沥青路面裂缝的成因及其防治与修补技术

2022-08-23秦泽豹

四川水泥 2022年8期

关键词：沥青路面沥青荷载

秦泽豹

（中交远洲交通科技集团有限公司，河北石家庄 050037）

0 引言

沥青路面因其平整度好、整体性强、便于维修等优点，在新建和改造的公路中得到了广泛的应用[1-5]。由于我国交通情况复杂，沥青路面受到各种车辆荷载和外界因素的影响，导致性能劣化，产生各种病害，从而影响沥青路面使用寿命。

裂缝是沥青路面的主要病害类型，当沥青路面产生裂缝时，裂缝尖端的应力集中现象会进一步加剧裂缝发展，最终影响路面结构层，加速道路路面性能下降[6]。因此，裂缝的产生机理、防治措施和修复技术成为工程技术人员关注的热点问题。

本文根据已有的研究成果，对沥青路面的裂缝成因进行分析，阐明了沥青路面裂缝的防治关键点和常用的修复技术，可为工程技术人员提供参考。

1 沥青路面裂缝类型及成因分析

随着道路投入运行时间的增长，无论是柔性基层还是半刚性基层的沥青路面均会产生裂缝。根据产生机理的不同，裂缝的类型可分为荷载裂缝、温度裂缝和反射裂缝。

1.1 荷载裂缝

车辆荷载的长期作用是导致沥青路面产生荷载型裂缝的重要因素，形成荷载型裂缝的机理主要有两种。

（1）车辆荷载的连续作用，导致基层的拉应力降低。当车辆荷载产生的拉应力大于基层材料的拉应力时，底部开裂，之后随着车辆荷载的持续作用，底部裂缝反射至上部，致使沥青面层开裂。

（2）在车辆荷载作用下，其轮迹与沥青路面交界边缘会产生较大的剪切应力，形成路表纵向裂缝。调查表明，车辆荷载作用下产生的裂缝也可以是从路面往基层发展，不一定是由基底向路面发展。

沥青路面荷载裂缝产生的主要因素包括结构设计不合理、施工质量差、材料性能不足等。典型的荷载型裂缝如图1所示。

图1 荷载裂缝示意图

1.2 温度裂缝

沥青路面的横向裂缝（如图2所示）大都是温度裂缝，分为低温开裂和温度疲劳开裂两种情况。

图2 温度裂缝示意图

（1）低温开裂一般是因为交通路面昼夜温差大造成的。当温度突然降低时，虽然沥青路面的强度得到提升，但是其变形能力则会下降；温度的降低，还会使沥青路面面层和底层产生温度梯度，导致路面面层和底层分别产生拉应力和压应力。在正常的温度范围内，沥青路面变形产生的应力能够随时间松弛，但是较快降温，使沥青路面产生的应力不能及时得到松弛，加上强度增加导致的变形能力下降，综合作用之下，产生裂缝。

（2）温度疲劳开裂一般发生在温度不是很低，但是变化较频繁的地区。高低温循环变化的情况下，产生的温度应力会使沥青混合料的劲度模量和极限拉伸应变能力下降，应力松弛能力降低。因此在温度不是很低的情况下产生裂缝，并随着路龄的增长，裂缝不断增加。

1.3 反射裂缝

沥青路面产生反射裂缝的根本原因是交通荷载作用下的拉应力和温度变化作用下的收缩应力耦合作用，在基层产生应力集中，当拉应力超过基层的抗拉强度时，沥青路面基层开裂，并逐步向上扩展，形成反射裂缝。

2 沥青路面裂缝的预防措施

沥青路面基层需要在原材料、沥青层厚度、集料拌和等方面采取有效措施，才能有效预防裂缝的产生。

2.1 优选材料

集料方面，为了确保基层表面的平整度和均匀性，避免表面离析，不建议采用粒径过大的粗集料。粗集料应保证干燥、形状规则、有较强的耐磨性和强度[7]。尽量选择颗粒级配较好的细集料，能有效降低水泥混合料的水泥用量，提高稳定性。

沥青混合料方面，为了防止温度裂缝的产生，要选择松弛性较好的优质沥青材料，可有效松弛沥青路面因温度变化而产生的应力，保证沥青层有较强的抗温度变形能力，在满足稳定性的条件下，尽量选用针入度大的沥青材料。

2.2 加强设计

沥青层厚度应该根据不同的地区选取对应的厚度参数，一般在试验路段按照规范要求进行基层检测，预防干缩裂缝和温度裂缝的产生。

在沥青路面中设置中间层，可有效防止基层裂缝延伸至其他结构层，保证各个结构层的稳定。也可铺设玻纤格栅，提高沥青路面抗低温开裂的能力，有效防止底层裂缝向路面反射。

在沥青材料的拌和中可掺入其他材料，以增强沥青路面抗裂能力。如掺入石棉纤维[8]材料可以有效防止温度裂缝产生，使沥青路面在较高的温度下依旧能保持较好的稳定性；掺入自愈合微胶囊[9]，使沥青路面具有自愈合微裂缝的能力。

