沥青混凝土路面裂缝形成的机理

沥青混凝土路面裂缝形成的机理与对策踢丁方芳（广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004）摘要：本文通过分析裂缝产生的机理，提出防止路面产生裂缝的一些对策。（过于简单，应写出文章的浓缩）关键词：沥青，混凝土，路面，裂缝沥青混凝土路面以其行车舒适、噪音小、扬尘少、施工周期短、维修方便等优点被广为应用，但裂缝是沥青混凝土路面的常见病害。随着我国公路建设的发展，沥青混凝土路面的裂缝问题一直困绕着施工单位。一、 路面结构设计引起的裂缝沥青路面厚度过薄在行车荷载的作用下就会出现网裂;面层材料太脆，其底面在行车荷载作用下产生过大的应力，使面层拉裂而形成裂缝；面层和基层的刚度相差悬殊面层底面将出现过大的拉应变,而出现裂缝。首先，沥青、沥青混合料使用性能是受沥青结合料影响的沥青质量的优劣与沥青路面的好坏有密切关系，直接影响到沥青路面的使用性能。路用沥青大多数含蜡量高、延度小、温度敏感性强,与石料的粘结力较差，沥青混合料的低温抗裂性能和高温稳定性不好，使得许多沥青面层结构在远小于使用寿命年限内出现损坏，形成纵横向裂缝和网裂现象。其次，矿料质量的好坏直接影响混合料的强度，是沥青路面早期破坏的主要影响因素。碎石的压碎值、磨耗值不符合要求将造成沥青混合料的稳定度偏低。碎石与沥青材料的粘附性大小对沥青混合料的强度和耐久性有极大影响。沥青混合料一般使用碱性矿料。二、 路基沉降形成的裂缝路基填土机械压实不足,填筑材料含水量较大，路基交工后沉降时间不够。路基边沟和顶面排水不畅路基受到浸泡，含水量增大，造成路基压实度降低，回弹模量减小，弯沉值增大，交工通车后在车辆荷载的作用下，半刚性基层的底部将产生拉应力，当拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度时，半刚性基层的底部就会很快开裂，并在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并使沥青面层也产生开裂破坏。还有由于路基含水量大,冬季土体冻涨将路面拱起而断裂，形成路基冻涨裂缝。三、 温度变化的裂缝形成原理沥青材料沥青是一种典型的弹塑性材料，具有很强的温度敏感性，在较高的温度条件下，具有良好的应力松驰性能,温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩。沥青混合料的应力松弛速度不及温度应力的增长混合料劲度急剧增大;路面中产生的收缩拉应力或拉应变超过沥青混合料路面材料的抗拉强度时这种收缩变形受到路面底部摩擦力，作为无限连接板体的结构对这种拉应力超过混合料本身的抗拉强度极限时,路面就被拉断，沥青路面就会开裂。由于沥青路面宽度有限，收缩受路面结构的相互约束小,所以低温裂缝主要是横向的。一方面，由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变变小,加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松驰性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝;另一方面，沥青面层的温度应力随着面层的增厚而增加，面层内的应力随深度增加而减少，从而导致面层的表面开裂,随着持续低温或另一次降温，在裂缝尖端会产生较大的应力集中,使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层，由于面层底部与基层表面的粘结作用，裂缝呈现上宽下窄现象。