淺析半剛性基層的瀝青路面反射裂縫形成原因與防治
摘要：路面裂縫不僅影響路面美觀﹑減低平整度，而且會削弱路面的整體平整度。特別是路面開裂后水份通過裂縫滲到路面基層﹑低基層甚至土層，削弱基層﹑土層的強(qiáng)度，從而加劇路面的破壞，縮短路面的使用壽命。文章主要針對半剛性基層的瀝青路面反射裂縫形成與防治進(jìn)行了分析與探討。
關(guān)鍵詞：半剛性路面,反射裂縫,防治
一、反射裂縫的形成原因
對于半剛性基層瀝青路面，反射裂縫指由于半剛性基層在溫度梯度和濕度變化下產(chǎn)生收縮開裂，此種基層材料先開裂而后沿開裂基層向上方反射到瀝青面層而形成的裂縫，或者在行車荷載作用下，裂縫沿已開裂半剛性基層向上擴(kuò)展而形成的裂縫。很顯然，反射裂縫的產(chǎn)生主要是剛性基層已先開裂，再經(jīng)行車或溫度、濕度變化而引起瀝青面層裂縫。
1.反射裂縫產(chǎn)生的主要類型與原因
(1)溫度型反射裂縫。溫度型反射裂縫有兩種，一種是在開裂基層(或老路)上鋪厚瀝青面層后，在冬季突然降溫過程中，基層(或老路)的裂縫會由于溫度收縮而繼續(xù)拉開，它將給產(chǎn)生溫度收縮的新鋪瀝青面層增加一個附加拉應(yīng)力;兩個拉應(yīng)力疊加一旦超過瀝青混合料抗拉強(qiáng)度，新瀝青面層的表面在基層(或老路)裂縫的上方開裂，并逐漸向下延伸，直到與老路的裂縫相連，這樣形成的裂縫通常稱為低溫收縮裂縫。另一種裂縫主要發(fā)生在晝夜溫差比較大的地方。在開裂基層(或老路)上鋪薄瀝青面層的情況下，裂縫將從面層底面開始，面層底面一旦開裂，除在負(fù)溫差下縫端有拉應(yīng)力外，在正溫差(升溫造成的溫差)下縫端產(chǎn)生的拉應(yīng)力更大。由此產(chǎn)生的裂縫稱之為溫度疲勞裂縫。
(2)荷載型反射裂縫。當(dāng)行車荷載經(jīng)過接縫或裂縫時，在面層中產(chǎn)生的應(yīng)力影響線可分為三個階段：一是軸載位于接、裂縫一側(cè)時，接、裂縫兩側(cè)產(chǎn)生較大的相對位移，在瀝青面層中造成較大的剪切應(yīng)力;二是軸載位于接、裂縫頂面時，兩側(cè)無相對位移或相對位移較小，瀝青面層主要承受彎拉應(yīng)力作用;三是軸載駛離接、裂縫時，在面層內(nèi)產(chǎn)生與第一次方向相反的剪切應(yīng)力。在整個過程中瀝青面層受到兩次剪切一次彎拉作用，其直接結(jié)果是引起反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，荷載因素是引起反射裂縫的一個重要因素。
2.反射裂縫的擴(kuò)展
瀝青面層的反射裂縫從其產(chǎn)生到整個路面破壞，中間要經(jīng)歷一個裂縫擴(kuò)展階段，即反射裂縫在罩面層厚度方向上的縱向擴(kuò)展和其在表面的橫向擴(kuò)展。
(1)反射裂縫的縱向擴(kuò)展。斷裂力學(xué)認(rèn)為，裂縫的擴(kuò)展有三種位移模式：張開模式、剪切模式和撕開模式，其中，溫度應(yīng)力對反射裂縫影響的模式為張開模式;行車荷載對反射裂縫影響的主要模式為張開模式和剪切模式。當(dāng)車輪駛經(jīng)裂縫的正上方時，以張開模式來引起反射裂縫;在裂縫之前和之后的位置，主要以剪切模式影響反射裂縫。撕開模式在罩面層中不常出現(xiàn)。與張開模式相對應(yīng)的溫度型反射裂縫通常產(chǎn)生于薄層罩面層底部，而后向上逐漸擴(kuò)展到罩面層頂面。當(dāng)瀝青罩面層或面層較厚且氣溫較低時，裂縫產(chǎn)生在罩面層或面層的頂面和底面，而后向罩面層或面層中間擴(kuò)展，形成所謂對應(yīng)裂縫。對于正荷載作用下的張開模式所對應(yīng)的反射裂縫，一般產(chǎn)生于罩面層底面，在周期性荷載的作用下垂直向上擴(kuò)展。在偏荷載作用時，反射裂縫以剪切模式在罩面層中向上擴(kuò)展，其擴(kuò)展路徑在罩面層中是沿大約45°角的方向向上擴(kuò)展。當(dāng)車輪荷載(偏荷載)和溫度應(yīng)力共同作用于復(fù)合罩面結(jié)構(gòu)時，裂縫的擴(kuò)展界于偏荷載和溫度應(yīng)力單獨作用時裂縫擴(kuò)展路徑之間，比偏荷載作用時的裂縫擴(kuò)展路徑更垂直一些。
