沥青路面开裂原因及处理措施

2010-08-15唐珍

时代农机 2010年7期

唐珍

（四川蜀渝石油建筑安装工程有限公司，四川成都 610000）

沥青路面裂缝问题是公路工程质量通病之一。具体采用何种方法对沥青路面裂缝进行修补，应视裂缝的程度、数量、费用、工艺和使用寿命进行综合分析。本文从裂缝产生的原因入手，对沥青路面层间应力进行了较详细的分析，并有针对性地提出了预防裂缝出现的相应措施。

1 裂缝对沥青路面的危害

沥青路面裂缝得不到及时修补时，将对路面的使用寿命和行车舒适性带来重大影响，它主要表现在以下4个方面:

（1）缩短路面的使用寿命。裂缝的初期（1～2年内）对路面的使用性能无明显影响，但随着裂缝增大，雨水或雪水的逐渐侵入，导致裂缝两侧的路面结构或土基含水量增加，甚至达到饱和状态，使承载力明显下降，在大量行车荷载作用下，产生冲刷和唧浆现象，加重路面的破坏。

（2）纵向裂缝容易形成沿行车方向呈台阶状，横向裂缝的唧浆导致裂缝两侧凹陷，均对行车的舒适性带来影响。

（3）桥头跳车处的路面横向裂缝，在路面积水的作用下加速了跳车发展的速度，同时对路基造成冲刷。

（4）块状的路面纵横裂缝如不能及时修补，将很快发展成为网裂，松散或坑槽。导致路面病害的发生，严重影响沥青路面的综合服务水平。

2 沥青路面开裂原因

2.1 行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝

沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下，大于半刚性基层材料的抗拉强度时，半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并使沥青面层也产生开裂破坏。影响拉应力主要因素有面层的厚度、基层本身的厚度、基层的回弹模量和下承层的回弹模量。选取不同的沥青面层厚度和半刚性基层厚度。

在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层，可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小，甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力，这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。但是往往事与愿违，总是在半刚性基层产生裂缝。

2.2 温度裂缝

沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温差大造成的。

（1）低温裂缝。沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松驰性能，温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力，当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时，裂缝就更容易发生。由于沥青路面宽度有限，收缩受路面结构的相互约束小，所以低温裂缝主要是横向的。

（2）温差大造成的裂缝。这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变（或劲度模量）变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松驰性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。

3 裂缝修补方法

由于受半刚性基层、沥青材料、气候、地质条件、施工工艺和行车荷载的影响，高速公路沥青路面裂缝是不可避免的问题，也是养护工作中一项经常性任务。要想使灌缝的质量和寿命提高就必须满足以下3个条件:灌缝材料应具有良好的粘结力（和沥青混合料相融合）；低温状态下具有优良的延伸性和弹性；灌缝材料应具备持久的抗老化和抗疲劳能力。

裂缝的修补具有很强的时限性，安排修补时间不当将大大影响灌缝质量和效果。一般对于北方冰冻地区，沥青路面裂缝的修补时间在每年的三月为宜。修补裂缝的最佳时机为解冻前裂缝达到最大时，若路面已解冻才开始灌缝就不能有效防止雨水的浸入，达不到灌缝的目的。沥青路面裂缝修补方法很多，一般可根据裂缝的宽度和深度确定具体的修补工艺。根据路面裂缝的实际情况，可采用四种方法对裂缝进行养护处理。

3.1 压浆法

在K248+700～K248+900段路面纵向裂缝采取了压浆处理。因该段裂缝宽度达35 mm，路基填土高达20余m，如不进行彻底处治将严重危及路基稳定与行车安全。施工时压入水泥净浆，水泥为325#普通硅酸盐水泥，水泥剂量为350kg/m3，注浆压力为1.5 MPa。压浆前用环氧砂浆对裂缝表面进行封堵，沿裂缝每隔15 m预埋一注浆管，从一端开始，依次注浆直到相邻注浆管溢出浆液为止，压浆前移。如中间有压浆管不能溢出浆液，则将压浆泵移至相邻的下一孔管进行注浆。该段于2000年4月下旬施工，经过2年多行车观测效果良好，未发生继续开裂和其它病害，起到了保护路基稳定和防止雨水的侵蚀作用。

3.2 沥青灌缝

一般采用重交通道路石油沥青AH-90#。首先对沥青进行现场加热，温度控制在150～160℃（其中一部分沥青采用了SBS改性沥青），用铁壶或专用容器将热沥青灌入缝内，一般需浇灌2～3遍，待沥青温度下降至常温后即可开放交通。此种方法操作简单，使用设备和人员修补费用低，速度快，每人每天可完成灌缝250～300 m。但缺点是:①由于裂缝未清扫造成粘结不牢固，一般第二年都需重新灌缝；②夏季气温高时，沥青体积膨胀溢出路面被行车粘走；③每年重复施工，累计费用增加；④长时间人工作业危险性较大。

