沥青混凝土路面反射裂缝的预防和治理

　　摘要：半刚性基层作为我省常见的一种路面基层结构型式，由于其自身混合材料的的组成特性，容易发生裂缝从而导致沥青混凝土路面结构破坏，缩短公路使用寿命。
　　关键词：反射裂缝，混凝土路面加铺沥青罩面，半刚性基层，级配，预防，治理，设计
　　前言：随着我省交通事业的飞速发展，沥青混凝土路面以其舒适、施工速度快、交通开放早等特点在各级公路中越来越广泛被应用，早些年以水泥混凝土路面为主要承重路面结构的时代已经逐渐被其取代。但是我们仍然可以轻而易举地看到沥青混凝土的各种病害，其中以沥青混凝土路面反射裂缝的病害最为常见，既影响了公路的美观效果，也增加公路养护费用。通常一些明显的、严重的路面病害都会得到高度重视而做彻底性的消除，唯有这种裂缝病害类似于人体内的慢性病，因而得不到较高程度的重视。因此笔者根据自己对沥青混凝土路面的认识和多年的沥青混凝土路面施工经验，把反射裂缝作为对像进行研究和讨论，以便在设计和施工阶段就采取更为有效的方法和措施来进一步消除施工中遗留的潜在隐患。
　　1.反射裂缝的定义。
　　1.1水泥混凝土旧面板加铺沥青混凝土罩面的情况。
　　城市道路设计规范中定义：旧混凝土路面补强时常在原有路面上加铺一层沥青罩面，当混凝土位移产生的拉应力超过沥青罩面层的抗拉强度时，罩面层就会开裂，这种裂缝即称为反射裂（reflectioncrack）。即在旧有的水泥混凝土路面的接缝、裂缝处，其上部的新的沥青混凝土加铺层在使用的短时间内出现的对应的裂缝。
　　由于旧水泥混凝土路面板接、裂缝处不能承受拉应力和剪应力，所以裂缝和接缝顶面的沥青罩面最容易受到损伤，因此反射裂缝一般情况下与旧水泥混凝土板的裂缝和接缝相对应。（混凝土面板的接缝虽然为人为切割的假缝，实际上也是人为制造使得混凝土的收缩裂缝产生于此部位，因此，此部位的混凝土面板也是断开的）反射裂缝是旧路面上裂缝处应力集中作用的直接结果，集中的应力使得裂缝直接扩展进入罩面层。一般认为，反射裂缝的产生和发展是由于旧水泥中面板的移移动所造成的，而这些移动又主要来源于温度变化、行驶车辆及两者的综合作用。因而也区分为温度型反射裂缝和荷载型反射裂缝。图中上部分为温度裂缝示意，下半部分为荷载裂缝示意。
　　温度型反射裂缝：在寒冷的季节，旧混凝土面反产生收缩变形，在沥青罩面层内产生拉应力；在炎热的季节，旧混凝土面板膨胀，在沥青罩面层内产生压应力，由此而产生反射裂缝。
　　荷载型反射裂缝：当车轮把自身荷载通过沥青罩面传递给混凝土面板接缝处的第一块板端时，第一块板端弹性下沉，接缝处第二块板头尚未接触荷载，仍保持原样，这样在两块板接缝处便产生相对错动，致使接缝顶部的连续的沥青罩面在此处受到剪切作用，久而疲劳，裂缝就会表现出来。
　　以上类型的裂缝在国外20世纪30年代便有广泛研究，在国内上世纪末期也有大量研究，本文不再讨论。
　　1.2新建公路的情况。
　　现阶段，省内多采用水泥稳定碎石、砂砾等形式的半刚性基层作为路面的承重层。这种路面结构形式在基层出现断裂后，便形成与上述情况类似的裂缝机理，因而也应归结为反射裂缝的范畴。本文以下部分将着重针对此种情况讨论。
　　2.反射裂缝的特点。
　　2.1多为横向裂缝。一般路面结构沿纵向收缩，因而裂缝多为横缝表现形式。
　　2.2初期裂缝企口下大上小。在沥青混凝土面层裂缝初期，裂缝是由下往下扩展，因此初期观察其裂缝企口大都具备下大上小的特征。
　　2.3密集性和广泛性。裂缝经常在一段公路（数百米或数公里范围内）呈集中性分布，相邻裂缝相隔间距大都相当，不同基层料的公路其裂缝相隔约10～50m不等。这便是其最为典型的特征。
