瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特性與路面形成裂縫的關(guān)系分析

張萬信

摘 要：瀝青混凝土路面的施工技術(shù)比較復(fù)雜，重要的環(huán)節(jié)包括拌和、攤鋪以及碾壓等等。相關(guān)人員應(yīng)重視對混凝土路面施工技術(shù)的有效控制，以此保證路面工程的質(zhì)量。當(dāng)前，由于瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致的路面裂縫現(xiàn)象較為普遍。本文主要針對瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特性與路面形成裂縫的關(guān)系進(jìn)行淺析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)特性 裂縫 成因

前言

隨著我國高速公路的迅速發(fā)展，公路對于瀝青混凝土的運(yùn)用范圍也在逐漸擴(kuò)大。在使用的過程中，相關(guān)人員采取的配合比設(shè)計(jì)方式也在逐漸增加，以此增強(qiáng)瀝青混凝土的功能。但是由于瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致的裂縫現(xiàn)象較為明顯。因此，在瀝青混凝土路面施工時，應(yīng)該合理運(yùn)用各種資源和科學(xué)工藝，以此增強(qiáng)完成碾壓后的材料緊實(shí)度避免裂縫的形成，具體內(nèi)容如下。

1路面基層

在半剛性路面設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)該選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小和抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料作基層。室內(nèi)外的試驗(yàn)已經(jīng)表明，穩(wěn)定粉粒（小于0.075mm）含量的粒料的抗沖刷性能最好，水泥穩(wěn)定粒料和密實(shí)式石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料是所有半剛性材料中收縮系數(shù)最小的材料。應(yīng)該首先選用這兩種材料。

半剛性基層的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫是由行車荷載引起的。行車荷載在半剛性基層地面產(chǎn)生拉應(yīng)力，影響半剛性基層底面拉應(yīng)力大小的主要內(nèi)因有：面層的厚度、基層本身的厚度、基層的彈性模量和下承層的彈性模量。

在其他條件相同的情況下，半剛性基層厚度從10cm增加到15cm荷載作用在基層底部產(chǎn)生的拉應(yīng)力減小到一半。而在其他條件相同的情況下，面層厚度增加到5cm，基層底部的拉應(yīng)力的減少比例要小得多。

半剛性基層的厚度增加時，其承載能力也迅速增加。實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)表明，半剛性基層的厚度為10cm時，個別重車輪荷載通過就可能使其破壞。當(dāng)半剛基層的厚度為10cm-12cm時，中型卡車通過幾次就會出現(xiàn)裂縫。甚至當(dāng)半剛性基層像其他類型基層一樣鋪15cm厚時，如果交通量增長到每天每個車道達(dá)150-200輛載重汽車或每車道累計(jì)通過82kN標(biāo)準(zhǔn)軸重50萬次以上是，也可能會損壞。

寬度大的裂縫傳荷能力差，容易促使瀝青面層開裂，產(chǎn)生反射裂縫。因此，以前不少國家常限制水泥穩(wěn)定基層材料的抗壓強(qiáng)度不超過某一高限值。例如，7d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，在日本不超過4MPa，在前蘇聯(lián)不超過3 MPa等。隨著汽車載重量的增大和交通量的大幅增加，在一些道路上，人們往往使設(shè)計(jì)厚度增大，而需分兩層鋪筑。分兩層鋪筑時，往往兩層的結(jié)合較差，使得完成的半剛性路面不能達(dá)到設(shè)計(jì)使用期就開始破壞。

當(dāng)半剛性基層下采用半剛性底基層時，兩層的剛度也就不會相差很大，基層底部就不會產(chǎn)生大的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變。由于他們的厚度通常不小于15cm，只有當(dāng)土基比較弱，其回彈模量與底基層回彈模量之比很小時，在底基層底部才產(chǎn)生值得注意的拉應(yīng)力。

2瀝青面層

瀝青面層主要起保護(hù)基層不產(chǎn)生干縮裂縫和提供良好行使性能的作用。瀝青面層的合適厚度應(yīng)該保護(hù)未開裂的半剛性基層在使用期間一般不會產(chǎn)生干縮裂縫和溫度裂縫。面層厚度隨當(dāng)?shù)氐臍鉁亍⑷兆畲鬁夭詈投練鉁貤l件而變。例如：根據(jù)現(xiàn)有路況調(diào)查，在河北省的中部和南部，厚7cm以上的瀝青面層上的裂縫已主要是溫度收縮裂縫。石家莊市用煤瀝青做的厚8cm的瀝青混凝土面層，甚至在石灰土基上過兩個冬季也沒有發(fā)現(xiàn)任何裂縫。沈-大高速公路，水泥砂粒基層上厚12-15cm瀝青面層上的裂縫主要是瀝青面層本身的溫度收縮裂縫。不同地區(qū)的瀝青面層厚度應(yīng)改通過現(xiàn)有半剛性路面的調(diào)查來解決。就凍土地區(qū)而言，可以采用9-12cm。