3.3 溶剂性改性沥青材料灌缝

施工工艺流程为:①先用4～6 MPa压缩空气对裂缝进行清理，一般需2遍；②用竹片或铁铲清除缝中剩余杂物；（3）用改装后煤气罐盛入2/3体积的溶剂改性沥青灌缝（在普通沥青中加入SBR等3种改性剂，常温下具有流动性），并用气泵加压至4 MPa向裂缝中灌入，一般需浇灌2～3遍，直至灌缝材料与路面平齐为止；（4）将过筛细砂撒在灌缝表面，并用铲抹平，即可开放交通。此种方法所用灌缝材料为专用灌缝材料，具有良好的低温稳定性、渗透性，无需加热，设备比较简单，一套设备一天可完成800～1000 m灌缝，灌缝效果较好，使用寿命一般在3～5年。但灌缝材料较贵，约为8000～10000元/t，灌缝费用约为10元/m。

3.4 进口灌缝胶修补裂缝

为了探索沥青路面裂缝修补技术，采用新材料，新工艺。我处于2002年3月引入了进口的高速公路路面裂缝修补技术。在位于K100+441～Kl17+500长17 km软基路段进行了灌缝施工。共计完成裂缝修补35960 m。本次所用灌缝材料为原装进口路面裂缝密封胶。这是一种高分子聚合物橡胶改性材料，常温下外观为固体，用纸箱包装，每箱25kg，使用前加热到188℃成液体状，具有良好的流动性和粘结力，能够同沥青混合料融合到一起。密封胶冷却后，在常温和低温状态下，具有很高弹性，延伸长度约10～15倍，弹性恢复达99%。密封胶在-20～120℃温度范围内能跟随裂缝的扩张与收缩而产生弹性变形，始终保持其稳定的密封作用。其主要技术指标如下:25℃针入度65（0.1 mm）；软化点≥63℃；5℃延度（低温）≥22cm；粘着张力（ASTMD5329）≥500%；施工加热温度188℃。灌缝设备（进口）有2台，一台为MODEL200型开槽机，另1台为MODEL125D型灌缝机。裂缝修补方案:按照国外的沥青路面裂缝修补方案设计可分4种方式。标准槽非贴封式，即开槽深20～50 mm，宽20 mm，密封胶与槽灌平即可不加贴封层；标准槽贴封式，即开槽深20～50 mm，宽20 mm，密封胶灌满缝后，路面加封2～3 mm厚80～100 mm宽贴封层；浅槽贴封式，开槽深5 mm，宽40 mm，灌缝加贴封层式；简单无槽贴封式，适用于裂缝宽度小于3 mm，即不开槽，只在路面裂缝处贴封宽度12.7 mm的密封胶。

这次试验采用了标准槽贴封式修补法，开槽深度和宽度各为20 mm，表面贴封宽度60 mm，厚度2～3 mm。进口灌缝胶裂缝修补工艺流程为:①封闭交通。按照规定摆放安全标志，设专人指挥交通，并根据工程进度随时移动标志牌。②按照要求尺寸沿裂缝方向进行开槽作业。③清理开槽。用高压空气进行吹缝，BE6200型鼓风机可产生6.33kg/cm压力和4.2 m3/mm的气流，能够将开槽后缝内的松散颗粒和杂物彻底清理干净，一般需吹缝2遍。④灌缝前预热。用普通液化气罐外接喷火装置，在实施灌缝前对凹槽加热，温度达到80～100℃即可，有利（中国沥青网sinoasphalt.com）于灌缝胶和沥青混凝土的牢固粘结。⑤灌缝。在密封胶加热温度达到188℃时，加热炉盘自动停止加温进入保温状态，这时用灌缝机自带的具有刮平装置的压力喷头将密封胶均匀灌入槽内。灌缝分二次灌满，第一次灌入槽深的4/5，第二次灌满并在槽口两侧拉成宽60 mm，厚3 mm的贴封层。⑥撒料养护。在刚灌满的密封胶表面撒布石粉或细砂，待灌缝胶冷却至常温后即可开放交通，一般冷却时间为15 min。⑦质量检验。用密封胶修补裂缝，其外观质量验收标准为:密封胶高于路表面2～3 mm；贴封层边缘整齐，灌缝充分饱满，表面平整；无颗粒状胶粒；灌缝胶经行车碾压后不得发生脱落变形。