水泥混凝土路面改造中的反射裂缝成因和预防措施

蓝毅波

摘要：本文简要介绍了反射裂缝的形成原因，并在此基础上对沥青面层反射裂缝防治提出了一些建议，供大家参考。

关键词：水泥混凝土路面 沥青面层 反射裂缝 预防措施

0 引言

随着国民经济的增长以及近十多年来国家加大对交通基础设施的投入，我国公路总量迅速增长。截至2005年年底，全国公路总里程达到193.05万km。水泥路面具有造价较低、刚度大、强度高、使用耐久和日常养护工作量小等优点，自20世纪70年代中期，中国许多干线公路、城市道路及厂矿道路相继采用了水泥混凝土路面结构，水泥路面大约占总里程数的60％左右。但是近年来，一些早期建设的水泥混凝土路面产生了许多早期破坏现象，要求在其上加铺沥青混凝土路面，以改善其使用性能。由于沥青加铺层能有效地改善旧水泥路面的使用性能，同时充分利用旧水泥路面，造价低，施工方便，且对交通、环境影响小，因此在国内外旧水泥路面改造工程中应用最多。但加铺的沥青混凝土常出现反射裂缝(反射裂缝是指下层混凝土板的接缝或裂缝，由于温度和湿度的不断变化与车辆荷载的反复作用，在加铺层的相应位置上产生裂缝)，进而导致面层的开裂和剥落，表面水下渗，造成路面损坏。本文探讨了水泥混凝土路面改造中反射裂缝的形成机理，并在此基础上讨论了反射裂缝的防治措施。

1 沥青加铺层反射裂缝形成机理

1.1 反射裂缝定义 所谓反射裂缝，是指路面基层先于面层产生裂缝，并将基层裂缝反射到面层。原有水泥混凝土路面的裂缝和初始缺陷在温湿循环应力和荷载重复应力的共同作用下，在沥青加铺层底部产生应力集中，首先导致加铺层底部开裂，随后逐步由加铺层底部向上扩展，最终使裂缝贯穿整个面层，形成反射裂缝。

1.2 反射裂缝分类 根据形成的不同原因，可将反射裂缝分为两大类：荷载型反射裂缝和非荷载型反射裂缝。非荷载型反射裂缝又包括温度收缩裂缝、干燥收缩裂缝、三相结构初始缺陷、路基不均匀沉降引起的基层(原有水泥混凝土路面)开裂。通常将由温度和干缩引起的反射裂缝统称为温度型反射裂缝。

1.3 反射裂缝形成原因

1.3.1 由于接缝、裂缝的存在，旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度降低，而且在外力作用下，沥青加铺层处于三维应力状态。车辆通过不连续的板体时，因为接缝、裂缝两侧相邻板块产生竖向反射裂缝位移差，沥青加铺层在相应位置出现较大的剪切应力，这种剪切应力是沥青加铺层产生反射裂缝的主要原因。通常把这种裂缝称为荷载型反射裂缝。

1.3.2 因路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，沥青加铺层和旧水泥混凝土面板发生缩胀，产生温度应力。由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不连续，因此沥青加铺层同时承受其本身以及旧路面所产生的温度应力，特别是在冬季气温较低时，沥青加铺层在接缝、裂缝处，因为拉应力过大而开裂，形成温度型反射裂缝。

1.4 反射裂缝的扩展模式 根据断裂力学理论，裂缝扩展主要有张开型、撕开型、拉断型三种类型。在道路结构中，不同的荷载以及荷载的不同作用方式会导致不同的开裂模式。温度应力对反射裂缝影响的模式为张开模式，行车荷载对反射裂缝影响的主要模式为张开模式和剪切模式。当车轮驶经裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝。在裂缝之前和之后的位置，主要以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在罩面层中不常出现。与张开型模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于薄层面层底部，而后向上逐渐扩展到罩面层顶面。当罩面层为沥青面层或面层较厚且气温较低时，裂缝产生在面层的顶面和底面，而后向面层中间扩展，形成所谓的对应裂缝。对于正荷载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于面层底面，在周期性荷载的作用下垂直向上扩展。在偏荷载作用时，反射裂缝以剪切模式在面层中向上扩展，其扩展路径在罩面层中是沿大约45°角的方向向上扩展。当车轮荷载(荷载)和温度应力共同作用于复合面结构时，裂缝的扩展界于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展路径更垂直一些。行车荷载与温度荷载耦合作用对温缩裂缝具有一定的影响，在这两种荷载的共同作用下裂缝扩展模式为复合型裂缝扩展。

