沥青混凝土路面横向裂缝开裂机理及处治措施

沥青混凝土路面横向裂缝开裂机理及处治措施

作者：张丽娟

来源：《中国科技纵横》2015年第18期

【摘要】横向裂缝是沥青混凝土路面主要病害之一，而诱发横向裂缝的因素众多，本文主要分析了严冬期温度骤降引起的横向裂缝和反射裂缝的开裂机理。针对既有横向裂缝，本着探索新材料、新技术、新工艺的原则，以裂缝宽度为分级参数，探索改性乳化沥青压力注浆、铣刨重铺沥青混凝土等预防性养护技术处治路面横向裂缝，可为沥青混凝土路面养护提供参考。

【关键词】沥青混凝土横向裂缝开裂机理处治措施

沥青混凝土路面引起行车舒适和养护便捷的特点，在现代高速公路中得到广泛应用，我国已建成和在建的高速公路95%以上都是沥青混凝土路面，并且半刚性基层沥青路面占据了绝对比例，半刚性基层沥青路面具有强度高、造价低、施工方便的优点，但是半刚性基层沥青路面也因其突出的裂缝问题而饱受质疑。

沥青混凝土路面开裂从外观看分为：横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝和龟裂。横向裂缝不但是我国高速公路最主要的裂缝形式，也是国外高速公路沥青路面最主要的病害之一，为了搞清楚发生横向裂缝的原因，经大量的调查研究，认为横向裂缝主要是由于沥青面层的温缩开裂和半刚性基层的收缩开裂反射引起的。

1 沥青混凝土路面横向裂缝开裂机理

1.1严冬期温度骤降引起的横向收缩裂缝

位于路面面层的沥青结构层，直接受到气温变化的影响，当温度下降时，沥青面层就会产生收缩变形，因沥青路面没有收缩缝，于是这种变形会受到基层对路面的摩阻力和路面无限连续板体对收缩变形的约束作用，是沥青面层内部产生拉应力。

另一方面，沥青混凝土具有应力松弛性能，当给沥青混凝土一定的应变时，由此产生的应力会随时间延长而松弛，在一般的温度范围内，由温度降低而产生的拉应力，会由于应力松弛而使拉应力减小，将不产生出现裂缝那么大的应力。可是当出现寒流或寒潮时，过快的降温速率将使路面内的应力来不及松弛，出现过大的应力积累。于此同时，由于温度降低，沥青混合料的应力松弛模量逐渐增大，应力松弛性能降低，也导致应力积聚过大，待温度应力积累到超过沥青混合料的极限抗拉强度时，路面就将出现裂缝，以便将应力释放出去。因此温缩裂缝往往并不发生在当地的极端温度条件下，而经常大量发生在寒流和寒流到来的时间里。

由于降温来自于冷气流，路表温度肯定低于路面内部温度，温缩裂缝当然是从表面开始的，这在上世纪60年代国外的大量调查中已经得到证实。当温度下降时，因沥青路面的表面温度比底面低，沿伸度方向的温度梯度如图1-1（a）所示，应力的产生本来应该与温度梯度式一致的，可是实际路面中沥青混凝土是连续的，没有接缝，不能自由收缩，且与路面基层紧密粘着，不能自由翘曲，其结果如图1-1（b）所示，在表面出现了拉应力（与基层联结成整体的也会出现拉应力），在底面出现压应力，这些应力与其他应力相叠加，就会在表面出现更大的拉应力，一般认为这就是表面容易出现裂缝的原因。

图1-1 由温度梯度产生的应力

路面开裂以后，温度继续下降便有了自由收缩的可能，此时裂缝宽度将会增加。但是由于沥青面层与基层之间有联结，实际上收缩不是自由的。以后随着使用年限的增加，沥青混合料的劲度模量也同时增加，所以还会产生新的裂缝，从而裂缝间距缩短，裂缝不断加宽，开裂越来越严重。

1.2反射裂缝

反射裂缝又分为温缩型反射裂缝和交通荷载引起的反射裂缝两种。

（1）温缩型反射裂缝。当温度下降时，沥青面层自身会因收缩变形产生温度收缩应力，同时，由于基层已经开裂，裂缝端会随温度的下降而产生张开位移，在基层裂缝顶端与沥青面层底部对应的位置产生应力集中。当温度呈周期性变化时，应力集中部位受到低频高幅疲劳应力的累计作用，使得面层底面最大温度应力大于表面，大大的超过了沥青混合料的极限拉应力，使得沥青面层在较短的时间内开裂，并且很快扩展至路表，形成温缩型反射裂缝。不管环境温度高低，只要存在日温差，基层中的裂缝对面层底部对应位置必然开裂。

