高等级沥青混凝土路面反射裂缝的形成和防治

武 溢

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)

0 引言

目前，国内外高等级道路面层主要为沥青混凝土材料铺筑而成，在长期的车辆载荷的冲击磨耗和自然因素的多重作用之下，不可避免会出现各种各样的路面病害[1]，其中路面反射裂缝是这些病害(特别是早中期病害)中较为普遍的病害现象。研究沥青路面的特性，分析病害形成的原因，进而尽可能遏制病害的形成，并以合理的工艺对已形成的病害进行必要的处置，恢复和保持道路正常的服务功能，是道路管理和养护工程部门的重要任务。

1 沥青混凝土路面呈现更为优异的路用特性

沥青混凝土路面的材料组成、层间设计和施工工艺赋予其柔性结构独有的力学特性，与水泥混凝土路面相较，沥青路面的下述特点是十分明显的：

1)行车平稳舒适。作为一种柔性面层结构，行车对沥青道路表面施加的冲击能量能够得到较好的吸收，而使施加到车辆上的反射荷载得到有效的遏制和衰减，其结果使得行车平稳和舒适。

2)路面平整度优异。沥青混凝土材料在整个制备过程中的工作温度均明显高于水的沸点，这可由目前在高等级道路中大量采用的SBS改性沥青混合料制备和路面摊铺时各作业节点的工作温度[2]来表述(见表1)。

表1 各作业节点的工作温度

显然，混合料制备和路面摊铺时各作业节点的工作温度均明显超过了水的沸腾和蒸发温度，也就预示着制备好的沥青混合料基本不存在水分(包括液态水和气态水)。这些材料铺装的面层无论是在储存、运输、摊铺、压实过程中，还是在长期的使用状态下，沥青路面不会因水分的蒸发而出现表面变形(这种变形以面层纵向沉陷或平面收缩为主要表现形式)，所以沥青路面会呈现良好的平整度[3]。

3)具有与生俱来的良好的抗滑性能。沥青混凝土材料是由各种级配矿料和路用沥青(包括改善普通沥青路用性能的添加剂，如改性沥青中的SBS，SBR，PE，橡胶粉和掺配在混合料中的木质素纤维等)掺配并强制混合而形成的混合物。这些不同材料，呈现刚和柔的不同特性，也就赋予了沥青路面“刚柔并济”的特点。当上部行车车轮碾压时，柔性材料的“屈服”和刚性材料的“支撑”使得路面的每一个微观局部呈现出优异的抗滑构造。显然，这种抗滑构造能够与沥青路面保持终生而长久存在。这与水泥路面必须由人工制作抗滑构造且使用寿命的“短期行为”形成鲜明的对照。

4)沥青路面旧材料(RAP)易于回收加工再利用。沥青是路面混合料中的粘结剂。作为一种石油加工过程中的最终产品，沥青的材料粘度随本身所处温度的高低成反比。因此，长期使用后呈现病害的旧的沥青路面材料能够容易地在加热到一定温度后呈现松散状态，这为材料的再生利用提供了方便和可能。无论是现场再生利用，还是采用固定场地的再生，路面材料的再生利用不仅较为容易(与水泥混凝土路面相较)，而且能够节约大量宝贵的筑路原材料而呈现明显的经济效益和“固废利用”带来的突出的环境保护社会效益。

另外，沥青路面摊铺完成后，其面层已形成足够的结构强度，能够快速开放交通。这些综合特性使得沥青路面在国内外高等级道路中占有绝大多数(如我国高速公路的沥青路面铺装率为98%以上)。与水泥路面的板块受力不同，沥青路面对下部水泥稳定层的压力属于分散受力，因此在长期的自然因素和人为(车辆碾压)作用的影响之下，容易出现各种各样的局部病害，其中路面反射裂缝更为多见。