3 瀝青路面的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

半剛性基層上有較厚的瀝青面層時，路面表面的裂縫主要是瀝青面層本身的溫度裂縫，隨著裂縫的增長和延伸導(dǎo)致最后基層的破壞，此時由半剛性基層引起的對應(yīng)裂縫即使有，也是很次要的。較厚面層的半剛性基層材料的水分減少也是相當(dāng)緩慢。由此而產(chǎn)生的干縮應(yīng)力比暴露的基層要小得很多，同時會產(chǎn)生明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。在一般情況下，鋪筑瀝青面層前沒有干縮開裂的半剛性基層，在鋪筑較厚度的瀝青面層后也不易產(chǎn)生干縮裂縫。但在鋪筑面層前已有干縮裂縫的半剛性基層，在鋪筑瀝青面層厚繼續(xù)產(chǎn)生干縮的情況下，原裂縫會繼續(xù)拉開和擴(kuò)展。

在新鋪未開裂的半剛性基層上為薄瀝青面層時，半剛性基層混合料的含水量會逐漸較少，半剛性基層逐漸產(chǎn)生干縮裂縫，從而引起瀝青面層開裂，形成反射裂縫。在干縮性大的石灰土基層和水泥土基層上，這種現(xiàn)象最為嚴(yán)重。在干旱地區(qū)，同樣材料的半剛性基層薄瀝青面層，由基層干縮裂縫引起的反射裂縫更為嚴(yán)重。半剛性基層薄瀝青路面層內(nèi)的反射裂縫在我國南方非凍土地區(qū)較為普遍。

在已經(jīng)產(chǎn)生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，與在已開裂的老路面上加鋪瀝青面層相似。在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會由于溫度應(yīng)力而是面層底面先開裂，而較快形成反射裂縫。一旦行車產(chǎn)生的拉應(yīng)力與溫度應(yīng)力相結(jié)合，反射裂縫形成更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應(yīng)力，基層的裂縫將促使面層表面先開裂，然后逐漸向下傳播形成對應(yīng)裂縫。京津塘高速公路上的一段試驗(yàn)路證明，即使瀝青面層厚達(dá)到18cm也難于避免產(chǎn)生對應(yīng)裂縫。

在70年代，應(yīng)力消減中間層廣泛用于試驗(yàn)路，以減少或預(yù)防反射裂縫。試驗(yàn)路包括在瀝青混合土和水泥混凝土路面上鋪上覆層。這樣做在經(jīng)濟(jì)上是合理的。但是可惜的是雖然理論和室內(nèi)試驗(yàn)都確定中間層能減少裂縫處的應(yīng)力，但是還沒有開發(fā)出一個有證據(jù)的充分利用應(yīng)力消減中間層的設(shè)計(jì)方法。

瀝青面層本身的開裂。當(dāng)瀝青面層表面的溫度達(dá)到某一負(fù)值時，開裂從表面開始，并向下延伸到整個瀝青混凝土層。因此瀝青質(zhì)量是重要的影響因素。

瀝青結(jié)構(gòu)層相同時，在砂土土基上的瀝青路面的裂縫較粘土土基上的瀝青路面的裂縫密。有較厚瀝青結(jié)構(gòu)層的路面，單位長度內(nèi)的橫縫數(shù)量較少。

由于柔性路面承載能力較半剛性材料差，所以當(dāng)荷載軸數(shù)較大時，荷載型裂縫也是在所難免。努斯鮑姆等發(fā)現(xiàn)，10cm厚的半剛性材料層的承載能力約為10cm厚粒料層的承載能力的1.5倍；如半剛性材料層的厚度增加到25cm，則其承載力約為同樣厚度粒料層的承載力的3.3倍。

4結(jié)束語

綜上所述，在我國的公路建設(shè)中，通常會采用瀝青混凝土路面的方式。瀝青混凝土路面指的是，把瀝青、集料等物質(zhì)與溫度進(jìn)行攪拌，從而形成瀝青混合料。然后進(jìn)行碾壓后可以形成瀝青混凝土路面。在瀝青混凝土路面施工的全過程中，碾壓步驟是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因此，在瀝青混凝土路面組合碾壓施工時，應(yīng)該按照工程標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定進(jìn)行操作，同時應(yīng)該合理規(guī)劃配合比，注重?cái)備伵c碾壓的過程，以此提高瀝青混凝土工程的質(zhì)量。

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