浅谈沥青砼路面裂缝的原因与防治

　　摘要：沥青路面开裂的主要原因可分为两大类：一种称之为荷载型裂缝。另一种称之为非荷载型裂缝。沥青路面在使用期开裂是世界各国普遍存在的问题，且不论其基层是柔性的还是半刚性的。路面裂缝的危害在于从裂缝中不断进入水分而开始的。
　　关键词：沥青砼路面，裂缝，防治
　　
　　沥青路面在使用期开裂是各省普遍存在的问题，且不论其基层是柔性的还是半刚性的。路面裂缝是路面早期破损最常见的病害之一，路面裂缝的危害在于从裂缝中不断进入水分，使基层甚至路基软化，导致路面承载力下降，产生唧浆、台阶、网裂等病害，从而加速路面破坏。
　　1沥青路面开裂原因
　　1.1沥青路面开裂的主要原因可分为两大类：一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝，一般称之为荷载型裂缝。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝，一般称之为非荷载型裂缝。(2)由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。此类裂缝主要是非荷载型的，在某些情况下也可能是由温度和荷载共同完成的。
　　1.2温度裂缝。沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。
　　1.2.1低温裂缝。沥青材料在较高温度条件下，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。此时半刚性基层的底部将产生拉应力，当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时，裂缝就更容易发生。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。
　　1.2.2温度疲劳裂缝。这种裂缝主要发生在日温差大的地区。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（或劲度质量）变小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。
　　1.2.3光弹试验。在面层和基层均无裂缝的情况下，表面降温30℃，在沥青面层中产生的温度应力分布。在面层已有裂缝时，光弹试验得到的温度应力分布状况。
　　一方面温度向沥青面层底部传递需要一定的时间，不是瞬时完成的，而且沥青面层内部和底部的温度不可能与其暴露表面的温度相同，始终有温度差，即沥青面层中会产生较大的温度梯度。沥青面层愈厚，表面温度与底部温度差愈大，层间温度梯度也愈大。
　　另一方面沥青面层表面的温度应力随着面层的增厚而增加，面层内的应力随深度而很快减小，同时面层表面的温度应力随降温幅度变小而减小。沥青面层的表面一旦开裂，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。
　　2.1半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝
　　2.1.1由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝。通常假设导致反射裂缝的机理是处于沥青面层下的半刚性基层已经开裂，并且允许有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行车荷载引起的下卧路面结构在裂缝处的差动位移，水平位移是由温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。
　　冬季或在寒冷地区，在结合得好的沥青面层下，开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变，由于在较低温度下沥青面层通常较硬，它只能承受小的拉应力或拉应变，因此容易被拉裂，并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄，反射裂缝形成的愈早和愈多。
　　2.1.2由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝。对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩和干缩应力；水分减少得愈多愈快，产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，在较薄沥青面层的情况下，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会形成得更快。在较厚沥青面层的情况下，由于温度应力在表面最大，基层的裂缝将促使面层先从表面开裂，然后逐渐向下传播形成对应裂缝。以上结论已被长沙交通学院光弹模型试验所证实，表面降温30℃时，不同厚度沥青面层内下层裂缝上方温度应力分布规律。
　　不同的应力分布规律不难推断，通过进一步的试验或计算，将会得到一个临界面层厚度。面层厚于此临界厚度时，裂缝将主要从表面开始；薄于此临界厚度时，裂缝可能主要从底部开始。此临界厚度与气候条件、面层混合料的劲度模景、温缩性以及基层混合料的温缩性有关。
　　分析完沥青砼路面裂缝的原因之后就我区沥青砼路面谈一些裂缝防治措施：
　　（一）形成完整的沥青路面结构防治裂缝反射的设计方案。根据交通量及交通组成特点，保持路面结构组合对交通荷载承受能力和防滑安全功能要求。提出了以防治半刚性基层沥青路面裂缝反射为主要目的设计方案。其上面层采用道路专用增强纤维掺量为0.1%的改性沥青玛蹄脂碎石混合料，减薄了水泥稳定砂砾半刚性基层厚度，增加沥青稳定碎石过渡层。使得整体沥青路面在强度、刚度和稳定性上仍具有优良路用品质，又增加了防治裂缝向沥青面层反射的技术措施。本设计方案除了保证技术和性能上的合理性，同时在经济造价上没有增加投资负担，具有良好的技术经济效益。
　　（二）配制成适应该地区气候环境条件的纤维沥青混合料。表纤维的掺入，明显改善了劈裂强度，降低了低温劈裂模量、提高了疲劳寿命。特别是通过低温测力延度试验、直接拉伸(DT)和弯曲梁(BBR)试验，测试了纤维沥青材料的断裂韧度、蠕变劲度和应力松弛能力，用精密的细观物理力学分析方法论证了纤维沥青材料的加劲作用和断裂韧度变化。从而显示纤维材料提高了沥青混合料的抗裂能力。通过纤维品种的评选和纤维用量的变化，配制出适应本地区气候环境条件的改性沥青纤维SMA混合料。
　　（三）制备了具有防治裂缝反射功能的沥青稳定碎石过渡层材料。沥青稳定碎石混合料不同于通常的沥青石材料。根据功能分析，采用有一定细集料数量的连续级配的集料组合，提出的沥青稳定碎石ATS-25及ATS-30两种混合料集料建议级配值介于沥青混凝土(AC)和沥青碎石(AM)之间，它的抗车辙稳定性优于沥青混合料土材料，其强度和结构稳定性高于沥青碎石。形成具有整体结构密实，又有一定空隙的大集料嵌挤型连结过渡层混合料。
　　沥青砼路面裂缝的产生，其内因与外部条件，非常复杂。以目前我们的施工管理水平和技术管理水平，要彻底解决和消除水泥混凝土路面裂缝问题几乎是不可能的。但只要我们了解和查清致使裂缝产生的各种原因，积极采取“预防为主”的方针，就能够有效减少各种裂缝问题的产生。
　　参考文献：
　　[1]王明，林建好；沥青混凝土路面压实施工的质量控制；山西建筑；2007年第10期
　　[2]张毅；控制高速公路沥青混凝土路面压实质量的措施；公路；2007年-第10

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