半剛性基層瀝青路面反射裂縫成因分析

葉占海

摘 要：公路的質量是否達標，是保障公路使用壽命的基本前提。我國公路大多數都為瀝青路面，瀝青路面病害很難杜絕，作者通過分析半剛性基層和瀝青面層材料性能、反射裂縫形成機理，介紹寧夏吳忠利紅一級公路路面結構的開裂模式，指出防止半剛性基層裂縫及瀝青面層反射裂縫著重從設計合理的結構組合和選擇合適的材料以及施工管理著手采取有效的技術措施。

關鍵詞：路面；裂縫；成因

中圖分類號：U416 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0178-02

1 概述

利紅一級公路是寧夏吳忠市利通區至紅寺堡開發區重要的一條交通要道，它南連紅寺堡經濟開發區及G2012定武高速，北接吳忠市利通區與S12古青高速，東至吳忠市太陽山能源基地，西通G6京藏高速，2013年12月通車至今。因公路路面結構設計為6cm厚瀝青混凝土面層，18cm厚水泥穩定碎石半剛性基層，36cm厚水泥穩定砂礫底基層，本文將該路面結構簡稱為半剛性基層瀝青路面，將半剛性基層裂縫與瀝青面層反射裂縫簡稱為半剛性基層瀝青路面的反射裂縫，做成因分析。

2 瀝青路面半剛性基層材料的性能

瀝青路面的半剛性基層是指：利用粉煤灰、水泥等一些無機結合料拌合而成的穩定土或者是級配碎礫石等，以及用水硬性材料結合料的如工業廢渣所修筑的能結成板體的路面基層。現階段下，我國高等級公路的半剛性基層以及底基層大多都為水泥穩定級配碎石或級配砂礫，而半剛性基層材料具有熱凍脹特性還有干燥特性以及疲勞特性等，這些特性受溫度影響極為明顯。

熱凍脹特性是指半剛性基層材料通常會具有熱凍脹系數，是材料在固體、液體、氣體這三項之間的綜合效應。半剛性基層材料添加結合材料后，依靠水的擴張作用，以及其對應的毛細管壓力還有最為常見的溫度作用等，當其含水量比例達到最佳時，溫度收縮系數將會呈現最大值。

在高溫季節進行道路建設時，瀝青路面半剛性基層會呈現出干燥收縮特性。這是因為半剛性基層材料鋪筑是按最佳含水量來進行施工的，此時基層材料內部水分較多，而外部水分因暴露在高溫空氣環境下會被蒸發掉，進而使得基層材料發生干燥收縮。值得注意的是，當基層材料外部缺水后，又會從內部吸收水分，這一活動會隨著環境的溫差而有較明顯的快慢變化。這也使道路在開始建設時，其基層會因干燥收縮還有溫差變化進行反復的疲勞作用而發生綜合效應。在這整個過程中，干燥收縮是最主要的表現，溫度收縮是次要影響條件，尤其是利紅一級公路地處寧夏中部干旱帶，晝夜溫差較大，這也使其半剛性基層材料的干燥收縮特性表現的較為明顯原因之一。

瀝青路面半剛性基層材料的疲勞特性是指半剛性基層材料模量隨著使用年限的增加，進而不斷的增強。這樣的半剛性基層在建設初期有著很好的柔性路面力學特性，在環境適當的情況下，無論是強度或是剛度，都會隨著道路使用年限的增長而增強，并且抗彎拉實驗還有彈性模量都遠遠小于剛性基層。而瀝青路面半剛性基層材料其強度，不單單和材料的種類有一定的關系，與試驗還有養生條件也有一定的聯系，對于水泥穩定材料的強度來講，主要是受級配的組成、粉粒以及粘粒含量、水泥標號用量、后期養生的影響。瀝青路面半剛性基層結構與柔性路面相對比，有著強度高、剛度大、穩定性以及整體性好等優點，但相對應的也有著其自身的缺點，就是脆性比較大，抗變形能力差等。在道路建設過程中，當半剛性基層上鋪筑較薄的瀝青面層時，在疲勞特性的作用下，半剛性基層裂縫會反映到面層上形成反射裂縫。

