王海能

摘要：本文通過對半剛性基層瀝青路面裂縫形成原因的分析，指出半剛性基層瀝青路面中基層和面層的溫度收縮裂縫是半剛性基層瀝青路面裂縫產(chǎn)生的主要因素，并根據(jù)裂縫形成機(jī)理提出了相應(yīng)的防治措施。

關(guān)鍵詞：半剛性基層；裂縫；原因；防治

目前在我國高等級公路建設(shè)中，半剛性基層瀝青路面是路面結(jié)構(gòu)的主流模式。半剛性基層瀝青路面具有高強(qiáng)度、良好平整度和良好抗疲勞性能等特點, 在我國已完成的高等級公路中，95％的里程采用了半剛性路面。但是在半剛性路面在我國大量投入使用的過程中，出現(xiàn)的比較嚴(yán)重的路面裂縫問題。路面開裂后水分通過裂縫滲到路面基層、底基層甚至土基,削弱基層、土基的強(qiáng)度,使路面強(qiáng)度大大降低并產(chǎn)生沖刷和唧泥現(xiàn)象，使裂縫加寬，裂縫兩側(cè)的瀝青路面破碎，從而加劇路面的破壞,縮短路面的使用壽命。因此必須充分重視半剛性瀝青路面裂縫的產(chǎn)生及其影響，深入研究其形成機(jī)理并采取合理的防治措施進(jìn)行預(yù)防和延緩裂縫的產(chǎn)生，以使半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，從而進(jìn)一步推動我國高等級公路的發(fā)展。

1 裂縫形成原因

瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的。瀝青和瀝青混合料的性質(zhì)、基層材料的性質(zhì)、氣候條件、交通量和車輛類型以及施工因素等都會對裂縫的形成和發(fā)展程度產(chǎn)生很大的影響。但就瀝青路面開裂的主要原因而言，裂縫分為兩大類：荷載型裂縫和非荷載型裂縫。

1.1 荷載型裂縫

荷載型裂縫，即主要由行車荷載作用而產(chǎn)生的裂縫。主要半剛性基層和瀝青面層的疲勞壽命有關(guān)。在車輪荷載的反復(fù)作用下，若半剛性基層的底部產(chǎn)生的層底拉應(yīng)力大于半剛性基層材料的抗彎拉強(qiáng)度，則半剛性基層的底部很快開裂，隨之在車輛荷載的反復(fù)作用下，裂縫逐漸擴(kuò)展到上部并使瀝青面層也開裂破壞。這類裂縫往往是稠密的、有時互相聯(lián)系的裂縫，甚至是網(wǎng)狀的裂縫。造成荷載型裂縫產(chǎn)生的原因可能有：

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或厚度不足，致使路面強(qiáng)度不夠或不能滿足交通量和汽車荷載的迅速增長；半剛性基層基層材料中集料的級配設(shè)計不合理，從而導(dǎo)致疲勞壽命降低；施工質(zhì)量不好，無機(jī)結(jié)合料沒有充分拌合，出現(xiàn)大范圍的離析現(xiàn)象。

1.2 非荷載型裂縫

非荷載型裂縫包括溫度收縮裂縫和干燥收縮裂縫

1.2.1 溫度收縮裂縫

溫度收縮裂縫包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫。在我國的北方大部分使用半剛性基層瀝青路面的地區(qū)所出現(xiàn)的裂縫大部分是由溫度收縮裂縫造成的。低溫收縮裂縫是由于冬季隨著溫度下降,材料開始收縮,而由于基層在路面結(jié)構(gòu)中受到約束,當(dāng)氣溫大幅度下降時,基層材料中的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變一旦超過材料的抗拉強(qiáng)度或極限抗拉應(yīng)變而引起基層的開裂。溫度疲勞裂縫主要發(fā)生在太陽照射強(qiáng)烈、日溫差大的地區(qū)，溫度應(yīng)力日復(fù)一日地反復(fù)作用在基層中,使基層產(chǎn)生疲勞開裂.由此產(chǎn)生的裂縫稱為溫度疲勞裂縫。

瀝青面層的溫度收縮裂縫：在寒冷和較寒冷的地區(qū)，一旦氣溫大幅度下降，在瀝青面層會產(chǎn)生很大的溫度梯度，瀝青面層內(nèi)部和底部始終有一溫差，瀝青面層愈厚，溫差就愈大。由此在瀝青面層產(chǎn)生的溫度收縮應(yīng)力就有所不同，其中瀝青面層表面產(chǎn)生的收縮應(yīng)力最大。一旦這個應(yīng)力超過瀝青面層某一薄弱面（或點）混合料的抗拉強(qiáng)度，面層的表面就要首先開裂。隨著持續(xù)低溫或又一次降溫的到來，在裂縫尖端會產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，使裂縫向下延伸并逐漸穿透整個瀝青面層。

