反射裂缝成因与防治综述

反射裂缝成因与防治综述

近年来，随着交通运输业的快速发展，公路的等级越來越高，半刚性路面在高等级公路设计中的应用也日益广泛，然而随之而来的是裂缝问题。国内已建高速公路调查表明，通车一至两年间大多数公路路面都会出现不同程度的裂缝而且其中50%以上是由于基层先开裂而引发的反射裂缝。反射裂缝的产生导致雨水沿裂缝下渗，软化半刚性基层造成基层刚度不足而形成唧浆、沉陷等病害。因此如何提高半刚性基层沥青路面的使用质量，减少沥青路面的反射裂缝是目前国内外研究者所面临的共同问题。

标签：反射裂缝、基层刚度、沥青面层

一、前言

近年来随着经济和交通量的快速发展，我国的道路建设步入了新的高速发展时期。目前我国已建、在建的高等级公路中最常用的结构类型为半刚性基层沥青路面基层及底基层主要采用水泥稳定类材料、二灰稳定类材料，这类材料的主要特点为强度高、板体性好冲刷能力强，然而半刚性基层材料易受水和温度的影响而产生干缩和温缩裂缝，反射至面层形成反射裂缝。

反射裂缝对路面结构的整体性和连续性产生严重的破坏并在一定程度上削弱了路面结构的强度，从而影响路用性能，甚至路面很快产生结构性破坏。

二、半刚性基层材料的性能

沥青路面的半刚性基层是指：利用粉煤灰、水泥等一些无机结合料拌合而成的稳定土或是级配碎砾石等，以及用水硬性材料结合料的如工业废渣所修筑的路面基层。现阶段下，我国高等级公路的半刚性基层以及底基层大多都为水泥稳定配碎石或级配砂砾，而半刚性基层材料具有热冻胀特性还有干燥特性以及疲劳特性等，这些特性受温度影响极为明显。

半刚性基层材料的干燥收缩主要是通过毛细管张力作用、吸附水及分子间力作用、层间水作用和硫化作用4个过程而引起宏观体积的收缩。半刚性基层材料模量随龄期的增长而不断增长，半刚性基层结构与柔性路面相比，具有强度高、稳定性好、刚度大、整体性好等优点。其不足之处是脆性大、抗变形能力差。当半刚性基层上铺筑较薄沥青面层时，由于沥青对温度的敏感性，以及在疲劳荷载作用下，半刚性基层裂缝反映到面层上形成反射裂缝。

三、半刚性基层裂缝机理

半刚性基层的无机结合料稳定料是由固相（组成其空间骨架的原材料的颗粒和其间的胶结料）、液相（存在于固相表面与空隙中的水和水溶液）和气相（存在于空隙中的气体）组成，固液气三相在降温过程中相互作用，使无机结合料稳

定材料产生体积收缩即温度收缩。

干燥收缩是无机结合料稳定材料因内部含水量变化而引起体积收缩的现象。其基本原理是由于水分蒸发而发生的毛细管张力作用、吸附水及分子间力作用、矿物晶体或凝胶体的层间水作用、碳化脱水作用而引起的宏观体积化，无机结合料的矿物成分对分散度影响最大；集料增加对水的作用减小；龄期增加，强度增高，可使干缩降低。可见初期养生不良或非含水量太大，必将导致很大干缩。作用等会引起基层体积收缩，从而产生干缩裂缝。

四、国内外对反射裂缝的研究分析及现状

1、静力学分析法

基础是弹性理论，其代表为ARE法，ARE法采用弹性理论分析反射裂缝，考虑两种破坏形式：张开型和剪切型。刘悦、胡长顺等采用解析法分析了旧水泥混凝土路面接缝处沥青加铺层的温度应力及层间剪应力。由于静力学分析方法采用了很多假设，许多实际的边界条件无法考虑，影响了计算结果的精确性，但这种方法易于掌握，较容易形成设计方法。

2、有限元分析方法

有限元法是一种常用的计算方法，目前在各领域得到了广泛的应用。这种方法能考虑各种实际的边界条件和荷载情况，易求出各点的应力、位移。Yoon-HoCho和B.F.McCullough采用有限元法分析了车辆荷载作用下考虑车辙、反射裂缝和疲劳开裂的沥青加铺层结构应力状况。周富杰、孙立军应用三维有限方法分析了层间接触条件、层间拉开宽度、脱空、罩面层厚度和基础模量对反射裂缝产生的单因素和多因素综合影响。

3、线弹性断裂力学方法

按照断裂力学的观点，可以认为沥青加铺层的破坏是由于旧水泥混凝土路面裂缝或接缝这种原始缺陷的存在，引起沥青加铺层的应力集中与内部损伤，当这种应力集中与损伤累积超过材料与结构抵抗破坏的容许值时，就造成沥青加铺层裂缝的发展，并导致路面结构的破坏。1980年美国加州大学Monismith和Coetzee 用平面有限单元法，以有效应力为标准，研究了沥青路面开裂后在交通荷载和温度荷载作用下裂缝附近的应力分布，同时分析了橡胶沥青夹层在防止反射裂缝中的作用。

4、动力学分析方法

目前国内外对路面结构的力学计算多以静止车辆荷载作用下的路面结构为研究对象，这对于荷载不大、车速较低的情况基本上是合理的。然而，在明显的运动荷载作用下，静力荷载模式与车辆行驶过程中对路面实际作用之间的差异很大。国内的侯芸、郭忠印等应用三维有限元动力学的基本方法，结合NEWMARK

积分方法逐步求解运动方程，对动载（FWD荷载）作用下多层弹性体系的响应进行了分析。

五、预防半刚性基层沥青路面反射裂缝的主要措施

沥青路面反射裂缝的成因很是复杂，目前国内外对减少半刚性路面裂缝的主要思路是：a.使用防裂效果更好的面层或基层材料；b.通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝；c.从结构本身入手防止和减少半刚性沥青路面基层的反射裂缝。在沥青面层和半刚性基层之间设置一层弹性模量低、韧性好的材料作为应力吸收层以吸收半刚性基层裂缝，目前这种方法在国内外工程应用较多。

六、结语

通过对沥青路面反射裂缝的成因分析可知，反射裂缝是在基层开裂的前提下，经温度应力和外荷载的作用，使沥青铺层下表面出现的拉应力超过沥青铺层的抗拉强度时，就会出现裂缝，裂缝随之向上延伸反映到沥青表面，形成了反射裂缝。防治的措施可从基层和沥青两个方面入手：加强基层的设计与施工环节，保证基层的强度的同时，减弱外部因素对基层的影响，尽量避免基层因各种原因出现拉应力；适当增加沥青铺层的厚度，降低沥青铺层的温干缩系数，延缓反射裂缝的发展。由于沥青路面反射裂缝的普遍性，决定了研究沥青反射裂缝这一问题不会终止，更应该实践总结探索更有效的方法。

参考文献：

[1]郑健龙，张起森，半刚性路面反射裂缝及其应力强度因子的有限元分析[J]，岩土工程学报，1990，12（3）：22-31

[2]马金海，李运恒，半刚性基层沥青路面裂缝浅析[J]，公路与汽运，2002（6）：31-33