重慶交通大學(xué) 400074

摘要：相關(guān)資料和大量工程實(shí)踐表明，復(fù)合式路面的一個(gè)致命缺點(diǎn)就是反射裂縫。本文通過對復(fù)合式路面反射裂縫的形成機(jī)理及擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行分析，提出防治復(fù)合式路面反射裂縫的措施。

1 引言

剛?cè)釓?fù)合式路面在溫度和濕度的雙重作用下，基層混凝土板易產(chǎn)生溫縮和干縮裂縫，在交通荷載循環(huán)作用下，這些裂縫很容易擴(kuò)展到瀝青面層，形成反射裂縫；再加上基層水泥板接縫處因撓度差異所產(chǎn)生的反射裂縫，直接影響到路面的連續(xù)性與整體性，更為嚴(yán)重的是雨水可能通過反射裂縫滲入基層或路基土，使之產(chǎn)生唧泥、脫空、斷板等病害；大大降低了路面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，導(dǎo)致路面在遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)年限時(shí)就出現(xiàn)了不同程度的結(jié)構(gòu)性損壞，嚴(yán)重影響了路面的使用壽命。鑒于剛?cè)釓?fù)合式路面反射裂縫的普遍性與嚴(yán)重性，本文同過對復(fù)合式路面反射裂縫的形成機(jī)理及擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行分析，提出防治復(fù)合式路面反射裂縫的幾點(diǎn)措施。

2 反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理

剛?cè)釓?fù)合式路面的反射裂縫主要有兩種：荷載型反射裂縫和非荷載型反射裂縫。荷載型反射裂縫主要是由車輛荷載引起的，是本文研究的主要對象。下面首先從受力角度和協(xié)調(diào)變形角度分別闡述路面反射裂縫的產(chǎn)生機(jī)理。

（1）受力角度

各國道路工作者普遍認(rèn)為，路面反射裂縫是在內(nèi)因和外因的綜合作用下產(chǎn)生的。內(nèi)因主要源于水泥混凝土基層板在施工和使用過程中產(chǎn)生的不規(guī)則縫隙，外因主要來自于車輛荷載等外界環(huán)境作用。新建復(fù)合式路面水泥混凝土基層施工完成后會(huì)進(jìn)行預(yù)切縫處理，連同因熱脹冷縮產(chǎn)生的溫度型裂縫，致使水泥混凝土基層板上存在許多間斷型斷裂地帶，雖然施工后會(huì)采用硅膠等材料進(jìn)行填補(bǔ)，但在車輛荷載作用下裂縫遲早會(huì)沿施工縫發(fā)展；再加上局部水泥混凝土板存在脫空或基層軟弱等不利因素，致使路面結(jié)構(gòu)在外荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力和位移在基層裂縫處不連續(xù)，尤其是瀝青面層底部，無論是在交通荷載還是溫度荷載作用下，裂縫附近產(chǎn)生的應(yīng)力都很大且具有明顯的奇異性，距離裂縫尖端越近應(yīng)力越大，當(dāng)無限靠近于裂縫尖端時(shí)其應(yīng)力趨于無窮大，而瀝青混合料抗彎拉性能較差，當(dāng)瀝青面層底部所受的彎拉應(yīng)力或剪切應(yīng)力大于瀝青混合料自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)便會(huì)產(chǎn)生反射裂縫。反射裂縫產(chǎn)生后，裂縫處應(yīng)力松弛，應(yīng)力得到重分布，如果重分布后的應(yīng)力仍大于瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度，裂縫將繼續(xù)擴(kuò)展形成第二批反射裂縫；之后再進(jìn)行應(yīng)力重分布，直到裂縫尖端處應(yīng)力值小于瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度，裂縫才會(huì)停止擴(kuò)展。

如圖2.1所示，當(dāng)車輛在裂縫左側(cè)行駛時(shí)（a點(diǎn)以左），由于裂縫兩側(cè)存在豎向位移差，此時(shí)瀝青面層底部會(huì)受到一次剪切作用；當(dāng)車輪繼續(xù)前行到達(dá)裂縫正上方b點(diǎn)時(shí)，基層板受力均勻，基本不會(huì)產(chǎn)生豎向位移差，瀝青面層底部主要受到彎拉作用；而當(dāng)車輪荷載駛離c點(diǎn)時(shí)瀝青面層底部再次受到剪切作用，但方向與第一次剪切作用正好相反。因此，每當(dāng)有車輛經(jīng)過裂縫時(shí)，瀝青面層底部就會(huì)受到一次“剪切-彎拉-剪切”應(yīng)力循環(huán)作用，當(dāng)瀝青面層底部受到的破壞應(yīng)力大于瀝青混合料自身容許應(yīng)力時(shí)即會(huì)產(chǎn)生反射裂縫，此荷載型反射裂縫的產(chǎn)生過程是在受力角度進(jìn)行闡述的。