(2)反射裂縫的橫向擴(kuò)展。裂縫發(fā)展過程是首先應(yīng)在道路表面某些位置產(chǎn)生，然后再向兩側(cè)擴(kuò)展。一般情況下，反射裂縫多出現(xiàn)在輪跡處。環(huán)境因素會加速反射裂縫的擴(kuò)展。裂縫一旦出現(xiàn)，水分的浸入、氧化以及行車荷載的反復(fù)作用，常常加速反射裂縫向四周擴(kuò)展。即使裂縫貫穿于整個路面寬度，也不會影響行車的舒適性。各地區(qū)的溫度狀況不同，各路段的交通條件和現(xiàn)有路面的結(jié)構(gòu)狀況也不相同，因而，反射裂縫的產(chǎn)生有可能主要是溫度原因引起的，也有可能主要是荷載作用引起的，或者是溫度和荷載共同作用所造成的。對于基層裂縫引起的反射裂縫而言，主要是由于溫度引起的，行車荷載在其形成的后期起到促進(jìn)作用，但較薄的瀝青面層和較厚的瀝青面層的反射裂縫產(chǎn)生的機(jī)理不同;對于舊水泥砼接縫上的瀝青罩面層中出現(xiàn)的反射裂縫而言，主要是由于荷載原因引起的，行車荷載的施加速度遠(yuǎn)高于溫度變化產(chǎn)生的面板伸縮位移的速度，特別是偏荷載作用。
二、防治措施
1、選擇合理面層材料。面層瀝青應(yīng)選用勁度模量大﹑溫度敏感性能低的瀝青或改性瀝青，采用一定級配的集料，必要時可在瀝青混合料中加土工合成材料以提高其韌性，減少瀝青面層自身溫濕效應(yīng)并增強(qiáng)對基層可能形成反射裂縫的預(yù)防。
2、選擇合理基層材料。對半剛性基層無機(jī)結(jié)合料，應(yīng)通過試驗確定其最佳組成，以便使其抗裂性能盡量符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的要求，必要時可加入早強(qiáng)劑以提高早期強(qiáng)度，增大其彎拉強(qiáng)度而使彎拉模量變化不大，減弱溫濕效應(yīng)，提高耐用性，增強(qiáng)拉裂性能，減少基層自身裂縫或使其不產(chǎn)生裂縫。
3、進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計。在路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計方面，可通過修路試路段的方法提出適合地區(qū)特征的典型路面結(jié)構(gòu)模式，確定最佳瀝青面層厚度。使結(jié)構(gòu)組合在力學(xué)上合理，所選用的瀝青面層厚度不至太薄而足以抵抗基層裂縫反射對面層的影響，又不至于太厚而失去經(jīng)濟(jì)上的意義。設(shè)置10～15cm處治碎石上基層對吸收和消弱半剛性基層裂縫尖端應(yīng)力和應(yīng)變，減少和延緩反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展具有較好的效益。
4、保持面層功能完備。面層施工中，對于多層瀝青層結(jié)構(gòu)，在多面層之間鋪設(shè)土工織物等進(jìn)行面層整體強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)，增強(qiáng)面層自身的抗裂能力，保持瀝青路面面層本身功能的完備性以減弱基層反射裂縫影響也是一種行之有效的方法。
5、防止基層開裂。在基層施工中，應(yīng)注意濕治養(yǎng)生并及時做封層處理以防止基層初期破壞和干縮裂縫產(chǎn)生，在基層采用預(yù)留縫(縫深不小于1/2板厚)，在縫處鋪設(shè)土工織物防止不規(guī)則裂縫產(chǎn)生。確定基層的壓實度并充分注意其壓實的均勻性，防止基層不均勻沉陷而導(dǎo)致開裂。對于已發(fā)生初期裂縫的基層應(yīng)全面而詳細(xì)地調(diào)查，如果裂縫較嚴(yán)重，則應(yīng)采取切割﹑開挖的辦法并利用合適的材料重新鋪設(shè)基層;如果裂縫輕微則可采用在基層頂面沿路幅全幅鋪設(shè)土工織物或瀝青橡膠應(yīng)力吸收薄膜的措施。當(dāng)基層不預(yù)留縫時，可以采取與裂縫輕微的相同辦法進(jìn)行防治。
6、施工注意事項。作為防治半剛性基層瀝青路面反裂縫重要措施的土工織物的應(yīng)用，在施工中應(yīng)注意清除鋪設(shè)層面的雜物，并使其鋪設(shè)牢固﹑順直﹑搭接合理(一般10～20cm為宜)﹑粘層油溫度適中，避免人為或施工機(jī)具對其損壞而達(dá)不到預(yù)期效果。而對瀝青橡膠，在施工中應(yīng)重視瀝青的稠度，橡膠粉的品種﹑細(xì)度和含量，攪拌溫度與時間，并與施工方法密切結(jié)合，切忌在潮濕的半剛性基層上直接鋪瀝青橡膠應(yīng)力吸收薄膜，應(yīng)在基層鋪一層下封層并使其干燥以保證其質(zhì)量。
三、結(jié)語
綜合以上分析，半剛性基層瀝青路面的反射裂縫形成有復(fù)雜的原因，與材料性能﹑結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計﹑溫濕循環(huán)﹑車輛荷載疲勞作用以及施工工藝有關(guān)。其防治是一項復(fù)雜的工作，必須根據(jù)相關(guān)因素做出全面考慮，采取切實可行的措施才能取得預(yù)期的效果。
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