3 半剛性基層裂縫成因分析

利紅公路在竣工通車后，經過幾年的使用及氣溫的影響，路面病發了許多橫向縫縫，通過冬春兩季的2次路面病害的調查，發現路面開裂嚴重：上去50km范圍內公路橫向裂縫密布，最多處1km內裂縫達20條之多，春季寬度一般為2-8mm，冬季裂縫寬2-16mm，經挖探表明，有的是瀝青混凝土面層開裂，但是大多都是由半剛性基層開裂后引起瀝青混凝土面層反射裂縫，使得裂縫一裂到底，這主要是受氣溫影響而產生的裂縫現象。

（1）凍脹裂縫。組成半剛性路面基層的固相空間骨架材

料，以及存在于縫隙之中的固相水與固相氣體組成了半剛性基層的無機結合穩定料，這三項在降溫的過程中所產生的作用直接影響著半剛性路面基層的脹縮性，因此，半剛性路面基層低溫收縮開裂是它的一個顯著特性。（2）干燥收縮裂縫。大量實驗證明，半剛性路面基層干燥收縮是由于基層混合料失去水分引起的，大量的層狀結構晶體或者是非晶體例如黏土礦物還有C-A-H結晶體等，其層間水還有水化離子量非常大，但伴隨著濕度下降，間層水不斷的蒸發，游離與基層混合料中的水分減少縮小了顆粒間的空隙，致使晶體間距減小，從而引起整體收縮，故而體積變小，易于開裂形成裂縫。因此，半剛性基層干縮裂縫的形成和基層混合料的性質與用水量有關，所選半剛性基層材料中，無機料穩定細粒土比穩定粗粒土干縮變形大，易于開裂。利紅公路孫家灘段地處寧夏干旱地區，常年少雨，6-9月份四個月中白天氣溫高達38℃以上，此段路的基層是在7-9月份施工，雖說施工過程中養生用水充足，但由于施工時氣溫高，蒸發量大、基層含水量散失快，故而基層極易開裂。（3）疲勞破壞裂縫。半剛性基層公路在運營過程中，抗壓強度必然會比抗拉強度大，在車輛荷載、溫度等應力的反復作用下，其結構層受壓導致的彎沉疲勞程度加大，特別在基層的底部產生裂縫之后，裂縫將會由底發展延伸至基層表面，這種裂縫在最開始的時候，多為細小的橫向裂縫，并且出現裂縫之后，會逐漸的擴張成為網狀裂縫，其范圍越來越大，導致道路表層被徹底破壞。這說明結構層達到臨界疲勞狀態時所能承受的荷載重復作用次數作為疲勞壽命指標，而指標的大小，則受到重復應力的大小所決定，同時還與其結構層的環境因素有一定的關系。（4）沉降裂縫。a.橋涵兩側沉降裂縫。出現在橋涵構造物兩側，主要由于路基填料固結沉降，或由于行車荷載作用引起兩側路基沉降導致的半剛性基層和瀝青路面裂縫。這類裂縫主要是由橋涵構造物墻身與其兩側路基沉降量不一致，路基填料質量差或壓實度不達標準等主客觀原因引起的，雨水滲入裂縫后會加劇沉降，從而引起橋頭跳車，對行車安全性危害巨大。b.路基沉降裂縫。多發生在舊路改建的新舊路基搭接段，主要是由新舊路基沉降量不一，或由于路基加寬部分滑動沉降而出現的縱向裂縫，或有些高填方路基缺乏路基支擋工程，坡腳經水浸泡而軟弱變形，造成邊坡或路基滑塌沉降而出現的縱向裂縫，路面水一旦滲入這種裂縫，路基含水量變大，路基穩定性遭到破壞后引起滑動后會加劇裂縫變大，嚴重影響交通安全。利紅公路孫家灘管委會附近就有三處高填方路基由于雨水滲入路面裂縫，出現的半幅路基水平滑動25cm左右、沉降15cm左右，幸好發現早，病害處治及時，阻止了交通事故的發生。（5）化學腐蝕裂縫。半剛性基層腐蝕性裂縫產生的主要原因，是地下水的硫酸鹽等侵蝕物質與基層添加材料如水泥等發生化學交替反應，生成一種新的鹽結晶，從而導致的半剛性基層開裂或引起的破壞。瀝青混凝土面層中的骨料或填料如富含有機脂或酸性物質，也會引起化學反應，從而造成面層開裂。