2.3 控制拌和

严格根据设计要求控制水泥用量，水泥用量过少会降低沥青路面的稳定性，用量过大则会加快沥青老化，提升开裂的风险。

严格控制拌和料用水量，含水量过大不仅会使沥青混合料难以压实，还会将水泥浆等浆料提到碾压层表面，造成底部浆料过少，大幅降低基层强度，容易产生裂缝，含水量过小则直接影响混合料的强度，难以碾压密实，容易产生细小裂缝[10]。

拌和时，还应该控制拌和时间在1min以上，确保沥青混合料拌和均匀。

综上所述，提高沥青路面的抗裂能力，可以通过采取优质的原材料，设计方面采取有效的控制措施，如设置中间层和掺入其他材料等，以及控制拌和料的用量和拌和时间。

3 沥青路面裂缝修补技术

采取有效的裂缝预防措施，能防止沥青路面裂缝产生，但也很难实现完全不产生裂缝的情况。当沥青路面产生裂缝需要修复时，可采用的修复技术有无损贴缝技术、开槽灌缝技术、路面再生技术等，本文重点介绍无损贴缝技术和开槽灌缝技术。

3.1 无损贴缝技术

对于裂缝宽度小于5mm，破坏深度浅的沥青路面，建议采用无损贴缝技术。该技术采用的自粘贴缝带主要成分是高分子聚合物，其粘贴效果好、施工工艺简单、修复开放交通时间快，是无损修复沥青路面裂缝的常用技术，具体施工工艺如下：

（1）检测裂缝宽度，根据测量的裂缝宽度，选择采用的贴缝带规格，通常对于宽度小于5mm的沥青路面裂缝，采用规格为5cm的贴缝带。

（2）依据《公路养护安全作业规程》JTG H30-2015[11]进行交通路面的安全布控，设置专门的交通指挥人员和安全专员，要求相关的人员、材料、机器就位，各司其职。

（3）使用吹风机、刷子等工具清洁和平整裂缝，使裂缝无凸起、松散或油痕等污物，以确保贴缝带修复效果。如果裂缝宽度大于5mm，需先灌注高分子密封胶。

（4）将贴缝带的隔离纸撕去，粘性面朝下，对准裂缝中心线，将贴缝带平整的贴上。之后用滚筒碾压，直至贴缝带熨贴至地面，以确保贴缝带和路面合为一体。

（5）贴缝带粘贴完成，无气泡、褶皱，并将端部处理完毕后，即可开放交通。

需注意的技术要点：施工温度低于15℃时，需要先刷胶或用柴汽混合油（柴油和汽油比例1:1）刷在裂缝两侧，再粘贴，或采用加热方式进行粘贴；不规则的裂缝，可将贴缝带裁剪，按照裂缝走向进行粘贴，在贴缝带的重合处，形成80~100mm的重叠厚度。

3.2 开槽灌缝技术

对于裂缝宽度大于5mm，破坏深度较深的沥青路面，建议采用开槽灌缝修补。该技术的原理是开槽使裂缝上部形成渗流通道，增加灌注材料和裂缝壁面的接触面积，通过利用灌注材料自身的流动性和渗透性渗入深层裂缝，达到填补和修复路面裂缝的目的。开槽灌缝技术修补后的沥青路面抗拉应力、抗剪应力和耐久性都能得到提高，是修复沥青路面深度裂缝的主要技术，具体施工工艺如下：

（1）对检测路段裂缝进行调查，分析裂缝成因，对于宽度大于5mm的沥青路面裂缝，采用开槽灌缝技术。

（2）调查该路段交通量，避免高峰期施工，依据《公路养护安全作业规程》（JTG H30-2015）进行交通路面的安全布控，设置专门的交通指挥人员和安全专员，要求相关的人员、材料、机器就位，各司其职。

（3）采用开槽机沿沥青路面裂缝进行跟踪开槽，切出规则整齐的槽口。

（4）采用吹尘机、钢丝刷等工具，对槽口进行清缝处理，将槽内碎渣和裂缝两侧至少50cm范围内的污物清理干净。

（5）用热气喷枪对裂缝缝隙进行加热除潮，除去潮气的同时使裂缝产生热接触效应，便于灌缝料和缝壁、缝底的粘结。之后用灌缝机将灌缝料填入裂缝中，使填缝料充盈饱满并溢出1cm左右。

（6）一般在施工结束后15min可开放交通。

需注意的技术要点：禁止开槽机停顿或掉头，控制沥青路面开槽宽在1.5~2cm、深1~3cm；严禁在潮湿或温度低于5℃时的条件下施工，否则会降低灌缝料的粘合力，造成脱落，影响施工质量；应注意控制施工温度，如FG903填缝料，在175~190℃之间。