半剛性材料基層的溫度收縮裂縫：在底基層和瀝青面層的約束下,半剛性基層材料碾壓成型后產(chǎn)生溫差ΔＴ引起的溫度收縮應(yīng)變超過半剛性基層材料的極限拉伸應(yīng)變值時,基層便會出現(xiàn)裂縫。

1.2.2 干燥收縮裂縫

新鋪的半剛性基層隨著混合料中水分的減少要產(chǎn)生干縮和干縮應(yīng)力。由于材料的應(yīng)力松弛性質(zhì)和材料強(qiáng)度隨齡期增長，材料的抗應(yīng)變能力增強(qiáng)，所以干縮應(yīng)力在施工后的幾天內(nèi)即達(dá)到最大值，隨后就降低。半剛性基層干燥收縮裂縫的產(chǎn)生可能有以下幾個原因：

半剛性基層在攤鋪成型后未得到合適養(yǎng)生，在壓實后幾天內(nèi)產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，而此時混合料的抗拉強(qiáng)度還不大，易產(chǎn)生干縮裂縫；半剛性基層在養(yǎng)生結(jié)束后，如不及時鋪筑瀝青封層和瀝青面層，讓其曝曬，隨曝曬時間增長，也會產(chǎn)生干縮裂縫；

1.3 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,主要與基層和面層材料的溫度收縮性質(zhì)有關(guān)，同時與材料性能、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一定的關(guān)系。

2 防治措施

2.1 避免荷載型結(jié)構(gòu)性破壞裂縫

減輕半剛性路面裂縫的首要措施是從設(shè)計上不發(fā)生荷載型結(jié)構(gòu)性破壞裂縫。因此在設(shè)計中應(yīng)該考慮到下列因素：半剛性基層和半剛性底基層底面拉應(yīng)力；半剛性材料層的厚度；半剛性基層材料的疲勞壽命。

2.2 減輕非荷載裂縫的措施

2.2.1 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。

2.2.2 選擇合理基層材料

對半剛性基層無機(jī)結(jié)合料,從目前情況來看應(yīng)通過試驗確定其最佳組成,尤其是集料級配，盡量使用骨架密實型級配，以便使其抗裂性能盡量符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的要求；同時可適當(dāng)加入有助于提高早期性能的外加劑,減少水泥用量，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),增強(qiáng)抗裂性能,減少基層自身裂縫。

2.2.3 防止或延緩基層開裂

提高材料抗裂性能：造成面層反射裂縫的原因在于半剛性基層材料的開裂,而決定半剛性基層開裂的主要因素是其材料的脹縮系數(shù),因此盡量采用脹縮系數(shù)小的材料作為基層或者采取措施盡量使材料脹縮系數(shù)變得小一點。有很多措施減少半剛性基層的收縮和收縮裂縫以及避免沖刷唧漿現(xiàn)象。這些措施包括：盡量使用骨架密實結(jié)構(gòu)礦料級配；減少水泥的用量；控制粒料中細(xì)料含量和塑性指數(shù)；水泥穩(wěn)定粒料的混合料設(shè)計應(yīng)使混合料的收縮應(yīng)變不大于200με；控制此粒料中粒徑在0.075mm以下細(xì)料含量，如果有條件的情況下盡量不使用。

改善約束條件：設(shè)置粒料過渡層或裂縫隔斷層；使用土工布、玻璃纖維格柵等作為應(yīng)力吸收層；進(jìn)行預(yù)鋸縫處理；

使用作用明顯的透層油和粘層油，盡量使底基層、基層和面層形成一個整體，這樣既有助于防止裂縫在層與層之間傳遞，同時可以提高整個路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

2.2.4 施工時應(yīng)注意事項

加強(qiáng)半剛性施工時的原料質(zhì)量控制，特別是我國北方、西部大量使用的水泥穩(wěn)定砂礫基層中，控制砂礫中粒徑在0.075mm以下細(xì)料含量對于基層裂縫產(chǎn)生的減少有很重要的作用；根據(jù)天氣和溫度情況嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時含水量,混合料的含水量不能超過壓實需要的最佳含水量;施工時要嚴(yán)格控制攤鋪機(jī)的攤鋪質(zhì)量，減少離析的發(fā)生；半剛性基層碾壓完畢,要及時養(yǎng)生; 半剛性基層碾壓完畢或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后應(yīng)用乳化瀝青做透層或封層；充分利用某些天然條件,如利用夜間或有利的低溫季節(jié)進(jìn)行半剛性基層的施工以降低施工時溫度。

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