高等級(jí)瀝青混凝土路面反射裂縫的形成和防治

武 溢

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)外高等級(jí)道路面層主要為瀝青混凝土材料鋪筑而成，在長(zhǎng)期的車(chē)輛載荷的沖擊磨耗和自然因素的多重作用之下，不可避免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的路面病害[1]，其中路面反射裂縫是這些病害(特別是早中期病害)中較為普遍的病害現(xiàn)象。研究瀝青路面的特性，分析病害形成的原因，進(jìn)而盡可能遏制病害的形成，并以合理的工藝對(duì)已形成的病害進(jìn)行必要的處置，恢復(fù)和保持道路正常的服務(wù)功能，是道路管理和養(yǎng)護(hù)工程部門(mén)的重要任務(wù)。

1 瀝青混凝土路面呈現(xiàn)更為優(yōu)異的路用特性

瀝青混凝土路面的材料組成、層間設(shè)計(jì)和施工工藝賦予其柔性結(jié)構(gòu)獨(dú)有的力學(xué)特性，與水泥混凝土路面相較，瀝青路面的下述特點(diǎn)是十分明顯的：

1)行車(chē)平穩(wěn)舒適。作為一種柔性面層結(jié)構(gòu)，行車(chē)對(duì)瀝青道路表面施加的沖擊能量能夠得到較好的吸收，而使施加到車(chē)輛上的反射荷載得到有效的遏制和衰減，其結(jié)果使得行車(chē)平穩(wěn)和舒適。

2)路面平整度優(yōu)異。瀝青混凝土材料在整個(gè)制備過(guò)程中的工作溫度均明顯高于水的沸點(diǎn)，這可由目前在高等級(jí)道路中大量采用的SBS改性瀝青混合料制備和路面攤鋪時(shí)各作業(yè)節(jié)點(diǎn)的工作溫度[2]來(lái)表述(見(jiàn)表1)。

表1 各作業(yè)節(jié)點(diǎn)的工作溫度

顯然，混合料制備和路面攤鋪時(shí)各作業(yè)節(jié)點(diǎn)的工作溫度均明顯超過(guò)了水的沸騰和蒸發(fā)溫度，也就預(yù)示著制備好的瀝青混合料基本不存在水分(包括液態(tài)水和氣態(tài)水)。這些材料鋪裝的面層無(wú)論是在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)過(guò)程中，還是在長(zhǎng)期的使用狀態(tài)下，瀝青路面不會(huì)因水分的蒸發(fā)而出現(xiàn)表面變形(這種變形以面層縱向沉陷或平面收縮為主要表現(xiàn)形式)，所以瀝青路面會(huì)呈現(xiàn)良好的平整度[3]。

3)具有與生俱來(lái)的良好的抗滑性能。瀝青混凝土材料是由各種級(jí)配礦料和路用瀝青(包括改善普通瀝青路用性能的添加劑，如改性瀝青中的SBS，SBR，PE，橡膠粉和摻配在混合料中的木質(zhì)素纖維等)摻配并強(qiáng)制混合而形成的混合物。這些不同材料，呈現(xiàn)剛和柔的不同特性，也就賦予了瀝青路面“剛?cè)岵?jì)”的特點(diǎn)。當(dāng)上部行車(chē)車(chē)輪碾壓時(shí)，柔性材料的“屈服”和剛性材料的“支撐”使得路面的每一個(gè)微觀局部呈現(xiàn)出優(yōu)異的抗滑構(gòu)造。顯然，這種抗滑構(gòu)造能夠與瀝青路面保持終生而長(zhǎng)久存在。這與水泥路面必須由人工制作抗滑構(gòu)造且使用壽命的“短期行為”形成鮮明的對(duì)照。