2 反射裂缝的预防措施

2.1 消除原有水泥混凝土路面的缺陷

2.1.1 要对原有水泥混凝土路面缺陷(病害)进行全面的调查，对出现的路面病害、部分结构承载力不足等要分析其形成的原因，做到对症下药。一般说来，在调查过程中要对旧水泥路的病害分段进行统计，采用探地雷达、弯沉仪等对混凝土板的脱空和其结构层的均匀情况、路面承载能力进行检测评价。

2.1.2 针对不同种类的病害采取相应的措施进行处理。对边角破碎损坏较深和较宽的路面，先用切割机切除损坏部分，然后浇筑同标号混凝土；对破损较浅、较窄的，凿除5cm以上，然后用细石拌制的混凝土混合料填平；对发生错台或板块网状开裂，在充分考虑路基质量的同时，将整个板全部凿除，重新夯实路基及基层，浇筑同标号混凝土；对于板块脱空、桥头沉陷、板的不均匀沉陷及弯沉较大的部位，钻穿板块，用水泥浆高压灌注处理。

2.2 提高沥青质量 不同油源决定了沥青的性质已为世界所公认。据统计，在我国道路沥青面层的大量反射裂缝的形成与沥青的油源密切相关。稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变，有较低的劲度模量，所以抗裂性能要高得多，说明选择油源是提高道路沥青质量的最根本的手段。我国充分利用国产稠油以及渤海原油中一些环烷基和中间基原油，同时进口了相当数目的中东原油炼制的沥青，在质量上有了相当的提高，已经能够达到重交通道路沥青的技术要求，这是减少沥青路面反射裂缝的最重要的措施之一。

2.3 利用玻璃纤维格栅防治沥青面层反射裂缝

2.3.1 利用玻璃纤维格栅防治沥青面层反射裂缝的机理分析 玻璃纤维土工格栅是网状结构，沥青混合料的集料可贯穿其中，形成一个复合的力学嵌锁体系，这种限制阻碍了集料的运动，沥青混合料可以得到更好的压实，具有更大的承载能力，并能提高传荷能力，减少变形。因此，玻璃纤维土工格栅在道路罩面中起到了骨架作用。玻璃纤维格栅由于和混合料嵌锁粘结而形成整体，通过剪应力的传递，在降温收缩时产生向心张力，相当于对路面施加双向的“预压应力”，使格栅和面层间形成较高的抗拉强度和抗剪强度，能有效地提高抵御基层裂缝扩张时的拉应力，从而达到防止产生基层反射裂缝的目的。此外，由于玻璃纤维格栅的加入增加了面层结构的整体性，从而大大降低了冻融作用的影响。

2.3.2 玻璃纤维格栅的铺设与固定 在玻璃纤维格栅铺设前，除应消除原有水泥混凝土路面的缺陷以外，还应对铺设路面采取其他相应的处理措施。事实上，玻纤格栅的使用效果与铺设路面的处理情况密切相关，在铺设前必须将路面上可能影响格栅与底层结合强度的物质如油脂、油漆、封层料、水渍、污物等彻底清除干净，使铺设表面清洁干燥。玻纤格栅上感压式背腹属水溶性物质，如路面有水迹时，应待路面干燥后再进行铺设。铺设格栅之前需撒粘层油，粘层油如使用乳化沥青需在完全破乳干燥后铺设格栅。格栅铺设可由拖拉机或汽车改装的专用设备进行铺设，也可人工铺设。格栅铺设时，应保持其平整、拉紧，不得起皱，使格栅具备有效的张力，铺完之后再用干净的胶轮压路机碾压一遍。目前常用的玻纤格栅有带自粘胶和不带自粘胶两种。带自粘胶的可直接在已平整的基层上铺设，不带自粘胶的通常采用钢钉固定法。格栅搭接为纵向搭接，搭接宽度不小于20cm，横向搭接宽度不小于15cm，纵向搭接应根据沥青摊铺方向将前一幅置于后一幅之上。固定时不能将钢钉钉于玻纤上，不能用锤子直接敲击玻纤，固定后如发现钢钉断裂或铁皮松动，则需重新固定。玻纤格栅铺设固定完毕后，须用胶轮压路机适度碾压稳定，使格栅与原路表面粘结牢固。在实际施工中，有些施工单位采用撒布粘层油后直接摊铺玻纤格栅，压路机随后碾压，其效果较好，玻纤格栅也不易起波浪。在实际操作过程中，施工质量的好坏对今后玻纤格栅的使用效果有着很大影响。因此，加强施工质量监督、提高施工人员技术水平显得尤为重要。

3 结束语

几种防反射裂纹的措施都有其各自的优缺点和适用的范围，应该根据现场的实际情况综合比较以往的方法来实现造价合理、工期合适、适应需要的水泥路面防反射裂纹的措施。

参考文献：

[1]《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D4O—2002．

[2]《公路沥青路面设计规范》JTG D50—2006．

[3]《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004．

[4]《公路路面基层施工技术规范》JTJ034—2000．