路橋工程中的瀝青路面裂縫及其養(yǎng)護(hù)分析

程濤

摘 要：裂縫是路橋工程中瀝青路面最常見(jiàn)和最重要的破壞模式之一。為了獲得長(zhǎng)效的路面，有必要控制這些裂縫的發(fā)展，并在它們變得更深，使下層變質(zhì)之前對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)修復(fù)。鑒于此，本文通過(guò)分析現(xiàn)階段路橋工程瀝青路面裂縫產(chǎn)生的原因，并從原因出發(fā)，探究路橋工程中有效的瀝青路面養(yǎng)護(hù)措施。以期為從業(yè)人員提供一定的參考，延長(zhǎng)路橋工程瀝青路面的使用壽命。

關(guān)鍵詞：路橋工程;瀝青路面;路面裂縫;路面養(yǎng)護(hù)

1.引言

路橋工程的瀝青路面長(zhǎng)期受到外部自然環(huán)境因素、車輛因素、自身應(yīng)力釋放因素以及材料因素的影響，導(dǎo)致路面出現(xiàn)多種破壞模式，包括開(kāi)裂（即疲勞開(kāi)裂、縱向開(kāi)裂、橫向開(kāi)裂、塊狀開(kāi)裂、滑移開(kāi)裂、反射性開(kāi)裂和邊緣開(kāi)裂）;表面變形（即車轍、起皺、下陷和膨脹）;崩解（即坑洼和斑塊）和表面缺陷（即松散、滲出、拋光和分層）等。[1]其中，路面裂縫是最常見(jiàn)，也是最重要的破壞模式之一。本文通過(guò)分析路橋工程瀝青路面裂縫原因，旨在提出路橋工程瀝青路面養(yǎng)護(hù)措施。現(xiàn)報(bào)告如下。

2.路橋工程瀝青路面裂縫原因

在路橋工程瀝青路面的使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫，由于原因不同，裂縫的形式也不同。造成裂縫的影響因素主要是荷載和溫度，在實(shí)踐中，為了對(duì)裂縫進(jìn)行詳細(xì)的區(qū)分，一般根據(jù)瀝青路面裂縫產(chǎn)生的原因，分做以下三個(gè)類型：

首先，是荷載疲勞裂縫。瀝青路面的荷載疲勞裂縫通常與路面結(jié)構(gòu)在荷載作用下的臨界拉應(yīng)變大小有關(guān)。臨界拉伸應(yīng)變的大小和發(fā)生位置取決于荷載結(jié)構(gòu)、路面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和路面材料的力學(xué)響應(yīng)特性。這些關(guān)鍵的張力決定了瀝青路面裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展的性質(zhì)。例如，臨界拉伸應(yīng)變發(fā)生在瀝青層底部，從而使裂縫從瀝青層底部開(kāi)始向頂部擴(kuò)展，這種類型的裂縫稱為自下而上的裂縫。此外，荷載疲勞裂縫還可以從頂部開(kāi)始擴(kuò)展到底部，這種類型的裂縫被稱為自頂向下裂縫，因?yàn)榕R界應(yīng)變發(fā)生在瀝青層的頂部。自頂向下開(kāi)裂是由多種因素引起的，其中最主要的是瀝青面層表面的拉應(yīng)變、瀝青老化、空間溫度梯度、瀝青混合料性能和離析。

其次，是溫度裂縫。在寒冷氣候地區(qū)，寒冷的氣候在路橋工程瀝青路面內(nèi)引起熱收縮。當(dāng)與瀝青在低溫下的脆性結(jié)合時(shí)，在路面上形成橫向裂縫以緩解熱應(yīng)力。這種開(kāi)裂促使路橋工程瀝青路面的過(guò)早損壞。這是因?yàn)闇囟攘芽p不僅存在于瀝青路面表面，而且存在于路面基層中，危害較大。

最后，是反射裂縫。反射裂縫被認(rèn)為是路面損壞的主要原因，它是由于裂縫通過(guò)現(xiàn)有路面的裂縫或接縫反射水泥混凝土覆蓋層而造成的。反射裂縫在我國(guó)道路裂縫中占有較高的比例。從瀝青路面裂縫分析來(lái)看，反射裂縫是溫度和荷載的共同作用下的產(chǎn)物。

3.路橋工程瀝青路面養(yǎng)護(hù)措施

首先，在所有路面維護(hù)計(jì)劃中，裂縫密封和填充處理一直是延長(zhǎng)路面壽命的重要考慮因素。裂縫密封使用刨機(jī)切割裂縫，以提供一個(gè)均勻的矩形容器，以更大程度地密封劑滲透，從而具有良好的粘結(jié)性，而裂縫填充只需插入密封劑而無(wú)需對(duì)裂縫壁進(jìn)行任何修改。根據(jù)環(huán)境排放，對(duì)裂縫填充和密封處理的每個(gè)生命周期階段按八個(gè)影響類別進(jìn)行量化，研究的結(jié)果表明，與填充技術(shù)相比，裂縫密封處理的初始環(huán)境排放量非常高。但是，通過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)行裂縫密封處理，可以補(bǔ)償這種環(huán)境負(fù)擔(dān)并減少約25%的排放。[2]此外，將溫度升高到膠結(jié)料的軟化點(diǎn)附近，則可以利用瀝青混合物的自修復(fù)作用，從而使裂縫融合。在實(shí)踐中，可以使用微波路面熱再生機(jī)對(duì)需修復(fù)路面進(jìn)行微波加熱，使用導(dǎo)電添加劑來(lái)促進(jìn)感應(yīng)加熱，完成裂縫黏合、平整路面坑包。

