沥青混凝土路面反射裂缝的分析和防治

沥青混凝土路面反射裂缝的分析和防治

1前言

近年来，各地经济的迅猛发展，公路上交通量和汽车载重量剧增，对路面结构的损坏日渐加重，越来越多的旧水泥混凝土路面面临修复工作。沥青混凝土罩面层对水泥混凝土路面的修复有着较大的作用，其施工工艺不仅简单方便，而且能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能，延长其使用寿命[1]。但由于旧水泥混凝土路面上存在接缝和裂缝等损坏现象，沥青罩面后的复合结构往往在使用的短时期内，罩面层在对应于旧水泥混凝土板接、裂缝的位置上出现反射裂缝。反射裂缝本身对罩面层使用性能的影响不大，但环境因素(雨水、氧化等)的负面作用常常使得裂缝迅速向四周扩展，缩短罩面层的寿命。反射裂缝是旧水泥混凝土加铺罩面沥青层所面临的一大难题。反射裂缝问题本身十分复杂，影响因素众多，所以研究反射裂缝产生和发展的机理是防治反射裂缝措施的基本前提[2-3]。因此对反射裂缝的产生及其扩展机理进行分析和研究很有必要的。

2研究路面反射裂缝的必要性

目前我国的高等级公路普遍采用半刚性基层，半刚性材料的干缩性和温缩性相对较大，故在其施工碾压、养生过程甚至加铺沥青面层后，半刚性基层会不可避免的产生裂缝.因而，在开放交通后，在气候因素和交通因素的作用下，便会产生反射裂缝[4]。

在老路特别是旧水泥混凝土路面上进行沥青罩面被公认为是一种最可行最有效的恢复老路面使用性能的措施，加铺沥青罩面层后的复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料性能差异大，旧水泥板受温度变化影响大，而且旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空等损坏现象，使得复合结构中奇异部位尤为突出，这些都促使罩面层在对应于旧路面板接缝或裂缝的位置上极易产生反射裂缝。反射裂缝本身对于沥青面层或罩面层性能影响不大，其危害在于水分从裂缝中不断进入道路结构使基层甚至路基软化，导致路面承载力下降，产生卿浆、台阶、网裂，加速路面破坏，大大缩短其寿命。

相关调查报告和研究结果表明[5-6]，冬季，沥青混凝土路面最容易出现裂缝，春季，周围环境温度升高，此时车辆荷载和温度荷载的作用加剧了裂缝的扩展，这给公路路面带来很大的损害。反射裂缝的产生使高速行驶的车辆出现明显的跳车的现象。如裂缝出现在桥头处，跳车现象将更加明显，行车的安全性和舒适性大大的降低。这也是事故发生的诱发原因。

综上所述，在有大量半刚性沥青路面修建和水泥混凝土路面需要修复的今天，对反射裂

缝问题进行深入研究不仅是必要的而且有重要的实用价值。

3反射裂缝的类型及形成扩展机理

3.1反射裂缝的类型

沥青混凝土路面裂缝包括两种类型，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。荷载型裂缝主要是因行车荷载作用而引起的；非荷载型裂缝产生的原因包括:温度裂缝，以及所用的原材料质量和施工工艺不当造成的[7]。两种类型的裂缝分别以横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝等形式表现。

3.1.1 横向裂缝

横向裂缝，其裂缝贯穿于部分路幅或整个路幅，缝宽不一，且裂缝与路面的中心线基本垂直。横向裂缝形成的原因主要有以下几方面[8]：

第一：地基与构造物差异沉降导致基层开裂，并反射到沥青路面面层，形成横向裂缝。

第二：沥青混合料的胶结物质随着温度的降低出现温缩变形，当表面拉应力大于抗拉强度时，路面出现开裂，随着时间的增长将出现新的裂缝，裂缝扩展并贯通导致路面破坏。

第三：施工质量也是裂缝出现的主要原因。施工过程中，若施工缝处理不当，接缝不严，造成不同部位结合力下降，从而导致横向裂缝。如桥梁、涵洞等结构物的回填部位是裂缝出现的主要部位。