圖2.1 車輛荷載作用模擬圖

Fig.2.1 Mimic diagram of vehicle loads

（2）協(xié)調(diào)變形角度

重慶交通大學(xué)的易志堅(jiān)從協(xié)調(diào)變形角度分析了反射裂縫的產(chǎn)生機(jī)理。假設(shè)圖2.2中同一字母所示的點(diǎn)為路面內(nèi)部的兩相鄰點(diǎn)，在荷載應(yīng)力作用下，瀝青面層和水泥板基層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生變形，但不同部位變形量大小有所不同，位于裂縫同側(cè)的兩個(gè)相鄰點(diǎn)會(huì)保持良好的變形協(xié)調(diào)性，比如B點(diǎn)和B1點(diǎn)、C點(diǎn)和C1點(diǎn)、D點(diǎn)和D1點(diǎn)、E點(diǎn)和E1點(diǎn)；而裂縫兩側(cè)的A點(diǎn)和A1點(diǎn)的變形卻不協(xié)調(diào)，A和A1兩點(diǎn)之間的變形量大于其他任何位置兩點(diǎn)之間的變形量，實(shí)際上A和A1之間的變形量反映了路面板的整體變形量。這種變形特點(diǎn)會(huì)使得裂縫附近的應(yīng)變遠(yuǎn)大于路面的平均應(yīng)變，而應(yīng)變的產(chǎn)生源于路面受到的應(yīng)力作用，因此，裂縫尖端部位會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，反射裂縫隨之產(chǎn)生。

圖2.2 相鄰點(diǎn)變形量圖示

Fig.2.2 Deformation of adjacent points

3 反射裂縫擴(kuò)展機(jī)理分析

反射裂縫的擴(kuò)展途徑主要有兩種：縱向擴(kuò)展和橫向擴(kuò)展。反射裂縫沿縱向擴(kuò)展是指在荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力作用下裂縫將在瀝青面層頂面和底面同時(shí)產(chǎn)生，然后向中部擴(kuò)展直至貫穿瀝青面層；對于荷載型反射裂縫，當(dāng)受到正載作用時(shí)，反射裂縫產(chǎn)生于瀝青面層底部，在車輛交變荷載作用下垂直向上擴(kuò)展，為典型的張開型反射裂縫；而當(dāng)受到偏載作用時(shí)，反射裂縫一般產(chǎn)生于瀝青面層底部，并且基本沿45°方向向面層頂部擴(kuò)展，為典型的剪切型裂縫；當(dāng)兩者綜合作用時(shí)，擴(kuò)展路徑將介于兩種不同模式之間。反射裂縫橫向擴(kuò)展方向與縱向擴(kuò)展方向相互垂直，反射裂縫的橫向擴(kuò)展會(huì)消耗掉部分應(yīng)力，間接延緩了反射裂縫的縱向擴(kuò)展速度，即橫向裂縫的發(fā)展有利于提高路面的防反性能。

反射裂縫擴(kuò)展過程會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段：①反射裂縫萌生階段，當(dāng)應(yīng)力超過瀝青面層底部容許彎拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生開裂，即使面層底部總應(yīng)力未超過瀝青混合料容許應(yīng)力，但隨著循環(huán)加載次數(shù)的增加同樣會(huì)產(chǎn)生疲勞開裂；②反射裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展階段，此時(shí)受力較為穩(wěn)定，裂縫擴(kuò)展速度不會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)；③反射裂縫不穩(wěn)定擴(kuò)展階段，當(dāng)裂縫擴(kuò)展至臨界長度后，將發(fā)生失穩(wěn)破壞，此時(shí)反射裂縫將迅速貫穿瀝青面層。

4 防治反射裂縫的措施

4.1 設(shè)置應(yīng)力吸收層

應(yīng)力吸收作用是防治路面產(chǎn)生反射裂縫的關(guān)鍵因素之一。為了盡大限度地發(fā)揮防裂材料的應(yīng)力吸收作用，應(yīng)力吸收夾層材料應(yīng)選取模量較低、變形小、耐高溫、厚度適中的彈性材料，要防止因夾層豎向變形過大而影響到路面整體結(jié)構(gòu)的防反性能。

4.2加鋪強(qiáng)加筋材料

加筋作用是防治路面反射裂縫的另一關(guān)鍵因素。所謂加筋，是指利用防裂材料改善瀝青面層防反性能的行為。加筋作用的大小主要取決于加筋材料間的交織作用、與相鄰構(gòu)造物之間的磨擦作用、加筋材料自身的抗拉性能以及橋聯(lián)增韌作用。重載交通條件下最好選用抗拉強(qiáng)度高、變形小、耐高溫、抗腐蝕、性價(jià)比高的強(qiáng)加筋材料作為防反材料。

4.3 增加加鋪層厚度

增加瀝青加鋪層厚度可顯著提高復(fù)合式路面的防反性能，一是厚加鋪層條件下增大了荷載的受力面積，使裂縫處應(yīng)力集中程度大幅減小；二是瀝青加鋪層越厚，反射裂縫擴(kuò)展到面層的距離越長。因此，在有條件情況下可通過增加瀝青加鋪層厚度提高路面的整體防反性能，但并非厚度越大防反性能越好。當(dāng)瀝青加鋪層較薄時(shí)，防反性能隨著厚度的增加顯著提高，而后隨著厚度的增加防反性能提高緩慢，甚至超過一定厚度后不利于路面的整體路用性能；而且隨著瀝青加鋪層厚度的增加，資金投入量明顯加大。通常情況下，瀝青加鋪層的厚度介于15cm～18cm，分兩層或三層攤鋪完成。

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