4 防止措施

4.1 進行合理的路面結構設計

根據當地筑路材料特性、氣候特點和預測交通量等情況，提出適合地區特征的典型路面結構模式，計算確定最佳瀝青面層厚度。路面結構設計時，切記要增加面層與基層之間用乳化瀝青進行稀漿封層的重要性。

4.2 選擇合理的道路材料

（1）選擇合理的基層材料。在半剛性基層材料的選擇過程中，最主要的一點是要對無機結合料穩定料的特性有一定的了解，利用相關的實驗確定出結合料的最優化級配，并且還要確保無機結合料穩定料的溫縮性所組成的含量比例，除此之外對于其結構的強度的影響也必須有所了解。選擇確保質量的標號水泥以及潔凈中性水，精心選擇合理的基層材料。根據半剛性基層對于環境條件的要求，在特殊情況下也可以使用早強劑，保證在提高彎拉強度的同時彎拉模量不會發生太大的變化；最大程度的減少溫室效應并且有效的提高抗裂性和耐用性等，最終減少其自身裂縫病害的出現。（2）結合當地環境選擇面層材料。從瀝青低溫抗裂性的要求出發，達到瀝青面層低溫應具有較低的勁度和較大的抗變形能力，防止由于基層裂縫而引起面層的反射裂縫，且在行車荷載和其他因素的反復作用下不致產生疲勞開裂，有時在瀝青中添加高分子聚合物，或在瀝青路面結構層下鋪設土工布或塑料隔柵，對提高瀝青路面的低溫抗裂性能都具有較為明顯的效果。利紅公路個別路段就在瀝青混凝土面層下添加了玻璃纖維布，這些路段的反射裂縫就極少。（3）加強施工管理。a.提高工程管理人員素質。首先要選好項目決策人，因為他直接影響工程能否順利進行；其次工程管理者應加強業務學習，虛心請教，不恥下問，不斷與施工單位，監理單位的專家和同行進行技術交流，以提高決策水平；最后要根據當地環境，因地制宜提出施工技術要求和工藝流程，才能保證工期和質量要求。b.精心施工，確保質量。基層在施工的過程中，為了防止基層在初期被破壞還有產生干縮裂縫病害，對于灑水養生還有封層處理必須要認真的對待，高密度碾壓面層，也是減少瀝青面層反射裂縫的有效措施之一。（4）加強層間聯接功能設置。瀝青面層和半剛性基層間的黏結——在保證半剛性基層強度的同時，設置效果最優化乳化瀝青進行稀漿封層，將基層和面層牢牢的黏結好也可以有效的防止水分的侵蝕。相關的實驗證明，基層與面層黏結的好與壞與基層強度有著直接的關系，基層強度不僅僅能夠滿足使用性能的要求，對于瀝青路面使用壽命也有一定程度的延長。

5 結束語

在道路建設的過程中，想要保證工程的質量，那么科學合理的施工管理必不可少，半剛性基層瀝青路面反射裂縫所形成的原因，多是由于環境還有溫差以及積水還有組成半剛性基層的材料不大符合規范要求所導致，所以施工過程中，對于這些問題一定要謹慎對待，并且有針對性的給予相對應的措施，最終解決半剛性基層瀝青路面反射裂縫的出現。

參考文獻：

[1]王宏暢.半剛性基層瀝青路面反射裂縫擴展及壽命研究[J].交通運輸系統工程與信息，2012，02：174-180.

[2]胡海彥，張濤.半剛性基層瀝青路面結構抗反射裂縫影響因素分析[J].交通科技，2015，06：79-81.