張麗娟

（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州　450000）

瀝青混凝土路面橫向裂縫開裂機(jī)理及處治措施

張麗娟

（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州450000）

橫向裂縫是瀝青混凝土路面主要病害之一，而誘發(fā)橫向裂縫的因素眾多，本文主要分析了嚴(yán)冬期溫度驟降引起的橫向裂縫和反射裂縫的開裂機(jī)理。針對(duì)既有橫向裂縫，本著探索新材料、新技術(shù)、新工藝的原則，以裂縫寬度為分級(jí)參數(shù)，探索改性乳化瀝青壓力注漿、銑刨重鋪瀝青混凝土等預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)處治路面橫向裂縫，可為瀝青混凝土路面養(yǎng)護(hù)提供參考。

瀝青混凝土橫向裂縫開裂機(jī)理處治措施

瀝青混凝土路面引起行車舒適和養(yǎng)護(hù)便捷的特點(diǎn)，在現(xiàn)代高速公路中得到廣泛應(yīng)用，我國(guó)已建成和在建的高速公路95%以上都是瀝青混凝土路面，并且半剛性基層瀝青路面占據(jù)了絕對(duì)比例，半剛性基層瀝青路面具有強(qiáng)度高、造價(jià)低、施工方便的優(yōu)點(diǎn)，但是半剛性基層瀝青路面也因其突出的裂縫問題而飽受質(zhì)疑。

瀝青混凝土路面開裂從外觀看分為：橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫和龜裂。橫向裂縫不但是我國(guó)高速公路最主要的裂縫形式，也是國(guó)外高速公路瀝青路面最主要的病害之一，為了搞清楚發(fā)生橫向裂縫的原因，經(jīng)大量的調(diào)查研究，認(rèn)為橫向裂縫主要是由于瀝青面層的溫縮開裂和半剛性基層的收縮開裂反射引起的。

1　瀝青混凝土路面橫向裂縫開裂機(jī)理

1.1嚴(yán)冬期溫度驟降引起的橫向收縮裂縫

位于路面面層的瀝青結(jié)構(gòu)層，直接受到氣溫變化的影響，當(dāng)溫度下降時(shí)，瀝青面層就會(huì)產(chǎn)生收縮變形，因?yàn)r青路面沒有收縮縫，于是這種變形會(huì)受到基層對(duì)路面的摩阻力和路面無限連續(xù)板體對(duì)收縮變形的約束作用，是瀝青面層內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。

另一方面，瀝青混凝土具有應(yīng)力松弛性能，當(dāng)給瀝青混凝土一定的應(yīng)變時(shí)，由此產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而松弛，在一般的溫度范圍內(nèi)，由溫度降低而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，會(huì)由于應(yīng)力松弛而使拉應(yīng)力減小，將不產(chǎn)生出現(xiàn)裂縫那么大的應(yīng)力?？墒钱?dāng)出現(xiàn)寒流或寒潮時(shí)，過快的降溫速率將使路面內(nèi)的應(yīng)力來不及松弛，出現(xiàn)過大的應(yīng)力積累。于此同時(shí)，由于溫度降低，瀝青混合料的應(yīng)力松弛模量逐漸增大，應(yīng)力松弛性能降低，也導(dǎo)致應(yīng)力積聚過大，待溫度應(yīng)力積累到超過瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，路面就將出現(xiàn)裂縫，以便將應(yīng)力釋放出去。因此溫縮裂縫往往并不發(fā)生在當(dāng)?shù)氐臉O端溫度條件下，而經(jīng)常大量發(fā)生在寒流和寒流到來的時(shí)間里。

由于降溫來自于冷氣流，路表溫度肯定低于路面內(nèi)部溫度，溫縮裂縫當(dāng)然是從表面開始的，這在上世紀(jì)60年代國(guó)外的大量調(diào)查中已經(jīng)得到證實(shí)。當(dāng)溫度下降時(shí)，因?yàn)r青路面的表面溫度比底面低，沿伸度方向的溫度梯度如圖1-1（a）所示，應(yīng)力的產(chǎn)生本來應(yīng)該與溫度梯度式一致的，可是實(shí)際路面中瀝青混凝土是連續(xù)的，沒有接縫，不能自由收縮，且與路面基層緊密粘著，不能自由翹曲，其結(jié)果如圖1-1（b）所示，在表面出現(xiàn)了拉應(yīng)力（與基層聯(lián)結(jié)成整體的也會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力），在底面出現(xiàn)壓應(yīng)力，這些應(yīng)力與其他應(yīng)力相疊加，就會(huì)在表面出現(xiàn)更大的拉應(yīng)力，一般認(rèn)為這就是表面容易出現(xiàn)裂縫的原因。