2 路面反射裂缝的形成和危害

反射裂缝虽然表现在道路表面，但却主要是因面层下部的承重结构，即水泥稳定层的局部失稳造成的。众所周知，沥青面层的主要功能是承受和抵抗道路表面行车和其他荷载的磨耗，以及对自然和非自然(人为)落水的封闭作用，以保护下部承重结构的安全。因此，水泥稳定层对道路的正常受力是十分重要的。为了达到设定的受力强度，除了水稳层自身的承压强度，而且其下部路基也必须达到足够的承压强度指标。如果这些技术指标低于相应的设计要求，则在道路承重过程中非常容易出现裂缝；另外，若基层强度不足或水稳层本身的承压强度不稳定，则在强度出现差别的地方极易产生断裂带。显然，这些裂缝的出现必然会迅速对其上部的面层产生影响，使面层的局部产生剪切力而出现反射裂缝。

路面的反射裂缝会直接破坏面层的平整度，若不及时处置将会导致沥青面层的二次损坏，这主要表现在由于裂缝的形成而破坏了面层对下部结构的封闭作用而易于造成水分的侵入而出现水毁，结果使得条状裂缝引发路面松散和坑槽等面积损坏，随着车辆碾压和自然因素的作用，道路的整体结构强度会受到削弱，进而严重影响道路的正常通行服务能力。

另外，路面的反射裂缝出现的数量频率与道路的建成通车年限成正比。但随着路基路面的逐步稳定，其产生速率会逐步趋缓。

不同于普通的道路面层裂缝，反射裂缝是因为下层结构失稳造成的，因此是一种由下而上形成的病害，一般会贯穿由基层到面层的整个道路的铅锤截面，故容易造成道路的整体损坏。因此，路面的反射裂缝对道路的损坏更为严重，必须得到及时处置以保护道路的整体安全。同时，裂缝若得不到及时处置，将迅速向周围延伸，大大增加修复工程的难度、工程量和作业成本。

3 路面反射裂缝的预防和处置

如本文前述，路面反射裂缝主要是因为水泥稳定基层的强度不均出现失稳造成的，为了克服这一问题，应在下述工程环节引起特别注意：

1)道路基层和水泥稳定层必须达到合理的压实密实度。

合理的压实密实度是道路承压能力的基础之一。只有达到设定的指标(一般应不低于96%)，道路的承压层才能形成合理的整体承压结构。同时，应特别注意压实强度的连续性，这就要求水稳材料摊铺后，应尽快跟进压实，并注意压实激振力的均匀施加和尽可能连续匀速作业，以使压实层得到均匀的压实应力从而形成足够的结构强度。

2)基层材料应拌和均匀，防止离析。

无论是底基层，还是水泥稳定基层，其材料的组成应尽可能一致，特别是水泥稳定基层的材料还应特别注意拌和的均匀性。为了达此目的，必要时可适当提高拌和时间或增加二次拌和工序；在材料选配、原料运输、拌和进出料、成料装卸和路上摊铺等作业工序要有防离析措施；不建议采用大宽幅的单机作业，如果工程需要，建议采用不大于800 cm的单机多台配合先后跟进协同完成大幅路宽的摊铺。近年来，随着筑路机械的技术进步，各种防材料离析的高水平摊铺机(如变频和变幅螺旋输料等)不断问世，采用这类机器作业对于减少材料的离析具有明显的遏制作用。

3)路面反射裂缝的处置。

采用合理的材料制作和施工工艺能够尽可能减少路面反射裂缝的出现频率，但要彻底杜绝反射裂缝是难以做到的。对反射裂缝的处置主要包括下述工艺方法：

首先分析裂缝的种类。如果仅是因为道路表面原因造成的裂缝，则可采用专用补缝胶或SBS改性沥青通过加热型灌缝机进行灌缝完成裂缝的封闭；如果属于路面反射裂缝，则应开挖裂缝部分，首先对水稳基层的裂缝进行处置，然后对路面的开挖部分进行新混合料摊铺和压实，以恢复道路面层的原有形态。

如果道路基层存在不稳定现象，应首先采取措施加强基层的抗压强度(否则反射裂缝会重新出现)。这种措施主要有增加基层碎石厚度或在基层部位铺设格栅或无纺土工织物等作为加强筋，其主要目的是增加道路基层的抗压和抗剪强度[4]，稳定基层结构，防止因基层不稳和强度不足而再次产生路面反射裂缝。