪應力,當接縫或裂縫兩側的老路面或基層發生移動(水平向、豎向)時,在接縫或裂縫頂面的瀝青層中產生應力集中,其結果是造成反射裂縫。而老路面或基層的移動是溫度變化、行駛車輛以及兩者綜合作用的結果。為方便起見,通常把溫度變化引起的反射裂縫稱為溫度型反射裂縫;相應地,把行車荷載引起的反射裂縫稱為荷載型反射裂縫。

2.3 反射裂縫的防治對策及處理方法

根據其結構層次的不同,大致可分為 3類:改善瀝青罩面層性能、設置中間夾層和處治老路面層。在老瀝青混凝土路面上鋪瀝青罩面層時,采用下列措施可延緩反射裂縫:(1)用低稠度(針入度 200～300)高粘度優質瀝青做瀝青混凝土罩面層;(2)加熱翻松重新拌和老路面,并加一新瀝青混合料層;(3)聚合物改性瀝青中間層 SAMI(應變消減/應力吸收膜中間層),同時用聚合物瀝青或其他優質瀝青做瀝青罩面;(4)優質級配碎石中間層;(5)某些土工織物中間層,能延緩反射裂縫而不能延緩溫度裂縫;(6)增加罩面層厚度;(7)在老瀝青路面的強度或彎沉值基本符合要求的情況下,用聚合物改性瀝青做單層或雙層表面處治(即封層)SAM;(8)使用再生技術使舊瀝青混凝土面層的上部 5～10cm如同新鋪面層。

在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青罩面層時,采用下列措施可延緩反射裂縫:(1)厚層優質瀝青罩面層(150mm以上);(2)預制織物膜帶;(3)90mm厚開級配瀝青混凝土底層混合料;(4)用金屬網或玻璃絲網等加強瀝青混凝土的抵抗差動位移(剪切強度)的能力,同時用優質瀝青(包括聚合物改性瀝青)做瀝青罩面層。此外,加強施工控制,保證在制備瀝青混合料過程中不使瀝青過分老化(控制瀝青的加熱溫度和加熱時間)和加強碾壓使瀝青混合料達到高的密實度(如 98%以上)都有助于減少反射裂縫。

3 結 語

在高速公路的建設中,我國的絕大部分高速公路都采用瀝青混凝土路面。瀝青路面的病害的產生是多種因素綜合作用的結果,它涉及設計、施工、管理等每一個環節,其種類繁多。經過十年的建設,我國在高速公路建設方面已經積累了一定的經驗,但由于氣候、交通、管理和運營的特殊性,道路和結構物的質量在某些方面還存在許多的問題,有的甚至成為一種通病。高速公路路面一旦出現病害,維修起來不但費時費力,而且影響公路的正常使用,所以對于高速公路路面的各種病害應以預防為主。為了有效預防病害發生,必須深入研究各種病害的形成機理、預防措施和處治方法,從而為在設計、施工和管理養護等環節中盡可能消除病害隱患提供理論支持。

[1]黃曉明,張曉冰.公路建設質量通病分析與防治[M].人民交通出版社,2002.

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