一、瀝青路面裂縫產生的主要原因
1、瀝青及瀝青混合料的性質
瀝青路面所鋪筑瀝青混合料主要由瀝青結合料、粗集料、細集料和礦粉等多種成分組成的復
合材料。在混合料組成中,由于材料質量的差異和數量的多少,可形成不同的組成結構,表現為不同
的物理力學性能。瀝青和瀝青結合料的性質是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因,瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開裂的最根本因素,瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關鍵。在瀝青性能指標中,影響更大的是溫度敏感性,溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。
2、基層材料的性質
基層材料的收縮性愈小,面層裂縫愈小。基層上有透層油以加強與面層的粘結對抗開裂是有好
處的,基層材料種類對瀝青面層的裂縫率有明顯影響。
a.干燥收縮開裂。主要是由于混合料失去水分引起的,混合料中游離水分的減少縮小了顆粒間的空隙。
b.低溫收縮開裂。半剛性基層多在高溫夏季和常溫時施工成型,入冬后溫度驟降,混合料遇冷收縮,在收縮過程中受到下層的約束產生收縮拉應力。如果收縮應力大于當時的極限抗拉強度時,就會產生溫度收縮裂縫,溫差越大,溫度變化越快,則約束越大,混合料就容易開裂。
3、疲勞開裂
它是指路面在正常使用情況下，由行車荷載的多次反復作用引起的。瀝青結構承受車輪荷載的反復彎曲作用，結構層底面產生拉應變(或拉應力)值超過疲勞強度時，底面便開裂，并逐漸向表面發展。經水硬性結合料穩定而形成的整體基層也會產生出疲勞開裂，甚至導致面層破壞。這種開裂開始大都是形成細而短的橫向開裂，繼而逐漸擴展成網狀，開裂的寬度和范圍不斷擴大。
4、低溫收縮開裂
瀝青路面在低溫時強度雖增大，但其變形能力卻因剛性增大而降低。但氣溫下降特別是急驟降溫時，瀝青面層受基層的約束而不能收縮，產生很大的溫度應力，當累計溫度應力超過瀝青面層某一薄弱點(或面)的混合料的抗拉強度，路面便發生開裂。這種開裂一般為橫向間隔性裂縫，嚴重時才發展為縱向裂縫。這些裂縫從表層開始向下逐漸延伸，并形成對應裂縫。
5、路基的破壞所引起的裂縫
由于路基壓實不均勻、路基穩定性差等原因，同時在自重和重載車的作用下，地基產生不均勻沉降使路基發生滑動，將路面拉裂，出現裂縫，通常為縱向裂縫。另外由于施工縫壓實度不足，也容易產生裂縫，繼續發展會成為翻漿。
6、設計原因
我國瀝青路面的真正開發、研究及大規模設計、施工,還是近10多年伴隨著高速公路建設而發展起來的。因此,還有不少設計問題有待研究;文獻也有待于結合工程實踐不斷完善。設計問題主要如下:
a.結構設計不合理。如基層厚度不夠,面層分層及材料配合比設計不當,面層厚度不合理。
b.路面、基層、底基層排水設計考慮不周。
c.路面所處段土質和水文情況與實際出入大,使得路面設計參數不符合實際。
7、施工原因
a.軟土地基施工。在含水量較高、強度低、孔隙比大、壓縮性高的軟弱土層即軟土上修筑路基,
若處理不當,往往會發生路基失穩、過量沉陷和不均勻沉降,路面產生縱向裂縫,導致公路破壞或不
能正常使用。
b.路基壓實度不足。路基壓實是路基施工過程中的重要工序,亦是提高路基路面強度與穩定性技術措施之一。壓實的目的在于使土粒重新組合,彼此擠緊,孔隙縮小,土的密度提高,形成密實整體,最終導致強度增加,穩定性提高。由于路基局部路段壓實度不足,會導致公路路面出現縱向裂縫和橫向裂縫。
c.路面基層施工質量低劣。由于搶工期、趕進度,造成料源緊缺,原材料質量難以保證,不能按照施工規范的要求施工。半剛性基層沒有合理的齡期,放松對工程質量的控制,使得基層和底基層質量低劣,造成基層網裂破壞, 反射到面層,面層出現網裂。在齡期不足的情況下,由于攤鋪機和重型運料車輛的碾壓并轉彎,底面層施工時用振動壓路機碾壓,這都會破壞水泥水化、硬化已形成的初期強度。
d.瀝青面層集料離析。瀝青面層集料大小顆粒離析局部粗集料偏多,細集料偏少;不易壓實。礦料與瀝青的粘結力小,抗剪強度低,容易出現龜裂和松散。
二、探索瀝青路面裂縫的防治
延緩和減輕半剛性基層瀝青混凝土面層的荷載型裂縫和非荷載型裂縫,可采用兩大類方法:
