曹紅軍

【摘 要】半剛性瀝青混凝土路面由于具有：剛度大、穩(wěn)定性好，并且具有較高的強(qiáng)度和承載力，行車(chē)舒適、噪音小、維修方便等優(yōu)點(diǎn)；然而隨著這種結(jié)構(gòu)的廣泛使用，發(fā)現(xiàn)其存在著嚴(yán)重的裂縫問(wèn)題，反射裂縫是瀝青路面裂縫的主要形式。裂縫的產(chǎn)生不僅造成外觀質(zhì)量上的缺陷，更重要是嚴(yán)重影響了道路的使用壽命；因此，分析半剛性路面裂縫的形成機(jī)理及其對(duì)路面的危害，并針對(duì)裂縫成因提出了相應(yīng)的防治措施很有必要。

【關(guān)鍵詞】半剛性路面；路面反射裂縫成因；防治措施

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)得到蓬勃發(fā)展，高等級(jí)公路里程不斷增加。為適應(yīng)高等級(jí)公路重交通、重載對(duì)道路的要求，以無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料（土）類(lèi)為基層，瀝青混凝土為面層的半剛性路面被廣泛使用于高等級(jí)路面，然而半剛性路面裂縫問(wèn)題日益突出；因此，研究半剛性路面裂縫產(chǎn)生原因及其防治措施就顯得迫不及待。

1.反射裂縫的類(lèi)型

對(duì)于半剛性基層瀝青路面，反射裂縫是由于半剛性基層在溫度梯度和濕度變化的影響下產(chǎn)生收縮開(kāi)裂，此種基層材料先開(kāi)裂而后沿開(kāi)裂基層向上方反射到瀝青面層而形成的裂縫，或者在行車(chē)荷載作用下，裂縫沿已開(kāi)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(kāi)裂，再經(jīng)行車(chē)或溫度、濕度變化而引起瀝青面層裂縫。

瀝青路面開(kāi)裂的原因和形式多種多樣，瀝青路面的裂縫類(lèi)型主要包括兩種：一是荷載型裂縫，主要是由于行車(chē)荷載作用產(chǎn)生的；二是非荷載型裂縫，其主要類(lèi)型是溫度裂縫，它包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫兩種。根據(jù)研究資料表明，半剛性路面的反射裂縫主要是由溫度引起的非荷載型裂縫。

2.反射裂縫成因分析

半剛性路面裂縫成因，一是基于半剛性材料的溫縮與干縮固有特性；二是基于外部環(huán)境（荷載、暴曬、蒸發(fā)）等作用。

2.1水泥穩(wěn)定粒料（土）干縮特性及影響因素

水泥和各種粒料（土）加水拌和與壓實(shí)后，由于水分蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用，其含水量會(huì)不斷減少，在不斷失水的過(guò)程中，半剛性基層內(nèi)部產(chǎn)生干縮應(yīng)力，產(chǎn)生體積收縮應(yīng)變，由于道路橫向約束較小，體積收縮應(yīng)變主要以產(chǎn)生橫向收縮裂縫為主。干縮特性一般以干縮系數(shù)的大小來(lái)描述。經(jīng)研究與試驗(yàn)分析，影響水泥穩(wěn)定粒料的干縮性主要受粒料中土的含量和塑性指數(shù)、水泥劑量、制件含水量和失水率等因素有關(guān)，試驗(yàn)表明：

（1）水泥劑量不變時(shí)，水泥粒料的干縮應(yīng)變小于水泥土的干縮應(yīng)變，水泥粒料的干縮應(yīng)變隨土含量增大而增大。

（2）粒料土的塑性指數(shù)對(duì)水泥混合料的干縮應(yīng)變的影響是正比關(guān)系，即塑性愈大，干縮應(yīng)變也愈大。

（3）制件含水量對(duì)水泥穩(wěn)定粒料土的干縮應(yīng)變明顯，含水量增加，干縮應(yīng)變也增加。

（4）失水率愈大，基層內(nèi)部產(chǎn)生的收縮應(yīng)力愈早，失水量愈大，混合料的收縮系數(shù)愈大。

（5）干縮應(yīng)變隨集料級(jí)配和水泥劑量有很大變化，一般說(shuō)集料平均粒徑增大，水泥劑量的影響而減少，對(duì)于集料平均粒徑在5.7mm以上時(shí)，水泥劑量的影響很小，對(duì)于集料平均粒徑在1.2～3.3mm的集料，水灰比對(duì)干縮應(yīng)變的影響特別明顯。

（6）骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水穩(wěn)碎石在齡期相同時(shí)的干縮系數(shù)明顯小于懸浮結(jié)構(gòu)。

2.2水泥穩(wěn)定粒料土溫度收縮特性及影響因素

組成水泥穩(wěn)定粒料土的礦物顆粒（集料）、水和空隙中的氣體在降溫過(guò)程中相互作用的結(jié)果，使壓實(shí)后的混合料產(chǎn)生體積收縮，即溫度收縮。就組成固相的礦物顆粒而言，原材料中砂粒以上的顆粒溫度收縮系數(shù)較小，粉粒以下的顆粒溫縮性較大，粘土及其它膠體顆粒溫縮性大小與其擴(kuò)散層厚度成正比。影響半剛性材料的溫縮性質(zhì)的主要因素是：含水量、集料和土的含量、土的礦物成分、環(huán)境溫度和齡期等。

2.3荷載的影響

當(dāng)行車(chē)荷載經(jīng)過(guò)接縫或裂縫時(shí)，在面層中產(chǎn)生的應(yīng)力影響線(xiàn)可分為三個(gè)階段：一是軸載位于接、裂縫一側(cè)時(shí)，接、裂縫兩側(cè)產(chǎn)生較大的相對(duì)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(shí)，兩側(cè)無(wú)相對(duì)位移或相對(duì)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(shí)，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(gè)過(guò)程中瀝青面層受到兩次剪切一次彎拉作用，其直接結(jié)果是引起裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，荷載因素是引起裂縫的一個(gè)重要因素。

