浅析沥青路面裂缝成因及防治

郝金有

(洛阳路桥建设集团有限公司)

1 温度裂缝

1.1 温度裂缝形成的原因

(1)低温缩裂形成的原因。

沥青路面和半刚性基层多在高温夏季和常温时施工成型,入冬后温度骤降,混合料遇收缩,在收缩过程中受到下层(基层或底基层)的约束产生收缩应力(拉应力)。如果收缩应力大于当时的极限抗拉强度,就会产生温度收缩裂缝,一般为横向裂缝,宽度约为 2～16mm。温差越大,温度变化越快,则约束越大,混合料就容易开裂。路面开裂发展的过程及应力分布规律是:当混合料由于温度下降产生的拉应力超过其材料抗拉强度时就开始出现第批裂缝,路面开裂后应力重新分布,如果此时刻温度应力超过混合料的抗拉强度,则产生第批裂缝,应力再重新分布,直到温度应力小于或等于混合料极限抗拉强度时,裂缝的数量即停止发展。

(2)温度疲劳裂缝形成的原因。

如果日温差较大,由于温度反复升降导致沥青面层温度疲劳,使沥青混合料的极限抗伸应变(或者劲度模量)变小,加上沥青的老化使其应力松弛性能降低最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。

1.2 温度裂缝的防治措施

采用温变系数小、温度敏感性小的筑路材料,防止路面因温度而开裂或变形;科学合理地设计混合料,严格控制施工质量,重点控制混合料的压实度和碾压时温度;选用适当的沥青胶结料,有效的防止沥青混合料开裂和变形。

2 反射裂缝

2.1 反射裂缝及其类型

沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的,影响裂缝轻重程度的主要原因有沥青和沥青混合料的性质、基层材料的性质和状况、气候条件、交通量和车辆类型及施工因素等。但就沥青路面开裂的主要原因而论,可以分两大类,即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。沥青面层上的非荷载型裂缝主要是由温度引起的,在已开裂的老沥青路面上或在有接缝(或裂缝)的旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层,以及在有裂缝的基层上铺沥青混凝土面层后,原先的裂缝或接缝在新铺的沥青面层的相同位置处重新出现。以往在研究这一问题时,主要考虑了行车荷载作用并得出结论,下层裂缝引起裂缝上方面层底面先开裂并逐渐向上穿透到表面,所以习惯上将其称为“反射裂缝”,在很多文献中仍统一称为反射裂缝。

沙庆林院士根据其研究结果提出“对应裂缝”的概念,即沥青路面结构由于基层(或老路面)开裂促成较厚的沥青面层(或罩面层)由顶面到底面产生的裂缝。总结上述各种情况,广义的反射裂缝从其裂缝扩展路径上可分为反射裂缝和对应裂缝两种,从其形成的主要原因上可分为温度型反射裂缝和荷载型反射裂缝。

2.2 反射裂缝的产生

一般认为,反射裂缝的产生和发展是由于老路面或开裂基层在接缝或裂缝处不能很好地传递拉应力和剪应力,当接缝或裂缝两侧的老路面或基层发生移动(水平向、竖向)时,在接缝或裂缝顶面的沥青层中产生应力集中,其结果是造成反射裂缝。而老路面或基层的移动是温度变化、行驶车辆以及两者综合作用的结果。为方便起见,通常把温度变化引起的反射裂缝称为温度型反射裂缝;相应地,把行车荷载引起的反射裂缝称为荷载型反射裂缝。

2.3 反射裂缝的防治对策及处理方法

根据其结构层次的不同,大致可分为 3类:改善沥青罩面层性能、设置中间夹层和处治老路面层。在老沥青混凝土路面上铺沥青罩面层时,采用下列措施可延缓反射裂缝:(1)用低稠度(针入度 200～300)高粘度优质沥青做沥青混凝土罩面层;(2)加热翻松重新拌和老路面,并加一新沥青混合料层;(3)聚合物改性沥青中间层 SAMI(应变消减/应力吸收膜中间层),同时用聚合物沥青或其他优质沥青做沥青罩面;(4)优质级配碎石中间层;(5)某些土工织物中间层,能延缓反射裂缝而不能延缓温度裂缝;(6)增加罩面层厚度;(7)在老沥青路面的强度或弯沉值基本符合要求的情况下,用聚合物改性沥青做单层或双层表面处治(即封层)SAM;(8)使用再生技术使旧沥青混凝土面层的上部 5～10cm如同新铺面层。

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层时,采用下列措施可延缓反射裂缝:(1)厚层优质沥青罩面层(150mm以上);(2)预制织物膜带;(3)90mm厚开级配沥青混凝土底层混合料;(4)用金属网或玻璃丝网等加强沥青混凝土的抵抗差动位移(剪切强度)的能力,同时用优质沥青(包括聚合物改性沥青)做沥青罩面层。此外,加强施工控制,保证在制备沥青混合料过程中不使沥青过分老化(控制沥青的加热温度和加热时间)和加强碾压使沥青混合料达到高的密实度(如 98%以上)都有助于减少反射裂缝。

3 结 语

在高速公路的建设中,我国的绝大部分高速公路都采用沥青混凝土路面。沥青路面的病害的产生是多种因素综合作用的结果,它涉及设计、施工、管理等每一个环节,其种类繁多。经过十年的建设,我国在高速公路建设方面已经积累了一定的经验,但由于气候、交通、管理和运营的特殊性,道路和结构物的质量在某些方面还存在许多的问题,有的甚至成为一种通病。高速公路路面一旦出现病害,维修起来不但费时费力,而且影响公路的正常使用,所以对于高速公路路面的各种病害应以预防为主。为了有效预防病害发生,必须深入研究各种病害的形成机理、预防措施和处治方法,从而为在设计、施工和管理养护等环节中尽可能消除病害隐患提供理论支持。

[1]黄晓明,张晓冰.公路建设质量通病分析与防治[M].人民交通出版社,2002.

[2]徐世发等.沥青铺装层病害防治与典型实例[M].人民交通出版社,2005.

[3]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象与防治[M].北京:人民交通出版社,2001.