大量研究表明，反射裂缝产生的基本机理是受拉疲劳、受拉屈服和剪切屈服，在它们的单独或共同的作用下导致产生反射裂缝。目前我们公路多半为半刚性路面结构，即由半刚性材料（二灰碎石、水泥稳定碎石）基层和水泥混凝土面层构成。由温度变化或水分变化引起基层的膨胀和收缩，使面层承受扯裂作用引起受拉疲劳，产生裂缝并导致裂缝沿竖向扩展到路表，产生裂缝；在面层中，由于沥青混合料的导热性能差，其中上、中、下各层的温度变化幅度不同，在低温及表层与基层的收缩共同作用下，造成温度变化大的表层产生拉应变超过所用材料的极限屈服应变，在拉力作用下产生裂缝，逐渐向下扩展，形成“上宽、下窄”的裂缝。这就是受拉屈服产生裂缝的现象；半刚性材料基层开裂（旧水泥混凝土路面）所形成是板块，由行车荷载引起相邻板块端部之间的差动位移，在面层中引起面层的剪切疲劳而导致开裂，这就是由于剪切疲劳产生裂缝。四、 路面施工引起的裂缝生成首先，对石灰（水泥或二灰）无机稳定粒料土，由于石灰剂量不足，拌和不匀，用水量过大或过小、压实度不足、厚度不够等原因造成基层路面稳定性差、强度低，产生沥青路面早期破坏；其次，对水泥稳定类材料，压实延迟时间长,压实度就变低，强度就受到损失，过长的延迟压实和过度的碾压，都对半刚性基层产生破坏作用；再次，基层找平不当。半刚性基层在整型找平过程中用平地机反复刮补，将高处的混合料刮到低洼处找平，导致一层薄层与原结构层不能有效地结合起来，形成薄夹层。在车辆荷载作用下，薄夹层逐渐被推动压碎松散,进而导致沥青面层产生局部网状裂缝。还有就是，在铺筑上一结构层前，路面结构层及路基表面的浮土、浮砂清除不干净，在雨水作用下，浮层细料变软被行车挤压造成泥浆,进而波及面层表面。对原材料检验不严,对沥青混合料的配合比控制不够,特别是矿粉和沥青用量不准，使沥青路面早期出现网裂。沥青混合料加热温度过度，沥青混凝土路面在施工中一般采用大锅明火熬油,为使用方便，沥青长期处于高温状态，造成沥青改性、老化、粘结力降低；一般矿料加热温度过高,当沥青和矿料拌和时，沥青便被矿料的高温灼焦，沥青老化,使路面强度不足易产生网裂、坑槽等病害。沥青混合料出厂温度超过规定的上限值或者沥青混合料出厂温度在规定的范围内但接近高限，如运距较短，摊铺碾压又很及时，就会使碾压温度超过规范高限，混合料就压不密实，就会出现微裂。施工季节不合理,雨季或低温季节施工，不能及时成型稳定，也会导致了沥青路面坑槽现象。此外，施工缝未处理好，结合不良也会引起开裂。五、 沥青混凝土路面裂缝的防治对策由上述机理分析可知，沥青混凝土路面裂缝的产生的原因是由多种因素造成的因而防治就成为一个综合治理的问题，在设计、施工、选用材料等方面充分考虑防裂问题，对根除沥青混凝土路面裂缝的发生有着重要的意义。合理的设一防裂路面反射裂缝明显受面层厚度的影响，厚度超过15cm的面层可以有效的防止受拉疲劳所产生的裂缝，还可以降低车辆荷载引起的剪切应力。作为柔性路面，必须根据其道路等级、交通量、自然地基地质情况，道路基层情况和施工季节等综合因素计算其设计厚度。作为旧水泥路改造沥青混凝土罩面层厚度的确定主要考虑结构强度因素；与非结构强度因素有关的加罩层厚度确定，主要考虑道路沿线高程的控制、沥青混凝土最小摊铺厚度要求、加罩层与板的结合问题以及工程费用控制等。据国外报道，有效地加罩总厚度以10〜15cm为宜。优化沥青混合料配合比设计空隙率对面层的疲劳寿命有很大的影响，这是由于疲劳裂缝是通过空隙的结合而扩展的，良好的压实不仅可以推迟裂缝的扩展，而且还可以减轻沥青在路面使用期限内硬化。开级配沥青混合料具有较高的空隙率，因而起抗拉能力比较底。