（2）交通荷载引起的反射裂缝。半刚性基层开裂后，车辆产生的交变荷载作用于沥青面层，在基层开裂处对应的面层内产生应力集中，使沥青混合料内部产生损伤，随着荷载作用次数的增加，混合料内部的损伤逐渐累积增加，当损伤累计达到材料的极限承受能力时，沥青混凝土内部变产生微观裂缝，在疲劳和剪切的双重作用下，裂纹不断扩展，最终形成可见的宏观裂缝。

2 沥青混凝土路面横向裂缝处治措施

横向裂缝是沥青混凝土路面主要病害之一，它严重影响公路技术状况指标，严重影响路容路貌，严重影响高速公路使用寿命。本文以某条高速公路为背景，积极探索养护新材料、新工艺，以裂缝宽度为分级参数，分别采取改性乳化沥青压力注浆、铣刨重铺沥青混凝土等措施处治路面横向裂缝。

2.1 改性乳化沥青压力注浆处治路面轻度裂缝

改性乳化沥青压力注浆处治路面裂缝施工操作方便，15-20分钟就可修复一道裂缝，且养生周期短，同时可以对路面支缝空隙进行有效的填充。适用于裂缝宽度在3mm以下的轻度横向裂缝的处理，其工艺流程为：封闭交通→标记注浆孔位置→钻孔→清孔（清理缝壁）→安装注浆头→加料注浆→封孔→清理现场→养生→开放交通。注浆孔应沿裂缝走向布置，孔间距根据现场裂缝情况而定，一般不大于90cm；钻孔宜采用22mm螺旋钻头的手电钻，需要钻透沥青混凝土面层10cm以上；注浆头应采用专用注浆头，且长度为10cm左右；注浆时采用逐步加压法，压力控制在3-6Mpa，达到压力稳压1-2分钟，改性乳化沥青注浆料按标定行程进行控制，每行程22cm，需用注浆材料约10kg，相邻裂缝、注浆孔如有改性乳化沥青溢出即达到要求。

注浆材料改性乳化沥青是一种单组分有机大分子物质，密度大于水，有很好的流动性。性能卓越，可以防治水汽进入道路里面，并能在低温条件下保持超强的柔韧性、安全性及便捷性。改性乳化沥青室新型道路养护材料，无毒、无味、无环境污染；渗透力好、粘结强度高、抗剪切力优良、耐温、抗冻；塑性好，在裂缝变大时它的内应力比较小，延伸率高、容易产生塑变，可以减小对缝壁的牵引力，有效的防治新的裂缝产生。

2.2 铣刨重铺处治路面重度横向裂缝

铣刨重铺工艺适用于裂缝宽度在3mm以上的重度横向裂缝的处理，其工艺流程为：封闭交通→确定处理范围→铣刨→清理→病害处治→涂刷界面剂→摊铺→碾压→喷洒沥青还原剂→养生→清洁→开放交通。封闭交通后，根据标记的处理范围，进行铣刨施工，当第一层铣刨后，对下层进行病害检查，如下层损害严重，需再进行铣刨；铣刨、清理槽底废渣后，应对槽底存在的裂缝进行处治：按照灌缝要求，用加热好的界面剂材料进行灌缝，沿裂缝处粘贴抗裂贴，为增加抗裂贴与路面的粘结性，对抗裂贴底面进行加热，槽底喷洒高效改性乳化沥青；槽壁应涂刷加热好的界面剂材料，厚度约为2mm，且应涂刷均匀，无花白现象；摊铺热拌沥青混合料时，严禁出现离析现象，当厚度超过7cm时，需分层摊铺；分层碾压时，底层用平板夯进行压实，表层用大吨位压路机压实平整；碾压后表面应均匀喷洒沥青还原剂，可在表面撒布0.2-0.3mm抗磨细砂，达到抗滑挤嵌效果。

3 结语

沥青混凝土路面作为我国高速公路占据绝对地位的的路面形式，横向裂缝是其主要病害之一，而诱发横向裂缝的因素众多，本文主要分析了严冬期温度骤降引起的横向裂缝和反射裂缝的开裂机理。针对既有横向裂缝，本着探索新材料、新技术、新工艺的原则，以裂缝宽度为分级参数，探索改性乳化沥青压力注浆、铣刨重铺沥青混凝土等预防性养护技术处治路面横向裂缝，可为沥青混凝土路面养护提供参考。

参考文献：

[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能.人民交通出版社，2003.