3.1.2 纵向裂缝

纵向裂缝的走向基本与行车方向平行，裂缝的长度和宽度不一。产生的原因主要是路面纵向加宽未按照要求进行施工，或碾压不密实，从而造成加宽部位沉降，产生纵向裂缝。如:路基边坡坡度小于设计值，路基边坡压实度不足而产生滑坡；路面面层前后摊铺相接处的冷接缝处理不当，造成结合不紧密而相互脱离，产生纵向裂缝。

3.1.3 网状裂缝

网状裂缝一般呈纵横交错状，裂缝宽1mm以上。沥青混凝土路面出现这种裂缝的原因主要有：路面结构中夹杂软弱层或泥灰层，粒料层松动，水稳定性较差；沥青与沥青混合料质量差，延度小，抗裂性差；沥青层厚度不足，层间粘结性差，水分易渗入内部，进一步加速裂缝的形成；路面整体强度不足，在行车荷载作用下易形成网状裂缝。除上述造成裂缝的原因外，沥青混凝土在长期使用过程中，外界环境影响作用下，沥青材料发生油分现象，使得沥青的流动性和塑性逐渐减小，硬脆性增大，进一步脆裂而破坏[9]。

3.2路面裂缝产生的机理研究

3.2.1 路面横向裂缝形成机理

横向裂缝是公路路面病害最常见的形式之一，其中，横向裂缝主要以温度应力产生的温度裂缝为主。除此之外，由于公路路面沥青面层横向接缝施工不完善，这样就导致接缝处的空隙比较大，压实度大大下降，路面就极其容易出现横向裂缝，裂缝在车辆的荷载作用下，经过长时间的积累，最终产生横向裂缝[10]。温度裂缝属于横向裂缝的一种，对于温度裂缝的成因主要有两种：一种是由于低温收缩产生的裂缝，在路面铺筑中需要使用沥青，沥青混合料属于弹性材料，在受到外力的情况下，可以根据其自身的物理特征来吸收一部分外来的力量，这种现象也叫“应力松弛”。在应力松弛产生后，一部分的应力会被沥青自身吸收，另一部分就会被聚积起来。如果混合材料处于低温的情况，那么其吸收的速度会远远低于温度应力增长的速度，这样逐渐就会出现路面开裂情况，从而产生温度裂缝；另外一种是由于温度疲劳产生的裂缝，就是在路面的使用过程中，会受到多次变化温度应力的作用，经过长时间的积累，应力松弛现象所吸收的外力会持续降低，路面的性能也大不如前，直至最后沥青面层上面会出现疲劳断裂现象，也就是温度疲劳裂缝。

3.2.2 路面纵向裂缝形成机理

纵向裂缝同横向裂缝一样，都是公路路面病害的主要形式，其大多是竖直分布。纵向裂缝产生的主要原因是因为在进行路基压实工作时，压实度还不符合要求，或者由于荷载作用力超过了路面的承载力。形成纵向裂缝原因还可能是由于路面的排水设施不符合标准，就会非常容易出现路基水毁情况，这也是公路纵向裂缝产生的主要原因。裂缝的产生另一个原因是公路施工还不完善，致使纵向接缝不良。一旦路基出现沉降现象，面层就会承担很大一部分荷载，这时，在车辆车轮下面的面层材料，就要承受很大的拉应力作用，此外，还要承受剪应力T的作用。这种情况下，剪应力与拉应力都在不断增大，如果拉应力增大到最大值，路面就会出现开裂情形。

3.2.3 路面反射裂缝形成机理

反射裂缝就是由于路面的下层材料产生裂缝，经过时间的推移进而不断的延伸，最后扩张到上面层。通常来看，反射裂缝大多出现在一些使用时间比较长的路面加铺的新层上。因为旧的路面自身就有纵向裂缝、横向裂缝、龟裂等情况，这些裂缝逐渐向上层传递，经过不断的扩展，使上面层产生新的裂缝，也就是反射裂缝[11]。除此之外，由于底层的温度变化同样也会产生温缩裂。

4反射裂缝防治措施与修补

4.1 防治措施

在近几年防治裂缝的实践中，国内外研究人员经过大量的实验研究取得不小的进步，主