道路工程沥青路面反射裂缝的成因及防治措施

道路工程沥青路面反射裂缝的成因及防治措施

摘要: 本文对道路工程沥青路面反射裂缝的形成机理进行了详细分析，提出了沥青路面反射裂缝的防治措施。

关键词: 沥青路面；反射裂缝；形成机理；防治措施

1概述

裂缝一直都是沥青路面的主要病害之一,如果处治不当，雨水会顺着裂缝进入路基，影响其稳定性，进而造成水损等其它病害，影响路面的使用性能.国内对反射裂缝产生的原因进行了很多研究，在我国已经建成通车的道路沥青路面养护工作中,裂缝已成为水损坏、车辙之后,引起普遍关注的路面病害类型.路面裂缝的不利影响当沥青路面出现裂缝后将会使道路使用质量恶化。由于裂缝局部过大的应力会引起裂缝周围路面结构逐步破坏,随着水的侵入,路基土承载力降低会加剧路面结构的破坏,这将使得舒适性和安全性降低。

2 反射裂缝的形成机理

对反射裂缝形成机理的认识直接关系到反射裂缝的防治问题,通常情况下,把反射裂缝形成的过程分为两个阶段: ①反射裂缝的产生阶段; ②反射裂缝的扩展阶段.

2. 1 反射裂缝的产生

反射裂缝的产生和发展是由于老路面或开裂基层在接缝或裂缝处不能很好地传递拉应力和剪应力,当接缝或裂缝两侧的老路面或基层发生移动(水平向、竖向) 时,在接缝或裂缝顶面的沥青层中产生应力集中,其结果是造成反射裂缝. 而老路面或基层的移动是温度变化、行驶车辆以及两者综合作用的结果.通常把温度变化引起的反射裂缝称为温度型反射裂缝;相应地,把行车荷载引起的反射裂缝称为荷载型反射裂缝.

2. 1. 1 温度型反射裂缝

温度型反射裂缝有两种. 在开裂基层(或老路)上铺厚沥青面层后, 在冬季突然降温过程中, 基层(或老路) 的裂缝会由于温度收缩而继续拉开, 它将给也在产生温度收缩的新铺沥青面层一个附加拉应力;两个拉应力叠加一旦超过沥青混合料抗拉强度,新沥青面层的表面在基层(或老路) 裂缝的上方开裂,并逐渐向下延伸, 直到与老路的裂缝相连, 这样形成的裂缝通常称为低温收缩裂缝. 另外一种裂缝主要发生在昼夜温差比较大的地方. 在开裂基层(或老路) 上铺薄沥青面层情况下,裂缝将从面层底面开始,面层底面一旦开裂,除在负温差下缝端有拉应力外,在正温差(升温造成的温差) 下缝端产生的拉应力更大. 由此产生的裂缝称之为温度疲劳裂缝

2. 1. 2 荷载型反射裂缝

当行车荷载驶经接缝且沥青罩面层较薄时, 由于在罩面层中造成两次剪切效应, 罩面层与水泥板之间首先因竖向拉应力不足而产生竖向拉开, 使得罩面层中的最大应力点出现在距接缝一定距离处的沥青罩面层底面,并引发反射裂缝的产生和发展,由此造成接缝的“双裂缝反射”现象.

2. 2 反射裂缝的扩展

反射裂缝在瞬间是不可能贯穿整个路面宽度的,除非在应力作用时,裂缝的长度已经等于或大于相对于整个路面宽度的临界长度(这里的临界长度是指当裂缝的长度接近或大于该长度时,裂缝的扩展非常快而且是不稳定的) . 较为合理的发展过程是裂缝首先在道路表面某些位置产生, 然后再向两侧扩展. 一般情况下,反射裂缝多出现在轮迹处. 可以认为温度对反射裂缝的影响在整个路面宽度内都是相同的,而行车荷载则是以一定的频率分布在行车道上.

各地区的温度状况不同, 各路段的交通条件和现有路面的结构状况也不相同,因而,反射裂缝的产生有可能主要是温度原因引起的, 也有可能主要是荷载作用引起的,或者是温度和荷载共同作用所造成的. 对于基层裂缝引起的反射裂缝而言,主要是由于温度原因引起的,行车荷载在其形成的后期起到促进作用,但较薄的沥青面层和较厚的沥青面层的反射裂缝产生的机理不同;对于旧水泥砼接缝上的沥青罩面层中出现的反射裂缝而言, 主要是由于荷载原因引起的,行车荷载的施加速度远高于温度变化产生的面板伸缩位移的速度,特别是偏荷载作用.因而,在分析反射裂缝的形成原因时,应将上述两种情况分开考虑.

3 反射裂缝的防治措施

在防治反射裂缝的工程实践中,道路工程技术人员进行了大量试验, 先后尝试了多种防治措施. 这些措施涉及沥青路面结构的各个层次,根据其结构层次的不同,大致可分为3 类:改善沥青罩面层、设置中间夹层和处治老路面层.

在老沥青砼路面上铺沥青罩面层时, 采用下列措施可延缓反射裂缝:

①用低稠度(针入度200 —300) 高粘度优质沥青做沥青砼罩面层;

②加热翻松重新拌和老路面,并加一新沥青混合料层;

③聚合物改性沥青中间层SAMI (应变消减/ 应力吸收膜中间层) ,同时用聚合物沥青或其他优质沥青做沥青罩面;

④优质级配碎石中间层;

⑤某些土工织物中间层,能延缓反射裂缝而不能延缓温度裂缝;

⑥增加罩面层厚度;

⑦在老沥青路面的强度或弯沉值基本符合要求的情况下,用聚合物改性沥青做单层或双层表面处治(即封层) SAM.

⑧使用再生技术使旧沥青砼面层的上部5 —10cm 如同新铺面层.

在旧水泥砼路面上加铺沥青罩面层时, 采用下列措施可延缓反射裂缝:

①厚层优质沥青罩面层(150mm 以上) ;

②预制织物膜带;

③90mm 厚开级配沥青砼底层混合料;

④用金属网或玻璃丝网等加强沥青砼的抵抗差动位移(剪切强度) 的能力,同时用优质沥青(包括聚合物改性沥青) 做沥青罩面层.此外,加强施工控制,保证在制备沥青混合料过程中不使沥青过分老化(控制沥青的加热温度和加热时间) 和加强碾压使沥青混合料达到高的密实度(如98 %以上) 都有助于减少反射裂缝.

结语

1. 反射裂缝是半刚性路面和旧水泥砼路面上沥青罩面的主要病害,对路面性能的危害极大. 国外和国内的许多单位都对其形成机理及防治措施进行了研究,但至今仍未获得圆满解决.要根据不同的路面施工环境进行试验，采用不同的路面结构设计，施工措施进行防治。

2. 温度应力和荷载应力是造成路面反射裂缝的主要因素. 同时,路面结构特性对反射裂缝的产生也有一定的影响. 比如罩面层与旧路面的粘结特性,罩面层的模量,沥青面层的厚度等.

综上所述，在充分了解沥青路面反射裂缝形成机理的情况下，在设计、施工方面采用科学、合理的有效措施，能够有效预防反射裂缝的产生。提高路面性能，延长使用寿命。

参考文献:

[1] 郑健龙,张起森. 半刚性基层沥青路面[M] . 北京:人民交通出版社,1991 :202 - 219.

[2] 陈贵峰高等级公路沥青路面反射裂缝的分析与防治--《重庆交通学院学报》2003年03期

[3] 周富杰孙立军反射裂缝的足尺疲劳试验研究及其力学分析同济大学土木工程学报2001年03期