4)瀝青路面舊材料(RAP)易于回收加工再利用。瀝青是路面混合料中的粘結(jié)劑。作為一種石油加工過(guò)程中的最終產(chǎn)品，瀝青的材料粘度隨本身所處溫度的高低成反比。因此，長(zhǎng)期使用后呈現(xiàn)病害的舊的瀝青路面材料能夠容易地在加熱到一定溫度后呈現(xiàn)松散狀態(tài)，這為材料的再生利用提供了方便和可能。無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)再生利用，還是采用固定場(chǎng)地的再生，路面材料的再生利用不僅較為容易(與水泥混凝土路面相較)，而且能夠節(jié)約大量寶貴的筑路原材料而呈現(xiàn)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和“固廢利用”帶來(lái)的突出的環(huán)境保護(hù)社會(huì)效益。

另外，瀝青路面攤鋪完成后，其面層已形成足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠快速開(kāi)放交通。這些綜合特性使得瀝青路面在國(guó)內(nèi)外高等級(jí)道路中占有絕大多數(shù)(如我國(guó)高速公路的瀝青路面鋪裝率為98%以上)。與水泥路面的板塊受力不同，瀝青路面對(duì)下部水泥穩(wěn)定層的壓力屬于分散受力，因此在長(zhǎng)期的自然因素和人為(車(chē)輛碾壓)作用的影響之下，容易出現(xiàn)各種各樣的局部病害，其中路面反射裂縫更為多見(jiàn)。

2 路面反射裂縫的形成和危害

反射裂縫雖然表現(xiàn)在道路表面，但卻主要是因面層下部的承重結(jié)構(gòu)，即水泥穩(wěn)定層的局部失穩(wěn)造成的。眾所周知，瀝青面層的主要功能是承受和抵抗道路表面行車(chē)和其他荷載的磨耗，以及對(duì)自然和非自然(人為)落水的封閉作用，以保護(hù)下部承重結(jié)構(gòu)的安全。因此，水泥穩(wěn)定層對(duì)道路的正常受力是十分重要的。為了達(dá)到設(shè)定的受力強(qiáng)度，除了水穩(wěn)層自身的承壓強(qiáng)度，而且其下部路基也必須達(dá)到足夠的承壓強(qiáng)度指標(biāo)。如果這些技術(shù)指標(biāo)低于相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，則在道路承重過(guò)程中非常容易出現(xiàn)裂縫；另外，若基層強(qiáng)度不足或水穩(wěn)層本身的承壓強(qiáng)度不穩(wěn)定，則在強(qiáng)度出現(xiàn)差別的地方極易產(chǎn)生斷裂帶。顯然，這些裂縫的出現(xiàn)必然會(huì)迅速對(duì)其上部的面層產(chǎn)生影響，使面層的局部產(chǎn)生剪切力而出現(xiàn)反射裂縫。

路面的反射裂縫會(huì)直接破壞面層的平整度，若不及時(shí)處置將會(huì)導(dǎo)致瀝青面層的二次損壞，這主要表現(xiàn)在由于裂縫的形成而破壞了面層對(duì)下部結(jié)構(gòu)的封閉作用而易于造成水分的侵入而出現(xiàn)水毀，結(jié)果使得條狀裂縫引發(fā)路面松散和坑槽等面積損壞，隨著車(chē)輛碾壓和自然因素的作用，道路的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)受到削弱，進(jìn)而嚴(yán)重影響道路的正常通行服務(wù)能力。

另外，路面的反射裂縫出現(xiàn)的數(shù)量頻率與道路的建成通車(chē)年限成正比。但隨著路基路面的逐步穩(wěn)定，其產(chǎn)生速率會(huì)逐步趨緩。

不同于普通的道路面層裂縫，反射裂縫是因?yàn)橄聦咏Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成的，因此是一種由下而上形成的病害，一般會(huì)貫穿由基層到面層的整個(gè)道路的鉛錘截面，故容易造成道路的整體損壞。因此，路面的反射裂縫對(duì)道路的損壞更為嚴(yán)重，必須得到及時(shí)處置以保護(hù)道路的整體安全。同時(shí)，裂縫若得不到及時(shí)處置，將迅速向周?chē)由欤蟠笤黾有迯?fù)工程的難度、工程量和作業(yè)成本。