其疲劳寿命比密级配混合料要短。目前，为了提高抗滑能力和抗车辙能力，国内高等级道路普遍采用较粗级配，用油量少，空隙率偏大，传荷能力削弱，容易开裂，耐疲劳能力降低。设计中应考虑其综合作用并根据设计厚度选择适当的混合料的配合比。要严格控制材料规格，用量和矿料级配组成。对配合比中空隙率与稳定度要进行调整。沥青混凝土的沥青用量,应按马歇尔稳定度试验确定，并在施工过程中经常加以校验。设计应力吸收层由机理分析得知，采用应力吸收薄膜，对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显减弱裂缝尖端英里的奇异性，降低应力强度因子，而吸收薄膜的弹性模量越低，其防裂效果越好。可见应力吸收薄膜层应选取低模量、高韧性、变形率大的材料。如土工布、砂、石屑等根本目的就是消除应力集中，目前使用较多的是土工布。使用粘层油粘层油是指在封层之间或是具有裂缝的路面层之间涂刷层，它能有效地除去反射裂缝。如路面做在半刚性基层和旧水泥混凝土路面上时必须使用。使用土体固结剂在经济许可的条件下，可尝试将土体固结剂用于高等级公路路基、路面及护坡等处，以提高土体的水稳定性。使用嵌缝料在旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土时,常常在胀缝处出现横向反射裂缝,建议采用耐水、耐油、耐大气老化等优良的耐腐蚀性能和防水密封性的嵌缝料。正确选择路面材料（1） 选择抗裂性好的材料作基层，为减少收缩裂缝,除增加4.75mm以上骨料含量，降低施工含水量，减少结合料和提高压实度外，选择水泥代替石灰做水泥稳定碎石比二灰碎石具有更好的抗裂性能。（2） 沥青的选取,沥青要选择含蜡量低，且具有良好的高、低温性能和施工抗老化性能。目前推广应用抗裂性好的改性沥青，在沥青的低温粘度，感温性，耐老化等指标上，改性沥青均优于普通沥青,这已得到共识。根据国际分类方法及我国的使用情况，将改性沥青（即聚合物改性沥青）分为3类：橡胶类，该类目前使用较多的是SBR（T苯橡胶）胶乳；热塑性橡胶弹性体，目前主要使用SBS（苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物）；热塑树脂类，目前使用较多的有PE（低密度聚乙烯）和EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）。（3） 选择合适的矿料，无论什么骨料为使沥青与矿料发生强烈的吸附作用应使用抗剥落剂,以延缓由于荷载和温度的反复作用发生沥青剥落而产生的水毁现象同时限制碱性骨料的使用。正确施工严格控制基层施工碾压时的含水量，土基、底基层、基层充分压实最好用密实度和弯沉双控的办法，保证压实和检测基层的整体强度、刚度。碾压完成后要及时养生，防止基层因暴晒变干而开裂。要及时完成透层或粘层的施工，并尽快铺筑沥青路面。保证面层施工的质量：混合料的温度、碾压强度、施工连续性必须达到要求，另外还要处理好施工接缝的连接，按GB50092—96《沥青路面施工及验收规范》做好纵横向接缝。纵缝要尽量采用直茬热接的方法摊铺段不宜太长，一般在60〜100m之间，于当日衔接，第一幅与第二幅搭接2.5〜5cm，然后再推回碾压。不是当日衔接的纵横缝上冷接茬，要刨直茬，涂刷粘层边油后再摊铺。或用喷灯烘烤冷茬后立即用热沥青混合料接茬压实；加强运料车的保温工作，严格控制摊铺和碾压、终压的沥青混凝土温度,并保证供料和施工的连续性保证适宜的摊铺，碾压温度，及时碾压,施工组织必须紧密，大风和降雨时停止摊铺和碾压；双层式沥青混合料面层的上下两层铺筑宜在当天完成。