郝金有

(洛陽路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司)

1 溫度裂縫

1.1 溫度裂縫形成的原因

(1)低溫縮裂形成的原因。

瀝青路面和半剛性基層多在高溫夏季和常溫時施工成型,入冬后溫度驟降,混合料遇收縮,在收縮過程中受到下層(基層或底基層)的約束產(chǎn)生收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力)。如果收縮應(yīng)力大于當(dāng)時的極限抗拉強(qiáng)度,就會產(chǎn)生溫度收縮裂縫,一般為橫向裂縫,寬度約為 2～16mm。溫差越大,溫度變化越快,則約束越大,混合料就容易開裂。路面開裂發(fā)展的過程及應(yīng)力分布規(guī)律是:當(dāng)混合料由于溫度下降產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其材料抗拉強(qiáng)度時就開始出現(xiàn)第批裂縫,路面開裂后應(yīng)力重新分布,如果此時刻溫度應(yīng)力超過混合料的抗拉強(qiáng)度,則產(chǎn)生第批裂縫,應(yīng)力再重新分布,直到溫度應(yīng)力小于或等于混合料極限抗拉強(qiáng)度時,裂縫的數(shù)量即停止發(fā)展。

(2)溫度疲勞裂縫形成的原因。

如果日溫差較大,由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度疲勞,使瀝青混合料的極限抗伸應(yīng)變(或者勁度模量)變小,加上瀝青的老化使其應(yīng)力松弛性能降低最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。

1.2 溫度裂縫的防治措施

采用溫變系數(shù)小、溫度敏感性小的筑路材料,防止路面因溫度而開裂或變形;科學(xué)合理地設(shè)計混合料,嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,重點控制混合料的壓實度和碾壓時溫度;選用適當(dāng)?shù)臑r青膠結(jié)料,有效的防止瀝青混合料開裂和變形。

2 反射裂縫

2.1 反射裂縫及其類型

瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的,影響裂縫輕重程度的主要原因有瀝青和瀝青混合料的性質(zhì)、基層材料的性質(zhì)和狀況、氣候條件、交通量和車輛類型及施工因素等。但就瀝青路面開裂的主要原因而論,可以分兩大類,即荷載型裂縫和非荷載型裂縫。瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是由溫度引起的,在已開裂的老瀝青路面上或在有接縫(或裂縫)的舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青罩面層,以及在有裂縫的基層上鋪瀝青混凝土面層后,原先的裂縫或接縫在新鋪的瀝青面層的相同位置處重新出現(xiàn)。以往在研究這一問題時,主要考慮了行車荷載作用并得出結(jié)論,下層裂縫引起裂縫上方面層底面先開裂并逐漸向上穿透到表面,所以習(xí)慣上將其稱為“反射裂縫”,在很多文獻(xiàn)中仍統(tǒng)一稱為反射裂縫。

沙慶林院士根據(jù)其研究結(jié)果提出“對應(yīng)裂縫”的概念,即瀝青路面結(jié)構(gòu)由于基層(或老路面)開裂促成較厚的瀝青面層(或罩面層)由頂面到底面產(chǎn)生的裂縫?？偨Y(jié)上述各種情況,廣義的反射裂縫從其裂縫擴(kuò)展路徑上可分為反射裂縫和對應(yīng)裂縫兩種,從其形成的主要原因上可分為溫度型反射裂縫和荷載型反射裂縫。

2.2 反射裂縫的產(chǎn)生

一般認(rèn)為,反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展是由于老路面或開裂基層在接縫或裂縫處不能很好地傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力,當(dāng)接縫或裂縫兩側(cè)的老路面或基層發(fā)生移動(水平向、豎向)時,在接縫或裂縫頂面的瀝青層中產(chǎn)生應(yīng)力集中,其結(jié)果是造成反射裂縫。而老路面或基層的移動是溫度變化、行駛車輛以及兩者綜合作用的結(jié)果。為方便起見,通常把溫度變化引起的反射裂縫稱為溫度型反射裂縫;相應(yīng)地,把行車荷載引起的反射裂縫稱為荷載型反射裂縫。

2.3 反射裂縫的防治對策及處理方法

根據(jù)其結(jié)構(gòu)層次的不同,大致可分為 3類:改善瀝青罩面層性能、設(shè)置中間夾層和處治老路面層。在老瀝青混凝土路面上鋪瀝青罩面層時,采用下列措施可延緩反射裂縫:(1)用低稠度(針入度 200～300)高粘度優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青混凝土罩面層;(2)加熱翻松重新拌和老路面,并加一新瀝青混合料層;(3)聚合物改性瀝青中間層 SAMI(應(yīng)變消減/應(yīng)力吸收膜中間層),同時用聚合物瀝青或其他優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青罩面;(4)優(yōu)質(zhì)級配碎石中間層;(5)某些土工織物中間層,能延緩反射裂縫而不能延緩溫度裂縫;(6)增加罩面層厚度;(7)在老瀝青路面的強(qiáng)度或彎沉值基本符合要求的情況下,用聚合物改性瀝青做單層或雙層表面處治(即封層)SAM;(8)使用再生技術(shù)使舊瀝青混凝土面層的上部 5～10cm如同新鋪面層。

在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青罩面層時,采用下列措施可延緩反射裂縫:(1)厚層優(yōu)質(zhì)瀝青罩面層(150mm以上);(2)預(yù)制織物膜帶;(3)90mm厚開級配瀝青混凝土底層混合料;(4)用金屬網(wǎng)或玻璃絲網(wǎng)等加強(qiáng)瀝青混凝土的抵抗差動位移(剪切強(qiáng)度)的能力,同時用優(yōu)質(zhì)瀝青(包括聚合物改性瀝青)做瀝青罩面層。此外,加強(qiáng)施工控制,保證在制備瀝青混合料過程中不使瀝青過分老化(控制瀝青的加熱溫度和加熱時間)和加強(qiáng)碾壓使瀝青混合料達(dá)到高的密實度(如 98%以上)都有助于減少反射裂縫。

3 結(jié) 語

在高速公路的建設(shè)中,我國的絕大部分高速公路都采用瀝青混凝土路面。瀝青路面的病害的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果,它涉及設(shè)計、施工、管理等每一個環(huán)節(jié),其種類繁多。經(jīng)過十年的建設(shè),我國在高速公路建設(shè)方面已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗,但由于氣候、交通、管理和運營的特殊性,道路和結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量在某些方面還存在許多的問題,有的甚至成為一種通病。高速公路路面一旦出現(xiàn)病害,維修起來不但費時費力,而且影響公路的正常使用,所以對于高速公路路面的各種病害應(yīng)以預(yù)防為主。為了有效預(yù)防病害發(fā)生,必須深入研究各種病害的形成機(jī)理、預(yù)防措施和處治方法,從而為在設(shè)計、施工和管理養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)中盡可能消除病害隱患提供理論支持。

[1]黃曉明,張曉冰.公路建設(shè)質(zhì)量通病分析與防治[M].人民交通出版社,2002.

[2]徐世發(fā)等.瀝青鋪裝層病害防治與典型實例[M].人民交通出版社,2005.

[3]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象與防治[M].北京:人民交通出版社,2001.