浅议沥青路面裂缝及预防

浅议沥青路面裂缝及预防

陈俊

陈俊（射阳县公路管理站）

摘要：随着高等级公路的大量修建，半刚性类材料以其优良的工程性能和显著的经济效益在我国公路建设中得到了广泛的应用，并在公路建设中越来越占有特殊的重要地位。然而，半刚性材料的缺点在于抗变形能力低，在温度、湿度变化时易产生裂缝，当沥青面层较薄时易形成反射裂缝，沥青路面本身也易产生低温裂缝，沥青路面一旦出现裂缝，有可能导致路面结构性破坏，影响路面的使用功能。

关键词：沥青路面裂缝预防

1沥青路面开裂原因

1.1沥青路面开裂的主要原因可分为两大类：一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝，一般称之为荷载型裂缝。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝，一般称之为非荷载型裂缝。

1.2由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。此类裂缝主要是非荷载型的，在某些情况下也可能是由温度和荷载共同完成的。

2裂缝形成后对道路的危害

沥青路面开裂是世界各国沥青路面使用中均会遇到的主要病害之一，无论是冰冻地区，还是非冰冻地区，只是各自的裂缝严重程度不同而已。沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，但就沥青路面开裂的主要原因而论，裂缝可分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。

荷载型裂缝，即主要由于交通荷载作用下产生的疲劳裂缝。在半刚性基层沥青路面设计合理、施工质量良好的条件下，单纯由荷载作用引起面层开裂的可能性不大。非荷载型裂缝，主要为温度型裂缝。沥青路面温缩型开裂包括低温收缩开裂与温度疲劳开裂，均体现为张开型开裂方式。对于沥青路面基层存在裂缝情形，按沥青面层裂缝开裂部位，又可以分为反射裂缝与对应裂缝。

由于环境温度、交通荷载等因素的影响，沥青路面初期产生的裂缝对沥青路面使用性能常无明显影响，但由于半刚性基层自身干缩和温缩应变胀缩产生的拉应力超过半刚性基层自身的极限抗拉强度，使其从强度薄弱处产生断裂，随着路面使用时间的延长。已有的裂缝逐渐向上扩展到路表，横向裂缝不断增加。缝宽不断增大，横向裂缝再不断附生纵向裂缝，最终形成大小不等独立板块，在表面水的作用下，致使裂缝附近基层的含水量加大，甚至饱和。其结果是路面强度明显降低，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷、唧浆和沉陷等现象，聚终导致路面很快产生结构性破坏，使道路结构逐渐丧失承载能力。这些病害，如得不到及时治理，对社会车辆形成一种潜在的危害，也极大地缩短道路的服务寿命。设计服务15年的高速公路，可能使用几年就将需要大修，给国家造成极大的经济损失。

3沥青路面裂缝应力分析

3.1温度裂缝沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。

温度疲劳裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松驰性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。

低温裂缝，沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松驰性能，温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力，当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时，裂缝就更容易发生。

3.2结构性破坏裂缝沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下，大于半刚性基层材料的抗拉强度时，半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并使沥青面层也产生开裂破坏。影响拉应力主要因素有面层的厚度、基层本身的厚度、基层的回弹模量和下承层的回弹模量。选取不同的沥青面层厚度和半刚性基层厚度，通过试验得出半刚性基层底部的拉应力与半刚性材料回弹模量间的关系曲线。

在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层，可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小，甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力，这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。

3.3半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝，通常假设导致反射裂缝的机理是处于沥青面层下的半刚性基层已经开裂，并且允许有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行车荷载引起的下卧路面结构在裂缝处的差动位移，水平位移是由温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。

由半刚性基层干缩开裂引起的，对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩和干缩应力；水分减少得愈多愈快，产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，在较薄沥青面层的情况下，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会形成得更快。以上结论已被长沙交通学院光弹模型试验所证实，表面降温30℃时，不同厚度沥青面层内下层裂缝上方的温度应力分布规律。

4对沥青路面裂缝的预防措施

根据规范，通过路面结构设计和厚度计算可以满足沥青路面强度和承载能力要求，基本解决荷载型裂缝产生的问题。对于如何避免或减轻非荷载型裂缝的产生，应从设计与施工两个方面来进行考虑。

4.1设计方面要注意以下七点：

4.1.1在进行半刚性路面设计时，首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。

4.1.2选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下，应采取改善沥青性质的措施。

4.1.3在稳定度满足要求的前提下，优先选用针入度较大的沥青做沥青面层。

4.1.4沥青面层采用密实型沥青混凝土。

4.1.5采用合适的沥青面层厚度，确保半刚性基层在使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。

4.1.6为进一步提高表面层抗温度裂缝性能，可采用橡胶沥青或聚合物沥青在沥青混凝土表面做一封层。

4.1.7设置应力消减(应力吸收)中间层。

4.2施工方面要注意以下四点：①严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。②半刚性基层碾压完成后，要及时养生。③半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。④透层或粘层完成后，应尽快铺筑沥青面层。