沥青混合料的松铺系数宜通过试铺碾压确定。应掌握好沥青混合料的厚度。宜采用全路宽多机全幅摊铺以减少纵向分幅接茬。出现裂缝后要及时处理，避免加剧面层和基层的破坏。行车荷载的限制加强交通管理，限制大型超载车辆通行，将车辆荷载控制在设计范围之内，减少疲劳破坏。同时加强宣传教育，使人们认识到超载的危害性。加强养护及时维修做好道路排水工作，完善路基路面的排水设施，确保路面排水顺畅，基层与面层之间不得形成“蓄水槽”，及时维修。沥青路面的早期损坏应及时处理，避免基层破坏进而加剧面层的破坏，延长路面大修时间。常用方法有:灌油修补法、乳化沥青稀浆封层、沥青混合料罩面法及现场再生维修等方法。按照《公路沥青路面施工技术规范》中的相关要求，结合本地区的气候条件和道路等级选用符合要求的沥青种类，以减少或消除沥青面层的温缩裂缝。施工中所采用的沥青应该到本地区相关试验检测机构进行试验检测，验证其是否符合相关技术标准。合理组织施工。摊铺作业尽可能连续，尽量避免冷接缝。如不能避免，冷接缝应按照要求先将已压实的摊铺带边缘切割整齐，清除浮料，用新的热混合料敷贴到接缝部位，使冷料部位预热软化，清除敷贴料，向接缝壁涂刷0.3〜0.6kg/m的粘层沥青，再摊铺新的沥青混合料。充分压实横向接缝。碾压时，压路机先在横向接缝已压实的路幅上，钢轮伸入新摊铺部位15cm左右，然后每压一遍向新铺层移动15〜20cm，直到压路机完全进入新摊铺层，然后再转入纵向碾压。半刚性基层所用的水泥宜为质量稳定旋转窑生产，水泥剂量应符合设计及施工要求，并且水泥与其他混合料要充分拌和，使之均匀。路用水泥应该按照要求频率到相关部门进行试验检测。桥涵回填部位应选择透水性及材质良好的砂砾等材料，并按照要求填筑充分碾压；沉降严重地段，应先进行软土基处理，并合理组织施工，以减少回填部位的不均匀沉降。参考文献GB50092-96沥青路面施工及验收规范Abstract：Basedontheanalysesofcrackscause，somecounterplansforpreventingitweresuggested.Keywords： bituminousconcretepavement;crack;formationmechanism;preventionandcurecounterplan（再认真整理哦！）1引言近几年，随着汽车工业的不断发展，车辆的行驶速度愈来愈快，车辆对路面行驶条件要求也愈来愈高。但是由于沥青混凝土路面产生各种裂缝，不仅对路面的连续性和平整性产生了破坏，影响车辆的行驶舒适性，而且还容易造成水等有害物质进入其中，影响了道路使用寿命。因此，对沥青混凝土路面产生裂缝的预防与处理，是保证行车质量，延长道路使用周期的关键。2沥青混凝土路面裂缝类型一般来说，沥青混凝土路面裂缝大体分为两种类型：一种是荷载型裂缝，即主要由于行车荷载作用下产生的裂缝。在车辆荷载作用下，半刚性基层底部产生拉应力，如果拉应力大于基层材料的抗拉强度，则基层底部很快开裂，直至影响到沥青面层；另一种是非荷载型裂缝，以温度裂缝为主的低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝；由于施工工艺不当或用了不合格材料产生的裂缝。两种类型的裂缝分别通过横向裂缝、纵向裂缝、网裂和反射裂缝等形式表现出来。3裂缝形式产生原因分析及预防措施3.1横向裂缝3.1.1表现形式裂缝与路中心线基本垂直，线宽不一，缝长有的贯穿整幅路面，有的路面部分开裂。3.1.2产生原因沥青质量没有达到本地区施工气候要求或者没有达到相关技术标准，致使沥青混凝土面层温度收缩或温度疲劳应力大于沥青混凝土的抗拉强度，产生横向裂缝。