　　3.反射裂缝危害性。由于其初期最早发生在面层以下，并不能被明显察觉，待其反映至沥青混凝土面层表面时，已经是爆发性出现，从而导致养护经费增加。而且在水作用的协助下裂缝发展迅速，如不及时治理，将导致结构性破坏，从而缩短公路使用寿命。而及时治理也仅仅是阻止水作用的破坏加速，温度和荷载作用对裂缝的发展仍在持续，因此当裂缝密集性出现时，公路本身已经折寿。
　　4.反射裂缝形成的原因。
　　沥青混凝土物理特性复杂，沥青的性能、集料的各种指标对沥青混凝土的密度、抗渗、流值、车辙等必检指标影响重大，因而对原材选择和施工过程控制比较严格，一般不认为反射裂缝与沥青混凝土本身具备重要联系。
　　沥青混凝土面层裂缝的主要原因是基层的开裂，而基层的开裂大致可以归结为以下几种：
　　4.1基层料拌合的不均匀性，这种情况会导致收缩裂缝倾向更容易找到最薄弱的截面，从而很快断裂，否则，基层的裂缝不易发生或较晚发生。
　　4.2基层料级配组成不合理，板结后混合型材料收缩性较大。如果基层料级配不合理，从而导致材料产生较大的收缩，其内部结构的排列情况、密实情况不好，难以克服收缩产生的应力，裂缝发生。
　　4.3基层养生条件不好，致基层开裂。养生条件不好，致使基层长时间暴晒或昼夜温差太大，都将导致其发生裂缝。
　　4.4承受荷载过大、路基材料的均匀性或结构物等都会导致基层断裂，当然这些都不是基层本身的问题。现场调查处理应该加以区别对待。
　　4.5有部分观点认为加大路面结构层厚度可减少反射裂缝的发生，但笔者所亲历的陕南某一级公路采用30cm水稳砂砾+20cm水稳碎石+6cm中粒式+4cm细粒式沥青路面结构在某区段内仍然集中出现反射裂缝，因此结构层厚度并不是影响反射裂缝的根本性因素。
　　5.反射裂缝的预防
　　5.1从设计方面考虑
　　5.1.1沥青面层厚度。当沥青面层较厚时，对半刚性基层有很好的隔温保护作用从而可减少半刚性基层产生温缩裂缝。
　　5.1.2玻纤格栅。玻璃纤维土工格栅（玻纤格栅）以玻璃纤维为主要原料，采用一定的编织工艺制成的网状结构材料，为保护玻璃纤维、提高整体使用性能，经过特殊的涂复处理工艺而形成新型优良的土工材料。玻璃纤维具有很高的耐热性和优异的耐寒性，强度大、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀、膨胀系数低、尺寸稳定性好等特点。经表面改性并涂覆处理后，改变了玻璃纤维的表面性能，提高了其同沥青的复合性能，极大提高了该基材的耐磨性能及抗剪切能力。
　　由于玻璃纤维土工格栅对沥青罩面层的加筋作用，因而可以在有效控制反射裂缝的前提下，减小沥青罩面层的厚度（与不加铺玻纤土工格栅相比），降低造价，从而取得较好的经济效益。
　　5.1.3稀浆封层。稀浆封层是一种经济、快速、高效的路面处治技术，是以级配的砂石材料为骨料，选用满足一定技术要求的乳化沥青材料作为结合料，加入适量的水、填料和必要的外加剂，在专用的稀浆封层机具内，在行驶中按比例配制成具有一定技术性能且达到某种功能的封层。由于该种稀浆混合料的稠度较稀，形态似浆状，铺筑厚度一般在3-10mm之间，故称稀浆封层。
　　稀浆封层具有良好的粘结性、耐水性和防水性，可作为沥青路面的封层。作为下封层时，可显著提高路面的防水性能，延迟半刚性基层的反射裂缝、增强基层与沥青面层的粘结力。按粒料尺寸分类乳化沥青稀浆封层混合料按矿料级配尺寸可分为粗、中、细三种（即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型），一般可用水泥、石灰粉、粉煤灰等小于0.074mm粒径的粉料，也可采用掺和橡胶胶乳或高分子聚合物的改性乳液，以提高封层的强度和耐久性。
