半剛性基層瀝青路面的裂縫成因及控制

摘要:近些年，瀝青混凝土為面層的半剛性基層路面被廣泛地應用于國內二級以上公路(含高速公路)。本文首先闡述了半剛性基層瀝青路面的裂縫的危害性，并在分析了成因的基礎上，提出了通過改善基層材料本身性能，來提高半剛性基層抗裂性的措施。

關鍵詞:半剛性基層 裂縫 成因

0 引言

半剛性基層瀝青路面的主要優點是強度高。一般來說，半剛性基層材料具有較高的抗壓強度和抗壓回彈模量值，但是，半剛性基層瀝青路面的裂縫的嚴重性也逐漸引起了人們的重視。基層中的裂縫就在溫度場和荷載場的單獨或共同作用下向路面反射形成反射裂縫，從而進一步導致或加速路面的破壞，裂縫中相當數量為半剛性基層先裂而導致瀝青面層開裂的反射裂縫。

1 半剛性基層瀝青路面的裂縫的危害性

半剛性基層瀝青路面的裂縫的危害性主要表現在以下幾個方面:

1.1 會使路面系統防水性降低。裂縫為雨水進入路面結構提供了通道，水分通過裂縫浸入到路面基層、底基層，水進入路面基層后可能順著基層裂縫繼續下滲，甚至進入對濕度敏感的路基土中，軟化土基，危及整個路基路面結構;

1.2 易引起瀝青面層較快地出現龜裂、網裂等。通過裂縫進入路面結構內部的水大部分由于缺乏適當的排水通道而滯留于面層與基層間，在大量行車荷載反復作用下產生極大的動水壓力而沖刷基層造成卿漿，使裂縫加寬;

1.3 路面結構板體邊緣的變形會在路面結構內(尤其基層)產生很大的應力和變形，在行車荷載作用下將縮短這些結構層的壽命;

1.4 在車輛、水分、霜凍等因素的綜合作用下，磨耗層常會沿裂縫發生骨料或小塊瀝青的剝落。

2 半剛性基層瀝青路面的裂縫成因分析

路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的，影響裂縫輕重的主要因素有:瀝青和瀝青混和料的性質、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。

2.1 溫度收縮機理 半剛性基層材料的基本結構是由固相(組成其空間骨架原材料的顆粒和其間的膠結料)、液相(存在于固相表面與空隙中的水和水溶液)、氣相(存在于空隙中的氣體)組成。由于基層在路面結構中受到約束，當氣溫大幅度下降時，基層材料中拉應力或拉應變會急劇增大，一旦超過基層材料的抗拉強度或極限抗拉應變就會引起基層的開裂。半剛性基層一般是在高溫季節中鋪筑而成，成形初期未被瀝青面層封閉，由于環境溫度存在著晝夜溫差，在基層中產生較大溫度應力，這種溫度應力日復一日地反復作用在基層中，也會使基層產生裂縫。

2.2 路面材料及路基填料 水對無機結合料的影響主要通過毛細管張力、擴張作用和冰凍作用實現。當毛細水蒸發完后，半剛性基層材料的吸附水也會開始蒸發，顆粒表面水膜就會變薄，使得顆粒間距變小，分子力增大，導致整個路面層體積進一步收縮，吸附水引起的收縮量要比毛細管作用的影響大得多，當吸附水膜減薄到一定程度后，就會停止收縮。由于壓實后水泥的密度不足，土質不均勻，其中的水分蒸發使水泥穩定基層水分不斷減少，基層發生體積收縮，形成基層收縮裂縫，并導致裂縫頂端產生應力集中，裂縫向面層擴展，最終到達路表，形成反射裂縫。

2.3 路基的破壞作用 在高速公路路面裂縫的各分車道的分布規律調查中，卿漿、裂縫的分布主要以行車道為主，路面橫縱裂縫交錯，甚至產生網裂，這充分說明重載車輛對路面裂縫的影響非常大，甚至使道路發生結構性破壞。另外，由于路基壓實不均勻、路基穩定性差等原因，同時在自重和重載車的作用下，地基產生不均勻沉降使路基發生滑動，將路面拉裂，出現裂縫，通常為縱向裂縫。另外由于施工縫壓實度不足，也容易產生裂縫，繼續發展會成為翻漿。