3.防治對(duì)策及處理方法

目前，中國(guó)在防治裂縫方面主要從以下三大部分進(jìn)行處理：一是改善瀝青混凝土面層性能，如增加瀝青層厚度、加筋罩面層、使用改性瀝青等；二是設(shè)置應(yīng)力/應(yīng)變吸收薄膜夾層，如采用SAMI、土工織物、土工網(wǎng)格、粘結(jié)間斷層等；三是對(duì)基層材料本身，選擇抗沖刷性好，干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小和抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料。

3.1適當(dāng)增加瀝青面層厚度

從反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析，瀝青面層反射裂縫產(chǎn)生很大程度上受瀝青面層厚度的影響。厚度超過(guò)15cm的瀝青面層不僅可以有效地防止反射裂縫的擴(kuò)展，還可以有效地降低車(chē)輛荷載引起的剪應(yīng)力。當(dāng)然，過(guò)分的增大面層的厚度，會(huì)造成浪費(fèi)；因此，適當(dāng)?shù)脑龃鬄r青面層的厚度，對(duì)防治瀝青面層反射裂縫產(chǎn)生是一種有效的方法。

3.2改善半剛性基層的溫、干縮性質(zhì)

造成半剛性基層瀝青反射裂縫的另外一個(gè)重要原因是半剛性基層自身的開(kāi)裂。為了減少自身的開(kāi)裂，所以就要降低其溫縮和干縮系數(shù)，為此采取以下措施：（1）盡量使用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)礦料級(jí)配。（2）由于細(xì)料比表面大，所以半剛性基層材料中細(xì)料越多，材料內(nèi)部孔隙也就越多，從而在水作用下其收縮也就越大；所以要控制粒料中細(xì)料含量和塑性指數(shù)，通過(guò)0.075mm 篩孔的細(xì)料含量控制在約5%～7%，細(xì)土的塑性指數(shù)應(yīng)盡可能地小，不宜大于4。（3）在滿(mǎn)足要求的情況下，用最小水泥劑量。因?yàn)殡S著水泥用量增加，其收縮也隨之增加。必要時(shí)，在水泥穩(wěn)定料中使用減水劑。

3.3在面層和基層之間設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變削減中間層（SAMI）

SAMI 對(duì)減緩反射裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展有效果明顯，不僅可使裂縫處相對(duì)位移產(chǎn)生的應(yīng)力傳到面層時(shí)大為減少（有人研究認(rèn)為可減少到15%），而且可明顯減弱裂縫尖端應(yīng)力的奇異性，降低應(yīng)力強(qiáng)度因子。SAMI可以分成以下幾類(lèi)：橡膠瀝青中間層，預(yù)制纖維膜布，土工織物中間層，低稠度瀝青混凝土中間層，開(kāi)級(jí)配瀝青混凝土底層。在選擇和設(shè)計(jì)SAMI 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）SAMI 與面層、基層的粘結(jié)性能，這種粘結(jié)必須是均勻和永久的，否則會(huì)過(guò)早出現(xiàn)分層。（2）SAMI 的勁度：夾層的勁度與夾層的模量和厚度有關(guān)，如果夾層的勁度很低，那么在罩面層的底部引起很大的應(yīng)變，從而導(dǎo)致罩面層的開(kāi)裂。與此相反，如果夾層的勁度過(guò)高或者夾層特別薄，溫度應(yīng)力將100%的傳遞到罩面層中，起不到防止反射裂縫的效果。（3）SAMI 的韌度：如果SAMI 的韌度太低，那么裂縫將很容易在SAMI 中擴(kuò)展，使得SAMI 沒(méi)有防治效果或者效果有限。

3.4在面層和基層之間設(shè)置級(jí)配碎石

在半剛性基層與較薄瀝青面層之間設(shè)置級(jí)配碎石（厚度一般為100mm～150mm）也是一種較有效的減少反射裂縫的措施。因?yàn)榧?jí)配碎石作為散粒結(jié)構(gòu)，不傳遞拉應(yīng)力、拉應(yīng)變，能充分吸收其下層裂紋釋放的應(yīng)變能；此外，級(jí)配碎石還有很好的隔離作用，可以大大改善半剛性基層的溫度、濕度狀況，從根本上消除和減輕半剛性基層的溫縮和干縮，減少反射裂縫。

4.結(jié)束語(yǔ)

就目前理論和施工技術(shù)而言，完全消除和徹底解決半剛性瀝青路面反射裂縫的產(chǎn)生是不可能的。但是，只要我們對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行不斷的研究探索和實(shí)踐， 在工程建設(shè)實(shí)施中，從設(shè)計(jì)到施工，每道工序嚴(yán)格把關(guān)，規(guī)范作業(yè)，嚴(yán)把過(guò)程質(zhì)量控制，對(duì)可能影響半剛性路面產(chǎn)生反射裂縫的因素及時(shí)采取相應(yīng)有效的措施，就能最大限度地減少路面的反射裂縫。實(shí)踐證明，適當(dāng)增加瀝青面層厚度、降低半剛性基層的溫干縮系數(shù)、在面層和基層之間設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變削減中間層（SAMI）或級(jí)配碎石是目前消除和減少半剛性路面反射裂縫行之有效的措施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張起森，鄭健龍.剛性基層瀝青路面的開(kāi)裂機(jī)理[J].土木工程學(xué)報(bào)，1992.

[2]周富杰，孫立軍.防止反射裂縫的措施及其分析[J].華東公路，1996.