　　5.1.4另外还有设置土工织物间层、使用像胶沥青等预防措施可在路面设计时考虑。
　　5.2施工控制方面。
　　针对基层开裂的原因主要对以下方面加以严格控制。
　　5.2.1选择合理的材料级配组成。由于无侧限抗压强度比较容易达到或有富余，因而对材料级配的组成情况重视程度不够，这一点应该足够引起重视，并在实验段进行验证，如果在半个月内发现裂缝间距50m以内的情况，应仔细分析原因，排除级配因素。
　　5.2.2拌和不均匀或拌和设备不稳定也会加重材料的的不均匀性和水泥剂量的不稳定性，造成基层强度不均匀，增大开裂机会，因此应该严格控制和监视。
　　5.2.3集料含泥量或有机质超标，会导致水泥与骨料界面粘接不良，产生薄弱界面，增大开裂机会。因此应该加以监测控制。
　　5.2.4半刚性基层7天无侧限抗压强度有较大富余时，可适度降低水泥剂量或选用低水化热水泥。施工实践表明，对于材料颗粒组成整体偏细的情况（仍在合格级配范围），水泥剂量超过5%，裂缝的机会就明显增加。
　　5.2.5养护条件。昼夜温差大的气候条件时增加保温保湿措施，在碾压过程中，严格控制含水量。基层碾压成型后，要及时养生，保持基层表面含水量不受损失，更不能使其曝晒干裂。对水泥稳定类基层尽可能采用草袋覆盖养生7d～14d。养生结束后，应立即喷洒沥青下封层，并尽早铺筑沥青路面，阻止基层内水份蒸发而导致干缩裂缝。
　　5.2.6加强沥青混凝土面层铺筑前对基层病害的检测，特别是横向裂缝，面层铺筑前对横向裂缝的处理恰当，可极大延缓沥青面层在该部位裂缝的出现时间，甚至不出现。
　　5.2.7新铺半刚性基层的预开裂技术。在半刚性基层上锯缝，即在结构层碾压前切割5mm宽缝直至结构层底，内填沥青砂或沥青乳液，然后快速封闭正常碾压。预先制造更直更多规则裂缝比自然裂缝细小，裂缝位移小，从而避免裂缝边缘的快速恶化和减缓裂缝贯穿沥青层。但施工麻烦，其效果受操作水平影响大，不被广泛采用。
　　5.2.8使用密实型SMA改性沥青混凝土料。这种沥青混凝土具有良好的高温稳定性、低温抗裂性，抗车辙性能好、使用寿命长，也是延缓反射裂缝出现的一项新技术。
　　6.反射裂缝的治理
　　6.1实践中，对面沥青层反射裂缝在5mm以内进行直接浇灌较高标号沥青或沥青乳液以达到封水目的，阻止水作用对裂缝的加速发展，对5mm以上的裂缝进行修整、清理，切割成V形企口，再用沥青灌注，沥青标号控制适宜、操作仔细，封水效果会比较好，也是比较经济和理想的延缓裂缝发展的措施。
　　6.2另一种少有的处理措施是在沥青混凝土表面做上封层进行覆盖封水处理。这种处理方法是裂缝不规则发展较为严重，裂缝已不适合单条来处理。其施工费用高，行车噪音大，对轮胎也是加速磨耗，不够环保。
　　6.3对裂缝发展已造成结构性破坏的，必须进行切割、挖除、重新填补或注浆加固等。
　　7．结束语。半刚性基层沥青路面的反射裂缝是不可避免的，但在设计之初加以考虑，并在施工环节严格控制，尽量减少其发生的几率和数量的可能性是显而易见的，这对延长道路使用寿命和减少后期养护费用的意义重大。
　　参考文献：
　　⑴城市道路设计规范CJJ37-90.
　　⑵周富杰,胡圣.反射裂缝产生和发展的机理[M].国外公路,1997(4).
　　⑶毛晓莉.公路沥青路面裂缝的预防和治理［R］.在2010湖北公路学会公路建设养护（管理）新技术会议上交流.

《沥青混凝土路面反射裂缝的预防和治理》

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