半刚性基层沥青路面的裂缝成因及控制

1、半刚性基层沥青路面的裂缝成因及控制半刚性基层沥青路面的裂缝成因及控制发表时间：2010-11-17 来源：中小企业管理与科技2010 年 6 月下旬刊供稿 作者：彭思远彭思远 (陆丰市城市建设工程有限公司）摘要：近些年，沥青混凝土为面层的半刚性基层路面被广泛地应用于国内二级以上公路(含高速公路）。本文首先阐述了半刚性基层沥青路面的裂缝的危害性，并在分析了成因的基础上，提出了通过改善基层材料本身性能，来提高半刚性基层抗裂性的措施。关键词：半刚性基层 裂缝 成因引言半刚性基层沥青路面的主要优点是强度高。一般来说，半刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压回弹模量值，但是，半刚性基层沥青路面的裂缝的严重性也逐渐引起了人们的重视。基层中的裂缝就在温度场和荷载场的单独或共同作用下向路面反射形成反射裂缝，从而进一步导致或加速路面的破坏，裂缝中相当数量为半刚性基层先裂而导致沥青面层开裂的反射裂缝。1 半刚性基层沥青路面的裂缝的危害性半刚性基层沥青路面的裂缝的危害性主要表现在以下几个方面：1.1 会使路面系统防水性降低。裂缝为雨水进入路面结构提供了通道，水分通过裂缝浸入到路面基层、底基层，水进入路面基层后

2、可能顺着基层裂缝继续下渗，甚至进入对湿度敏感的路基土中，软化土基，危及整个路基路面结构；1.2 易引起沥青面层较快地出现龟裂、网裂等。通过裂缝进入路面结构内部的水大部分由于缺乏适当的排水通道而滞留于面层与基层间，在大量行车荷载反复作用下产生极大的动水压力而冲刷基层造成卿浆，使裂缝加宽；1.3 路面结构板体边缘的变形会在路面结构内(尤其基层)产生很大的应力和变形，在行车荷载作用下将缩短这些结构层的寿命；1.4 在车辆、水分、霜冻等因素的综合作用下，磨耗层常会沿裂缝发生骨料或小块沥青的剥落。2 半刚性基层沥青路面的裂缝成因分析路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，影响裂缝轻重的主要因素有：沥青和沥青混和料的性质、基层材料的性质、气候条件、交通量和车辆类型以及施工因素等。2.1 温度收缩机理 半刚性基层材料的基本结构是由固相(组成其空间骨架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)、气相(存在于空隙中的气体)组成。由于基层在路面结构中受到约束，当气温大幅度下降时，基层材料中拉应力或拉应变会急剧增大，一旦超过基层材料的抗拉强度或极限抗拉应变就会引起基层的开裂。半

3、刚性基层一般是在高温季节中铺筑而成，成形初期未被沥青面层封闭，由于环境温度存在着昼夜温差，在基层中产生较大温度应力，这种温度应力日复一日地反复作用在基层中，也会使基层产生裂缝。2.2 路面材料及路基填料 水对无机结合料的影响主要通过毛细管张力、扩张作用和冰冻作用实现。当毛细水蒸发完后，半刚性基层材料的吸附水也会开始蒸发，颗粒表面水膜就会变薄，使得颗粒间距变小，分子力增大，导致整个路面层体积进一步收缩，吸附水引起的收缩量要比毛细管作用的影响大得多，当吸附水膜减薄到一定程度后，就会停止收缩。由于压实后水泥的密度不足，土质不均匀，其中的水分蒸发使水泥稳定基层水分不断减少，基层发生体积收缩，形成基层收缩裂缝，并导致裂缝顶端产生应力集中，裂缝向面层扩展，最终到达路表，形成反射裂缝。2.3 路基的破坏作用 在高速公路路面裂缝的各分车道的分布规律调查中，卿浆、裂缝的分布主要以行车道为主，路面横纵裂缝交错，甚至产生网裂，这充分说明重载车辆对路面裂缝的影响非常大，甚至使道路发生结构性破坏。另外，由于路基压实不均匀、路基稳定性差等原因，同时在自重和重载车的作用下，地基产生不均匀沉降使路基发生滑动，将路面拉

