半刚性基层沥青路面反射裂缝成因及其防治措施

胡波

摘 要：本文结合坦桑尼亚尼雷尔大桥引道工程，首先详细阐述归纳反射裂缝形成与原因，然后针对防治措施，从原材料控制、混合料设计和级配设计等方面出发，提出一种新型应力吸收层夹层，并对其混凝土材料抗弯拉强度和抗压性能进行评价。

关键词：半刚性基层;反射裂缝;防治

在东非国家的国家主干道路中，沥青路面因连续施工、表面平整且易于养护维修等特点得到较广泛的应用，同时沥青混凝土道路基层99%以上都是采用级配机砸碎石、水泥稳定粒料土等半刚性材料，但半刚性基层最大特点为易产生裂缝，并在荷载、环境温度等因素共同作用下，基层裂缝会逐渐扩展延伸到沥青混凝土面层，进而形成反射裂缝，影响道路使用性能和使用寿命。现如今，相关学者针对反射裂缝的防治措施进行了大量研究与实践，其中包括基层预切缝、增设土工布加层等方法，本文结合坦桑尼亚尼雷尔大桥引道工程项目，在应力吸收层研究的基础上，提出一种新型应力吸收层夹层，对应力吸收层混凝土材料抗弯拉性能和抗压性能进行评价研究。

一、反射裂缝形成与成因

（一）反射裂缝形成

该项目临近坦桑尼亚经济首都达累斯萨拉姆港口，引道及匝道桥区域具有车流量大、集装箱拖车载重大、车速快等特点，路面表面在一定期限内出现横向、纵向裂缝和龟裂等病害，其中较大部分裂缝是属于反射裂缝，目前反射裂缝主要存在温度型反射裂缝和荷载型反射裂缝两种。

（二）反射裂缝成因分析

1、干缩开裂。该项目半刚性基层是由水泥和G15粒料高强度土等材料按照设计配合比由路拌机均匀拌和、碾压而成，其强度的形成过程主要依靠大量的水泥物理化学反应。而当基层含水率或养护不足时，基层材料会因缺乏水分而使水泥化学反应不充分，其强度无法达到设计要求，从而容易因体积收缩而产生开裂。

2、原材料不合格。半刚性基层施工过程中，原材料不合格或施工不规范均会引起路面运营过程中产生裂缝。第一是基层粒料土强度低于G15，或者是塑限值（PI）偏高等原材料不合格造成的裂缝。第二是施工过程中基层材料拌和不均匀、配合比不准确、拌和时间过长造成含水率不足或压实不足等因素会引起基层强度不够，在车辆反复作用下，路面极易产生开裂，逐渐延伸扩展形成反射裂缝，进而影响路表使用性能。

3、沥青面层过薄。面层过薄的路面结构同样会导致反射裂缝的产生，相关研究证明，当沥青面层大于150mm时，可有效抵制反射裂缝的发生率，当面层较薄时，在荷载、温度和湿度等综合作用下，沥青层内拉应力比较集中，易使局部拉应力超过路面结构抗拉强度，从而产生裂缝。该项目沥青混凝土面层只有50mm厚。

二、尼雷尔大桥引道工程

（一）工程概况

引道工程包括新建引道和与既有港区城市道路交叉匝道和改道两部分组成，设计为双向四车道，共计5560m。在匝道地势较低的区域设计半刚性路基基层。为防治半刚性基层沥青路面反射裂缝，采用增设应力吸收层抵制反射裂缝的扩展延伸，该段路采用一种新型带有防裂设计的夹层结构用于应力吸收层。

（二）原材料

1、胶结材料：为使新型应力吸收层具有较高强度和稳定性，本项目胶结材料采用具有较高模量的氯丁橡胶改性乳化沥青。

2、级配集料：考虑到新型夹层的应力吸收效果，机砸和天然粒料集料颗粒级配的组成至关重要，混合料要形成致密稳定的结构，不仅需要具有足够数量的粗集料骨架作用，还要有充足的细集料进行填充。集料最大粒径为13mm，填料为4%的水泥。

3、混合料设计：应力吸收层的含水量对其强度和使用性能具有很大影响作用，含水量较小时，施工和易性很难达到要求，不利于混合料的摊铺，且在拌和时混合料不宜拌和均匀，影响混合料性能;而当含水量较大时，容易造成混合料摊铺过程中的稀浆现象，施工完成后路面易出现松散病害，从而影响道路使用寿命。该应力吸收层混合料水分主要分为乳液中的水和外加水，根据室内稠度试验，确定应力吸收层混合料外加水量控制在4%～6%范围内。

胶结料的用量同样是混合料设计中的重要因素，最佳沥青用量的混合料既能最大限度发挥材料强度，又能节约资源满足经济型要求。根据达市大学实验室室内湿轮磨耗试验和碾压试验确定胶结料最佳用量范围为13.2%～16.8%。

三、路用性能检测

通常认为，材料的劲度越小，混合料的抗裂性能越强;抗拉强度越大，混合料的破坏应变越大，即抗裂性越好。合同中AASHTO规范和 cmL实验室要求，对应力吸收层材料路用性能进行评价。

（一）抗弯拉试验

根据AASHTO和 cmL要求，采用小梁弯曲试验确定应力吸收层沥青混合料的抗弯拉强度和弹性性能。在常温条件下，应力吸收层混凝土材料的抗弯拉强度平均值为1.06254MPa，弯拉应变为10.38%;实验室5℃低温条件下应力吸收层混凝土材料抗弯拉强度为1.1693MPa，弯拉应变为9.59%。其强度与普通混凝土相差不大，但应变远远高于普通沥青混凝土，说明该新型应力吸收层具有良好得变形能力。

（二）抗压强度与回弹模量试验

根据AASHTO和 cmL要求，采用单轴压缩试验确定新型应力吸收层混凝土材料抗压强度和回弹模量。在常温条件下，新型应力吸收层混凝土材料抗压强度平均值为2.88MPa，抗壓回弹模量为313.10MPa;实验室5℃低温时新型应力吸收层抗压强度为3.24MPa，抗压回弹模量为345.63MPa。说明该应力吸收层较普通沥青混凝土具有较高的抗压模量，可推断出具有良好的抗反射裂缝能力。

四、结语

半刚性基层反射裂缝的防治，是大幅度提高道路使用性能的重要手段，做好防治措施，可有效延长道路使用寿命。本文结合实际工程项目应力吸收层设计、施工基础，从原材料控制、配合比设计、混合料设计等方面出发，提出一种新型应力吸收层。结果表明：该新型应力吸收层抗弯拉性能与抗拉强度均远远大于普通沥青混凝土，可推断出具有良好的抗反射裂缝能力。

参考文献：

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