路面開裂以后，溫度繼續(xù)下降便有了自由收縮的可能，此時(shí)裂縫寬度將會(huì)增加。但是由于瀝青面層與基層之間有聯(lián)結(jié)，實(shí)際上收縮不是自由的。以后隨著使用年限的增加，瀝青混合料的勁度模量也同時(shí)增加，所以還會(huì)產(chǎn)生新的裂縫，從而裂縫間距縮短，裂縫不斷加寬，開裂越來越嚴(yán)重。

圖1-1　由溫度梯度產(chǎn)生的應(yīng)力

1.2反射裂縫

反射裂縫又分為溫縮型反射裂縫和交通荷載引起的反射裂縫兩種。

（1）溫縮型反射裂縫。當(dāng)溫度下降時(shí)，瀝青面層自身會(huì)因收縮變形產(chǎn)生溫度收縮應(yīng)力，同時(shí)，由于基層已經(jīng)開裂，裂縫端會(huì)隨溫度的下降而產(chǎn)生張開位移，在基層裂縫頂端與瀝青面層底部對(duì)應(yīng)的位置產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)溫度呈周期性變化時(shí)，應(yīng)力集中部位受到低頻高幅疲勞應(yīng)力的累計(jì)作用，使得面層底面最大溫度應(yīng)力大于表面，大大的超過了瀝青混合料的極限拉應(yīng)力，使得瀝青面層在較短的時(shí)間內(nèi)開裂，并且很快擴(kuò)展至路表，形成溫縮型反射裂縫。不管環(huán)境溫度高低，只要存在日溫差，基層中的裂縫對(duì)面層底部對(duì)應(yīng)位置必然開裂。

（2）交通荷載引起的反射裂縫。半剛性基層開裂后，車輛產(chǎn)生的交變荷載作用于瀝青面層，在基層開裂處對(duì)應(yīng)的面層內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，使瀝青混合料內(nèi)部產(chǎn)生損傷，隨著荷載作用次數(shù)的增加，混合料內(nèi)部的損傷逐漸累積增加，當(dāng)損傷累計(jì)達(dá)到材料的極限承受能力時(shí)，瀝青混凝土內(nèi)部變產(chǎn)生微觀裂縫，在疲勞和剪切的雙重作用下，裂紋不斷擴(kuò)展，最終形成可見的宏觀裂縫。

2　瀝青混凝土路面橫向裂縫處治措施

橫向裂縫是瀝青混凝土路面主要病害之一，它嚴(yán)重影響公路技術(shù)狀況指標(biāo)，嚴(yán)重影響路容路貌，嚴(yán)重影響高速公路使用壽命。本文以某條高速公路為背景，積極探索養(yǎng)護(hù)新材料、新工藝，以裂縫寬度為分級(jí)參數(shù)，分別采取改性乳化瀝青壓力注漿、銑刨重鋪瀝青混凝土等措施處治路面橫向裂縫。