4、裂，出现裂缝，通常为纵向裂缝。另外由于施工缝压实度不足，也容易产生裂缝，继续发展会成为翻浆。3 防治半刚性沥青路面裂缝的措施3.1 针对沥青面层的措施 对于面层，其抗裂措施主要是要适当增加沥青面层厚度，采用优质沥青混合料等。在路面结构组合设计方面，可通过修筑试验路段的办法提出适合该地区特征的典型路面结构模式，合理确定最佳沥青面层厚度，在使路面结构在力学合理的前提下，适当增加沥青面层厚度，可使整体抗弯拉强度得到提高，而且对半刚性基层起到很好的隔温隔热作用，从而在一定程度上减少反射裂缝的产生。我国一些较厚的沥青层的沥青路面，面层沥青的质量是防治低温缩裂的关键，因而，应选用劲度模量大、温度敏感性低、延度大、耐久性好、抗老化并且符合“重交通道路石油沥青技术要求”的沥青或改性沥青，有条件的采用较稀的高粘度沥青。沥青混合料配合比设计中，可适当加大沥青用量，减小混合料空隙率，以延续裂缝的发展。选用有一定级配的集料，最好是连续型密级配中粒或粗粒式沥青混凝土作沥青面层，以减小沥青面层自身的温湿效应。也可在沥青中掺入纤维(如玻璃纤维、聚丙烯纤维、钢纤维等)、树脂等以提高沥青混合料的抗拉强度，从而增强其抗裂

5、性。要保障沥青面层和半刚性基层之间有一定的粘结性，半刚性基层较之级配碎石、沥青稳定碎石等柔性基层热容量小，与沥青面层的附着性较差，将使面层有一定自由收缩变形的可能性，混合料的应力松弛性能得不到充分发挥，温度应力无法传递到基层中去，在面层内易积聚，容易产生开裂，所以，基层上有透油层加强粘结对抗裂会有好处。另外，在施工中，要严格控制碾压程序，使沥青面层压实度满足设计和规范要求。3.2 针对半刚性基层的措施3.2.1 针对半刚性基层材料的措施 为减少半刚性基层的开裂，应尽量提高基层材料的抗拉强度，降低材料的弹性模量、温缩系数和干缩系数，减小基层内部的最大收缩应力。水泥剂量的多少与水泥稳定材料的强度、弹性模量、温缩系数和干缩系数大小有直接关系。宜采用最小的水泥用量以降低弹性模量和收缩系数。尽量使用骨架密实结构矿料级配，骨架密实型半刚性材料比规范推荐级配中值的悬浮结构半刚性材料在干缩系数方面可降低 31%，在温缩系数方面可以降低 18%左右。必要时可加入早强剂，以提高半刚性基层早期强度，使其抗弯拉强度增大而弯拉模量变化不大，温湿效应减弱，耐用性提高，抗裂性增强。可采用补偿收缩措施，如掺加膨胀剂，

6、也可采用限制收缩措施，如掺加合成纤维、土工织物等来增强基层材料的抗裂性能。3.2.2 施工过程中的质量控制 实践表明，相当数量的基层裂缝是由施工质量引起的，因而一定要确保半刚性基层的施工质量。尽量减小基层内部温度变化量和含水量损失量。基层混合料要尽量采用厂拌法施工，保证混合料拌和均匀，并严格控制基层碾压含水量，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范围内，在基层碾压完成后要及时进行养生，使混合料的含水量不受损失，决不能让基层暴晒变干裂。养生结束后，应立即喷洒稀释的高粘度沥青，透层具有一定的保温保湿作用，但如果时间稍长半刚性基层混合料中水分也会损失，并产生干缩裂缝，在温差大时也可能产生温缩裂缝，因而做完透层或封层后要尽快铺筑沥青面层。3.2.3 设置预切缝的措施 在基层设置预切缝也可减少基层裂缝的产生。在铺筑沥青面层前，通过对基层采用预切缝处理的措施来减小基层的“相对长度”，以此来减小基层内部累积的温缩、干缩应力效应，并可削弱基层的约束条件。但应注意预切缝的间距、深度等尺寸参数，应通过试验和实际情况确定。这样可使预切缝“停留”在基层而不会反射到面层，即使产生反射裂缝。4 结语总之，半刚性基层沥青路面开裂的影响因素诸多，如：行车荷载方面的因素，材料方面的因素，设计方面的因素，施工方面的因素等。我们应该注意在材料，设计，施工中的质量控制，对预防高等级公路半刚性基层沥青路面裂缝的产生有较好的效果。参考文献：1李俊岭，邓通发.浅谈沥青路面半刚性基层裂缝的危害及处治J.西部探矿工程，2005，(10).2邓洪亮，陈玲.高速公路沥青混凝土路面裂缝原因与对策J.施工技术，2007，(S1).3胡少伟，沈捷，李清富，张鹏.半刚性基层沥青路面开裂机理分析与防治措施J.华东公路，2008，(03).

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