淺議瀝青路面裂縫及預防

摘要：隨著高等級公路的大量修建，半剛性類材料以其優(yōu)良的工程性能和顯著的經(jīng)濟效益在我國公路建設中得到了廣泛的應用，并在公路建設中越來越占有特殊的重要地位。然而，半剛性材料的缺點在于抗變形能力低，在溫度、濕度變化時易產(chǎn)生裂縫，當瀝青面層較薄時易形成反射裂縫，瀝青路面本身也易產(chǎn)生低溫裂縫，瀝青路面一旦出現(xiàn)裂縫，有可能導致路面結構性破壞，影響路面的使用功能。

關鍵詞：瀝青路面 裂縫 預防

1 瀝青路面開裂原因

1.1瀝青路面開裂的主要原因可分為兩大類：一種是由于行車荷載的作用而產(chǎn)生的結構性破壞裂縫，一般稱之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱之為非荷載型裂縫。

1.2由于我國現(xiàn)行瀝青路面設計規(guī)范中規(guī)定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因為半剛性基層的溫縮裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或?qū)芽p。此類裂縫主要是非荷載型的，在某些情況下也可能是由溫度和荷載共同完成的。

2 裂縫形成后對道路的危害

瀝青路面開裂是世界各國瀝青路面使用中均會遇到的主要病害之一，無論是冰凍地區(qū)，還是非冰凍地區(qū)，只是各自的裂縫嚴重程度不同而已。瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的，但就瀝青路面開裂的主要原因而論，裂縫可分為兩大類，即荷載型裂縫和非荷載型裂縫。

荷載型裂縫，即主要由于交通荷載作用下產(chǎn)生的疲勞裂縫。在半剛性基層瀝青路面設計合理、施工質(zhì)量良好的條件下，單純由荷載作用引起面層開裂的可能性不大。非荷載型裂縫，主要為溫度型裂縫。瀝青路面溫縮型開裂包括低溫收縮開裂與溫度疲勞開裂，均體現(xiàn)為張開型開裂方式。對于瀝青路面基層存在裂縫情形，按瀝青面層裂縫開裂部位，又可以分為反射裂縫與對應裂縫。

由于環(huán)境溫度、交通荷載等因素的影響，瀝青路面初期產(chǎn)生的裂縫對瀝青路面使用性能常無明顯影響，但由于半剛性基層自身干縮和溫縮應變脹縮產(chǎn)生的拉應力超過半剛性基層自身的極限抗拉強度，使其從強度薄弱處產(chǎn)生斷裂，隨著路面使用時間的延長。已有的裂縫逐漸向上擴展到路表，橫向裂縫不斷增加。縫寬不斷增大，橫向裂縫再不斷附生縱向裂縫，最終形成大小不等獨立板塊，在表面水的作用下，致使裂縫附近基層的含水量加大，甚至飽和。其結果是路面強度明顯降低，在大量行車荷載反復作用下，產(chǎn)生沖刷、漿和沉陷等現(xiàn)象，聚終導致路面很快產(chǎn)生結構性破壞，使道路結構逐漸喪失承載能力。這些病害，如得不到及時治理，對社會車輛形成一種潛在的危害，也極大地縮短道路的服務壽命。設計服務15年的高速公路，可能使用幾年就將需要大修，給國家造成極大的經(jīng)濟損失。

3 瀝青路面裂縫應力分析

3.1溫度裂縫瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是溫度裂縫。溫度裂縫有兩種，一種是低溫收縮裂縫或簡稱低溫裂縫，另一種是溫度疲勞裂縫。

溫度疲勞裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區(qū)。由于溫度反復升降導致瀝青面層溫度應力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應變(或勁度模量)變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應力松馳性能降低，最終達到極限抗拉強度使路面產(chǎn)生裂縫。

低溫裂縫，瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應力，但當氣溫大幅度下降時，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮。此時半剛性基層的底部將產(chǎn)生拉應力，當拉應力瀝青混合料的應力松馳趕不上溫度應力增長，混合料勁度急劇增大。這種情況在瀝青面層與基層的附著力不夠好、允許有一定的自由收縮時，裂縫就更容易發(fā)生。

3.2結構性破壞裂縫瀝青路面的結構性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在車輪荷載作用下，大干半剛性基層材料的抗拉強度時，半剛性基層的底部就會很快開裂。在行車荷載的反復作用下，底部的裂縫會逐漸擴展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開裂破壞。影響拉應力主要因素有面層的厚度、基層本身的厚度、基層的回彈模量和下承層的回彈模量。選取不同的瀝青面層厚度和半剛性基層厚度，通過試驗得出半剛性基層底部的拉應力與半剛性材料回彈模量間的關系曲線。

在半剛性基層下采用半剛性材料做底基層，可使基層底面由行車荷載產(chǎn)生的拉應力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應力，這對半剛性基層承受行車荷載的反復作用是十分有利的。

3.3半剛性路面的反射裂縫和對應裂縫由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫，通常假設導致反射裂縫的機理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經(jīng)開裂，并且允許有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行車荷載引起的下臥路面結構在裂縫處的差動位移，水平位移是由溫度變化或水分變化引起的膨脹和收縮。

由半剛性基層干縮開裂引起的，對于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產(chǎn)生干縮和干縮應力；水分減少得愈多愈快，產(chǎn)生的干縮應力和干縮應變就愈大。在已經(jīng)產(chǎn)生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，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力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車產(chǎn)生的拉應力與溫度應力相結合，反射裂縫會形成得更快。以上結論已被長沙交通學院光彈模型試驗所證實，表面降溫30℃時，不同厚度瀝青面層內(nèi)下層裂縫上方的溫度應力分布規(guī)律。

4 對瀝青路面裂縫的預防措施

根據(jù)規(guī)范，通過路面結構設計和厚度計算可以滿足瀝青路面強度和承載能力要求，基本解決荷載型裂縫產(chǎn)生的問題。對于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產(chǎn)生，應從設計與施工兩個方面來進行考慮。

4.1設計方面要注意以下七點，

4.1.1在進行半剛性路面設計時，首先應選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小、抗拉強度高的半剛性材料做基層。

4.1.2選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下，應采取改善瀝青性質(zhì)的措施。

4.1.3在穩(wěn)定度滿足要求的前提下，優(yōu)先選用針入度較大的瀝青做瀝青面層。

4.1.4瀝青面層采用密實型瀝青混凝土。

4.1.5采用合適的瀝青面層厚度，確保半剛性基層在使用期間一般不會產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。

4.1.6為進一步提高表面層抗溫度裂縫性能，可采用橡膠瀝青或聚合物瀝青在

瀝青混凝土表面做一封層。

4.1.7設置應力消減(應力吸收)中間層。

4.2施工方面要注意以下四點：①嚴格控制半剛性基層施工碾壓時的含水量，混合料的含水量不能超過壓實需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)。②半剛性基層碾壓完成后，要及時養(yǎng)生。③半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結束后應立即用乳化瀝青做透層或封層。④透層或粘層完成后，應盡快鋪筑瀝青面層。