施工缝处理不当，接缝不紧密，造成不同部位结合不良，从而产生横向裂缝。半刚性基层由于水泥剂量、施工质量等综合因素产生的路面收缩裂缝，通过横向裂缝形式表现出来。桥梁、涵洞等结构物回填部位没有按照要求进行施工，或处理不得当，从而产生不均匀沉降，导致路面产生横向裂缝。3.1.3预防措施按照《公路沥青路面施工技术规范》中的相关要求，结合本地区的气候条件和道路等级选用符合要求的沥青种类，以减少或消除沥青面层的温缩裂缝。施工中所采用的沥青应该到本地区相关试验检测机构进行试验检测，验证其是否符合相关技术标准。合理组织施工。摊铺作业尽可能连续，尽量避免冷接缝。如不能避免，冷接缝应按照要求先将已压实的摊铺带边缘切割整齐，清除浮料，用新的热混合料敷贴到接缝部位，使冷料部位预热软化，清除敷贴料，向接缝壁涂刷0.3〜0.6kg/m的粘层沥青，再摊铺新的沥青混合料。充分压实横向接缝。碾压时，压路机先在横向接缝已压实的路幅上，钢轮伸入新摊铺部位15cm左右，然后每压一遍向新铺层移动15〜20cm，直到压路机完全进入新摊铺层，然后再转入纵向碾压。半刚性基层所用的水泥宜为质量稳定旋转窑生产，水泥剂量应符合设计及施工要求，并且水泥与其他混合料要充分拌和，使之均匀。路用水泥应该按照要求频率到相关部门进行试验检测。桥涵回填部位应选择透水性及材质良好的砂砾等材料，并按照要求填筑充分碾压；沉降严重地段，应先进行软土基处理，并合理组织施工，以减少回填部位的不均匀沉降。3.2纵向裂缝3.2.1表现形式裂缝走向基本与路线走向平行，裂缝长度和宽度不一。3.2.2产生原因路基填筑使用了不合格材料，路基吸水膨胀引起路面开裂。纵向加宽没有按照要求进行施工，或者碾压没有达到要求，从而造成加宽部位沉降，产生纵向裂缝。路基边坡坡度小于设计值，路基边坡压实度不足产生滑坡。边沟过深，使实际填土高度加大从而产生滑坡，造成路面开裂。面层前后摊铺相接处的冷接缝没有按照相关要求进行处理，结合不紧密而相互脱离，产生纵向裂缝。3.2.3预防措施使用合格材料填筑路基或对填料进行处理后再进行填筑。旧路加宽或半填半挖路段，路基填筑应先将边坡松土清除，并按照填土厚度要求逐级进行台阶处理并充分碾压。路基施工分层填筑，边坡充分压实，采用重型压实标准；正确放坡，高填方路段放缓边坡，减少边沟深度。面层施工尽可能采用全幅摊铺，如果不具备全幅摊铺条件，可2台摊铺机前后紧跟摊铺，尽可能避免前幅混合料已冷却再进行后半幅摊铺，确保混合料热接；分幅摊铺时，上、下面层施工缝应该至少错开15era以上。如果产生冷接缝，应按照本文3.1.3中的2、3措施进行冷接缝处理。3.3网状裂缝3.3.1表现形式裂缝纵横交错，缝宽在lmm以上，缝间距离在40mm以下，裂缝面积在lm以上。3.3.2产生原因纵横裂缝出现后，继续扩展，尤其是在北方地区，经过冰冻水的侵入发展而成。沥青混合料质量差，拌和时间过长，拌和温度过高或者在储料仓中存储时间过长，沥青本身老化，导致混合料抗变形能力降低而易产生的裂缝。沥青的性能差，尤其是低温抗变形能力过低。路面结构中含有软弱夹层，粒料层松动，水稳定性差，从而形成网状裂缝。沥青层的厚度不足，水分侵入。导致层间结合较差，加速了网状裂缝的形成。沥青总体强度不足，在损坏初期形成网裂，151后裂缝逐步扩展，缝间距变小。3.3.3预防措施采用低温变形能力高的优质沥青，并按照要求控制好沥青混合料的拌和质量。沥青面层摊铺前，认真检查下承层的施工质量，及时清除泥灰等杂物，处理好软弱层，保证下承层稳定，并喷洒0.7—1.1l/m的透层油，必要时可以按照要求洒石屑或砂，保证层