其次，像低溫裂縫和疲勞裂縫這樣的問(wèn)題一直是寒冷地區(qū)路橋工程瀝青路面面臨的主要問(wèn)題。事實(shí)上，在日常溫度變化較大的地區(qū)，路橋工程瀝青路面裂縫非常普遍。瀝青混合料的流變特性對(duì)瀝青混合料的裂縫產(chǎn)生重要影響，因?yàn)闉r青混合料是集料骨架的粘結(jié)劑。傳統(tǒng)的粘合劑，例如具有100滲透等級(jí)（100 pen。）和60滲透等級(jí)（60 pen。）的粘合劑，[3]被用于路面施工中。然而，近年來(lái)，增加的載荷和車輛的制動(dòng)力要求粘合劑的耐久性和強(qiáng)度，以抵抗路面的車轍，疲勞和開(kāi)裂傾向。為了提高粘結(jié)劑的抗裂和抗車轍性能，研究人員多年來(lái)一直在研究不同粘結(jié)劑添加劑的性能，如用聚合物改變粘結(jié)劑性能的好處已經(jīng)得到充分證實(shí)。由于資源枯竭和氣候變化的影響，以及瀝青結(jié)合料價(jià)格的上漲，對(duì)可替代的和可再生的結(jié)合劑資源的需求也在增加。生物膠結(jié)料的主要應(yīng)用是作為石油基瀝青膠結(jié)料的改性劑，生物膠結(jié)料的加入可以提高瀝青膠結(jié)料的低溫流變性能。生物膠結(jié)料主要由膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組成，幾乎沒(méi)有飽和烴和芳香烴的痕跡。例如，從豬糞中提取的生物膠結(jié)料，芳香特性遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)膠結(jié)料，但極性更強(qiáng)，是平均氮含量的4倍，平均氧含量的10倍。由于含有較高濃度的極性氮和氧，生物膠結(jié)料材料改善瀝青混合物的水分損失，進(jìn)而通過(guò)擾亂瀝青的結(jié)晶減少瀝青的低溫開(kāi)裂。

最后，使用瀝青加鋪層修復(fù)剛性路面結(jié)構(gòu)，使用夾層來(lái)減小反射裂縫。其中一種類型的中間層是瀝青橡膠片密封，具有低剛度和高變形性。這些夾層可以驅(qū)散在剛性路面裂縫和接縫處積聚的應(yīng)力和應(yīng)變能，否則這些應(yīng)力和應(yīng)變能就會(huì)轉(zhuǎn)移到瀝青路面的下面。夾層的另一個(gè)好處是它能夠防止水侵入路面結(jié)構(gòu)的下層，從而保護(hù)路面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性。這些夾層被稱為橡膠化應(yīng)力吸收膜夾層（sami-r）或?yàn)r青橡膠集料膜夾層。[4]作為表面層，稱為瀝青橡膠集料膜或橡膠碎片密封。中間層可以延長(zhǎng)保存和修復(fù)的壽命。延壽的程度取決于現(xiàn)有路面條件、交通負(fù)荷、氣候和環(huán)境條件以及所用夾層的類型和工程特性等諸多因素。這些夾層的優(yōu)異性能主要?dú)w功于獨(dú)特的彈性性能和橡膠瀝青結(jié)合料優(yōu)越的老化特性，它可以承受比未改性瀝青結(jié)合料多五倍的應(yīng)變。

需要注意的是，瀝青路面裂縫在實(shí)際工程中并不能完全消除，受到車輛、溫度、陽(yáng)光的影響，瀝青路面最終都會(huì)呈現(xiàn)疲勞的趨勢(shì)，出現(xiàn)氧化問(wèn)題和疲勞裂縫，如果不能及時(shí)對(duì)路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這些問(wèn)題會(huì)由表層深入到路面的基層，破壞整個(gè)瀝青路面的基本結(jié)構(gòu)，只能夠通過(guò)對(duì)整段路進(jìn)行重新鋪筑來(lái)維護(hù)，既浪費(fèi)了人力物力又影響了交通。[5]在瀝青路面的養(yǎng)護(hù)工作中可以應(yīng)用瀝青再生技術(shù)，通過(guò)在混合料中摻入適量的再生劑或少量的新瀝青來(lái)恢復(fù)瀝青原有的物理性能，提高其抗氧化能力以及抗拉性能，從而延長(zhǎng)使用壽命。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，路橋工程瀝青路面負(fù)荷沉重，養(yǎng)護(hù)工作效率低下，路橋工程有時(shí)會(huì)比預(yù)期惡化得更快。這直接導(dǎo)致了能源使用量的增加，成本的提高，以及對(duì)環(huán)境的更多排放。因此，需要一種方法，可以盡可能提高路橋工程瀝青路面維護(hù)工作的效率，延長(zhǎng)路橋工程瀝青路面的生命周期。為了達(dá)到這個(gè)目的，本文基于2.路橋工程瀝青路面裂縫原因，提出裂縫密封、路面微波加熱修復(fù)、添加生物膠結(jié)料和使用夾層來(lái)減小反射裂縫 等多種有效措施，以期為瀝青路面裂縫修復(fù)，改善瀝青路面開(kāi)裂，做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊智敏，張淵，張紹成.云南普通國(guó)省干線公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工藝清單建立分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020，16（06）：111-114.

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[5]崔晟東.基于瀝青路面結(jié)構(gòu)層使用性能的養(yǎng)護(hù)罩面方案評(píng)價(jià)分析[J].北方交通，2020（05）：63-66.