3 路面反射裂縫的預(yù)防和處置

如本文前述，路面反射裂縫主要是因?yàn)樗喾€(wěn)定基層的強(qiáng)度不均出現(xiàn)失穩(wěn)造成的，為了克服這一問(wèn)題，應(yīng)在下述工程環(huán)節(jié)引起特別注意：

1)道路基層和水泥穩(wěn)定層必須達(dá)到合理的壓實(shí)密實(shí)度。

合理的壓實(shí)密實(shí)度是道路承壓能力的基礎(chǔ)之一。只有達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)(一般應(yīng)不低于96%)，道路的承壓層才能形成合理的整體承壓結(jié)構(gòu)。同時(shí)，應(yīng)特別注意壓實(shí)強(qiáng)度的連續(xù)性，這就要求水穩(wěn)材料攤鋪后，應(yīng)盡快跟進(jìn)壓實(shí)，并注意壓實(shí)激振力的均勻施加和盡可能連續(xù)勻速作業(yè)，以使壓實(shí)層得到均勻的壓實(shí)應(yīng)力從而形成足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2)基層材料應(yīng)拌和均勻，防止離析。

無(wú)論是底基層，還是水泥穩(wěn)定基層，其材料的組成應(yīng)盡可能一致，特別是水泥穩(wěn)定基層的材料還應(yīng)特別注意拌和的均勻性。為了達(dá)此目的，必要時(shí)可適當(dāng)提高拌和時(shí)間或增加二次拌和工序；在材料選配、原料運(yùn)輸、拌和進(jìn)出料、成料裝卸和路上攤鋪等作業(yè)工序要有防離析措施；不建議采用大寬幅的單機(jī)作業(yè)，如果工程需要，建議采用不大于800 cm的單機(jī)多臺(tái)配合先后跟進(jìn)協(xié)同完成大幅路寬的攤鋪。近年來(lái)，隨著筑路機(jī)械的技術(shù)進(jìn)步，各種防材料離析的高水平攤鋪機(jī)(如變頻和變幅螺旋輸料等)不斷問(wèn)世，采用這類(lèi)機(jī)器作業(yè)對(duì)于減少材料的離析具有明顯的遏制作用。

3)路面反射裂縫的處置。

采用合理的材料制作和施工工藝能夠盡可能減少路面反射裂縫的出現(xiàn)頻率，但要徹底杜絕反射裂縫是難以做到的。對(duì)反射裂縫的處置主要包括下述工藝方法：

首先分析裂縫的種類(lèi)。如果僅是因?yàn)榈缆繁砻嬖蛟斐傻牧芽p，則可采用專(zhuān)用補(bǔ)縫膠或SBS改性瀝青通過(guò)加熱型灌縫機(jī)進(jìn)行灌縫完成裂縫的封閉；如果屬于路面反射裂縫，則應(yīng)開(kāi)挖裂縫部分，首先對(duì)水穩(wěn)基層的裂縫進(jìn)行處置，然后對(duì)路面的開(kāi)挖部分進(jìn)行新混合料攤鋪和壓實(shí)，以恢復(fù)道路面層的原有形態(tài)。

如果道路基層存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，應(yīng)首先采取措施加強(qiáng)基層的抗壓強(qiáng)度(否則反射裂縫會(huì)重新出現(xiàn))。這種措施主要有增加基層碎石厚度或在基層部位鋪設(shè)格柵或無(wú)紡?fù)凉た椢锏茸鳛榧訌?qiáng)筋，其主要目的是增加道路基層的抗壓和抗剪強(qiáng)度[4]，穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)，防止因基層不穩(wěn)和強(qiáng)度不足而再次產(chǎn)生路面反射裂縫。