3 防治半剛性瀝青路面裂縫的措施

3.1 針對瀝青面層的措施 對于面層，其抗裂措施主要是要適當增加瀝青面層厚度，采用優質瀝青混合料等。在路面結構組合設計方面，可通過修筑試驗路段的辦法提出適合該地區特征的典型路面結構模式，合理確定最佳瀝青面層厚度，在使路面結構在力學合理的前提下，適當增加瀝青面層厚度，可使整體抗彎拉強度得到提高，而且對半剛性基層起到很好的隔溫隔熱作用，從而在一定程度上減少反射裂縫的產生。我國一些較厚的瀝青層的瀝青路面，面層瀝青的質量是防治低溫縮裂的關鍵，因而，應選用勁度模量大、溫度敏感性低、延度大、耐久性好、抗老化并且符合“重交通道路石油瀝青技術要求”的瀝青或改性瀝青，有條件的采用較稀的高粘度瀝青。瀝青混合料配合比設計中，可適當加大瀝青用量，減小混合料空隙率，以延續裂縫的發展。選用有一定級配的集料，最好是連續型密級配中粒或粗粒式瀝青混凝土作瀝青面層，以減小瀝青面層自身的溫濕效應。也可在瀝青中摻入纖維(如玻璃纖維、聚丙烯纖維、鋼纖維等)、樹脂等以提高瀝青混合料的抗拉強度，從而增強其抗裂性。要保障瀝青面層和半剛性基層之間有一定的粘結性，半剛性基層較之級配碎石、瀝青穩定碎石等柔性基層熱容量小，與瀝青面層的附著性較差，將使面層有一定自由收縮變形的可能性，混合料的應力松弛性能得不到充分發揮，溫度應力無法傳遞到基層中去，在面層內易積聚，容易產生開裂，所以，基層上有透油層加強粘結對抗裂會有好處。另外，在施工中，要嚴格控制碾壓程序，使瀝青面層壓實度滿足設計和規范要求。

3.2 針對半剛性基層的措施

3.2.1 針對半剛性基層材料的措施 為減少半剛性基層的開裂，應盡量提高基層材料的抗拉強度，降低材料的彈性模量、溫縮系數和干縮系數，減小基層內部的最大收縮應力。水泥劑量的多少與水泥穩定材料的強度、彈性模量、溫縮系數和干縮系數大小有直接關系。宜采用最小的水泥用量以降低彈性模量和收縮系數。盡量使用骨架密實結構礦料級配，骨架密實型半剛性材料比規范推薦級配中值的懸浮結構半剛性材料在干縮系數方面可降低31%，在溫縮系數方面可以降低18%左右。必要時可加入早強劑，以提高半剛性基層早期強度，使其抗彎拉強度增大而彎拉模量變化不大，溫濕效應減弱，耐用性提高，抗裂性增強。可采用補償收縮措施，如摻加膨脹劑，也可采用限制收縮措施，如摻加合成纖維、土工織物等來增強基層材料的抗裂性能。

3.2.2 施工過程中的質量控制 實踐表明，相當數量的基層裂縫是由施工質量引起的，因而一定要確保半剛性基層的施工質量。盡量減小基層內部溫度變化量和含水量損失量。基層混合料要盡量采用廠拌法施工，保證混合料拌和均勻，并嚴格控制基層碾壓含水量，含水量不能超過壓實需要的最佳含水量或控制在施工規范容許范圍內，在基層碾壓完成后要及時進行養生，使混合料的含水量不受損失，決不能讓基層暴曬變干裂。養生結束后，應立即噴灑稀釋的高粘度瀝青，透層具有一定的保溫保濕作用，但如果時間稍長半剛性基層混合料中水分也會損失，并產生干縮裂縫，在溫差大時也可能產生溫縮裂縫，因而做完透層或封層后要盡快鋪筑瀝青面層。

3.2.3 設置預切縫的措施 在基層設置預切縫也可減少基層裂縫的產生。在鋪筑瀝青面層前，通過對基層采用預切縫處理的措施來減小基層的“相對長度”，以此來減小基層內部累積的溫縮、干縮應力效應，并可削弱基層的約束條件。但應注意預切縫的間距、深度等尺寸參數，應通過試驗和實際情況確定。這樣可使預切縫“停留”在基層而不會反射到面層，即使產生反射裂縫。

4 結語

總之，半剛性基層瀝青路面開裂的影響因素諸多，如:行車荷載方面的因素，材料方面的因素，設計方面的因素，施工方面的因素等。我們應該注意在材料，設計，施工中的質量控制，對預防高等級公路半剛性基層瀝青路面裂縫的產生有較好的效果。

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