一是在施工期間就采用相應的預防裂縫或處理措施,二是在維修養護延緩和減輕半剛性基層瀝青混凝土面層的荷載型裂縫和非荷載型裂縫,可采用兩大類方法:一是在施工期間就采用相應的預防裂縫或處理措施,二是在維修養護類方法。僅從半剛性基層瀝青路面裂逢的預防或處理方面進行闡述。
1.提高路基工作區的強度和穩定性
路基是路面的基礎,路基工作區又是路基經受行車荷載影響較大的深度區域該深度區域具有
足夠的強度和整體穩定性對保證路面結構的強度和穩定性極為重要,否則將產生不均勻沉降使路面發生開裂。因此,必須采取有效措施處理好影響路基工作區的穩定性和強度的關鍵環節。
a.路基工作區的強度主要是在填筑過程中形成的。必須嚴格控制路基的填筑工藝,確保路基強度。填筑材料首選石、礫、砂類土,其次選用含礫、砂低液限粘土再次選用低液限粘土。粉質土和有機土不能用于填筑路。面對當前高速公路超載現象十分普遍的情況下,建議在路基施工時對路基工作區的控制深度最好是大于路基工作區的設計深度,以防患于未然。
b.壓實度是反映路基強度的重要指標,也是提高路基強度和穩定性的最經濟、最有效的技術措施,施工中必須嚴格檢測控制。使其達到規定值。填土層的厚度對壓實度有直接的影響,施工中要插桿掛線,每層的松鋪厚度不應大于30 cm。檢測壓實度試坑要打到下一層頂面,凡是檢測結果達不到規定值的要加壓處理,或推除重填。
c.降低地下水位是提高路基強度的重要措施。路面底以下80 cm路床是路基的關鍵部位,它直接承受和吸收路面的擴散應力,要有足夠的強度和穩定性。當開挖后發現底下滲水,不論流量大小都要處理。填方地段要采用較好的材料填筑,土質差的地段要進行換填處理,確保其強度和穩定性。
2.基層應有合理厚度及修筑防裂路面
當基層厚度增加時,其承載能力也迅速增加,試驗證明,半剛性基層厚度由10 cm增加到25 cm
時,其承載力提高為原來的3倍。研究表明,面層反射裂縫明顯地受瀝青面層厚度的影響,厚度超過
15.0 cm的面層可以有效的防止受拉疲勞所產生的裂縫,還可以降低車輛荷載引起的剪應力。國外
資料介紹。在貧混凝土上鋪筑10.0 cm的瀝青面層時,在形成反射裂縫前可累積通過標準軸載10×10次。如果瀝青面層加厚到15.0 cm,則可通過20×10次。如瀝青面層加厚到17.5 cm則可放心使用。
3.設置應力吸收層
a.在基層與面層之間鋪橡膠瀝青中間層、預制織物膜帶條、土工織物或土工格柵中間層、低粘度瀝青混凝土層等均勻應力吸收層。
b.采用應力吸收薄膜,對減緩反射裂縫的產生與擴展有明顯的效果,可使裂縫處相對位移產生的應力傳到面層時大為減少,明顯降低應力強度因子。而吸收薄膜的彈性模薰越低,防裂效果越好。可見應力薄膜應選用低模量高韌性、大變形率的材料為好。就目前常用的材料而言,土工織物與瀝青橡膠薄膜的彈性模量都較低,變形率較大。不存在低溫脆裂問題,效果更佳。
c.用土工格柵加筋瀝青路面的主要功能,是控制車轍、反射裂縫和疲勞裂縫,不同類型格柵性能顯著不同。
d.橡膠瀝青吸收膜,是使用廢橡膠磨細的粉與熱瀝青攪拌后.施于面層中間,形成一薄膜或與砂石成一薄層。有試驗結果表明,此應力吸收層在面層中間效果最佳。
e.新鋪半剛性基層的預開裂技術在半剛性基層上鋸縫,即在結構層碾壓前切割一條縫直到層底。縫寬為0.5 cm,內填瀝青砂或瀝青乳液.隨即將切縫快速封閉。然后以正常方式碾壓該層。其目的就是預先制造更直、更多規則問距的裂縫(通常問距為2~3 in),這樣它比自然裂縫更細、裂縫位移更小,從而避免裂縫邊緣的快速惡化或減緩裂縫貫穿瀝青層。
4.施工控制裂縫發生
a.在施工方面,控制半剛性基層碾壓時的含水量為最佳含水量的0.9倍,壓實度達到規范要求,碾壓完成后要及時保濕養護,防止基層干曬,養護結束后,立即噴灑瀝青乳液,做成透層或粘層,然后盡快鋪瀝青面層。
b.制備瀝青混合料時控制好加熱時間和加熱溫度,不使瀝青老化、加強碾壓,使瀝青混合料達到規定的壓實度,也可減少反射裂縫。
c.為了減少瀝青面層由于半剛性基層的收縮裂縫而產生反射裂縫或對應裂縫.應盡可能采取有效措施來減少半剛性基層本身的收縮裂縫。
三、總結
公路鋪設瀝青面層前,采取裂縫預防措施和處理技術可以大大減少路面裂縫的出現。這種思路和方法是強調于道路建設初期采取措施阻止裂縫的形成。或通過選擇道路結構、技術或材料處理已出現的裂縫,這將減少裂縫或根本不出現裂縫,或者使得原有的或不可避免的裂縫活性大大降低。