2.1改性乳化瀝青壓力注漿處治路面輕度裂縫

改性乳化瀝青壓力注漿處治路面裂縫施工操作方便，15-20分鐘就可修復(fù)一道裂縫，且養(yǎng)生周期短，同時(shí)可以對(duì)路面支縫空隙進(jìn)行有效的填充。適用于裂縫寬度在3mm以下的輕度橫向裂縫的處理，其工藝流程為：封閉交通→標(biāo)記注漿孔位置→鉆孔→清孔（清理縫壁）→安裝注漿頭→加料注漿→封孔→清理現(xiàn)場(chǎng)→養(yǎng)生→開放交通。注漿孔應(yīng)沿裂縫走向布置，孔間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂縫情況而定，一般不大于90cm；鉆孔宜采用22mm螺旋鉆頭的手電鉆，需要鉆透瀝青混凝土面層10cm以上；注漿頭應(yīng)采用專用注漿頭，且長(zhǎng)度為10cm左右；注漿時(shí)采用逐步加壓法，壓力控制在3-6Mpa，達(dá)到壓力穩(wěn)壓1-2分鐘，改性乳化瀝青注漿料按標(biāo)定行程進(jìn)行控制，每行程22cm，需用注漿材料約10kg，相鄰裂縫、注漿孔如有改性乳化瀝青溢出即達(dá)注漿材料改性乳化瀝青是一種單組分有機(jī)大分子物質(zhì)，密度大于水，有很好的流動(dòng)性。性能卓越，可以防治水汽進(jìn)入道路里面，并能在低溫條件下保持超強(qiáng)的柔韌性、安全性及便捷性。改性乳化瀝青室新型道路養(yǎng)護(hù)材料，無毒、無味、無環(huán)境污染；滲透力好、粘結(jié)強(qiáng)度高、抗剪切力優(yōu)良、耐溫、抗凍；塑性好，在裂縫變大時(shí)它的內(nèi)應(yīng)力比較小，延伸率高、容易產(chǎn)生塑變，可以減小對(duì)縫壁的牽引力，有效的防治新的裂縫產(chǎn)生。

到要求。

2.2銑刨重鋪處治路面重度橫向裂縫

銑刨重鋪工藝適用于裂縫寬度在3mm以上的重度橫向裂縫的處理，其工藝流程為：封閉交通→確定處理范圍→銑刨→清理→病害處治→涂刷界面劑→攤鋪→碾壓→噴灑瀝青還原劑→養(yǎng)生→清潔→開放交通。封閉交通后，根據(jù)標(biāo)記的處理范圍，進(jìn)行銑刨施工，當(dāng)?shù)谝粚鱼娕俸?，?duì)下層進(jìn)行病害檢查，如下層損害嚴(yán)重，需再進(jìn)行銑刨；銑刨、清理槽底廢渣后，應(yīng)對(duì)槽底存在的裂縫進(jìn)行處治：按照灌縫要求，用加熱好的界面劑材料進(jìn)行灌縫，沿裂縫處粘貼抗裂貼，為增加抗裂貼與路面的粘結(jié)性，對(duì)抗裂貼底面進(jìn)行加熱，槽底噴灑高效改性乳化瀝青；槽壁應(yīng)涂刷加熱好的界面劑材料，厚度約為2mm，且應(yīng)涂刷均勻，無花白現(xiàn)象；攤鋪熱拌瀝青混合料時(shí)，嚴(yán)禁出現(xiàn)離析現(xiàn)象，當(dāng)厚度超過7cm時(shí)，需分層攤鋪；分層碾壓時(shí)，底層用平板夯進(jìn)行壓實(shí)，表層用大噸位壓路機(jī)壓實(shí)平整；碾壓后表面應(yīng)均勻噴灑瀝青還原劑，可在表面撒布0.2-0.3mm抗磨細(xì)砂，達(dá)到抗滑擠嵌效果。

3　結(jié)語(yǔ)

瀝青混凝土路面作為我國(guó)高速公路占據(jù)絕對(duì)地位的的路面形式，橫向裂縫是其主要病害之一，而誘發(fā)橫向裂縫的因素眾多，本文主要分析了嚴(yán)冬期溫度驟降引起的橫向裂縫和反射裂縫的開裂機(jī)理。針對(duì)既有橫向裂縫，本著探索新材料、新技術(shù)、新工藝的原則，以裂縫寬度為分級(jí)參數(shù)，探索改性乳化瀝青壓力注漿、銑刨重鋪瀝青混凝土等預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)處治路面橫向裂縫，可為瀝青混凝土路面養(yǎng)護(hù)提供參考。

［1］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能.人民交通出版社，2003.

［2］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTG-H20-2007）.人民交通出版社，2008.

［3］張紅春.半剛性基層瀝青路面綜合抗裂技術(shù)研究.長(zhǎng)安大學(xué)博士學(xué)位論文，2008.

［4］河南中原高速公路股份有限公司.高速公路養(yǎng)護(hù)系列叢書.2010.

河南省科學(xué)技術(shù)廳科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（登記號(hào)：9412013Y1893）