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半刚性沥青路面反射裂缝的成因及防治措施研究

浏览221次 时间:2013年12月11日 13:26

王亮

(宁波市政工程建设集团股份有限公司 浙江宁波 315000

摘要半刚性基层在运营期间易产生干缩裂缝和低温收缩裂缝,在交通荷载和温度荷载的重复作用下,半刚性基层的这种收缩裂缝很容易扩展到沥青面层而形成反射裂缝(ReflectionCrack)。反射裂缝一旦产生,不仅影响路面的美观和行车舒适性,更重要的是大大的缩短了路面的使用寿命。通过对半刚性基层材料的性能、反射裂缝形成机理的分析,指出了防治沥青路面反射裂缝应从选择适当的材料、结合实际情况和有效的技术措施等方面着手,来防止反射裂缝的产生。

关键词道路工程;反射裂缝;成因机理;防治措施

0. 前言

半刚性沥青路面由于具有强度高、整体性及水稳定性好等特点,在我国公路建设中得到了广泛应用;但半刚性基层沥青路面在运营期间容易产生干缩裂缝和低温收缩裂缝,在交通荷载和温度荷载的重复作用下,沥青基层的这种收缩裂缝很容易扩展到沥青路面层形成反射裂缝。反射裂缝一旦产生,不仅影响路面的美观和行车舒适性,更重要的是大大缩短了路面的使用寿命。

1. 反射裂缝产生的原因和危害

半刚性路面有着较高的路面承载力,较好的水稳定性,板体性高的特点,但会产生温缩和干缩裂缝,而且在车辆荷载作用下会产生疲劳开裂,沥青路面底层便会在开裂处附近产生应力集中,此时在交通荷载作用下的主拉应力和温度变化引起的拉应力的综合作用下,使沥青面层在开裂处向上发展最终贯穿整个沥青路面。在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层,能有效地改善旧路面的使用性能和提高其承载力。但由于旧水泥混凝土路面存在着纵横缝及裂缝,在交通荷载与温度荷载的重复作用下,这些裂缝会引起发射裂缝的发生。这是因为旧面层在接缝或裂缝四周的位移引起接缝或裂缝上方沥青混凝土加铺层内出现应力集中所造成的。旧面层在接缝或裂缝四周的位移,包括由于环境温度的变化引起的面板的水平伸缩和由于荷载作用引起的面板边缘的竖向弯沉。前者导致接缝或裂缝上方的沥青混凝土加铺层内出现较集中的拉应力,当拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时,即出现开裂;后者则使接缝上方的沥青混凝土加铺层承受较大的弯拉应力和剪切应力。由于反射裂缝的产生使沥青混凝土面层丧失整体性,因路面水的渗入,在大量行车荷载反复作用下,产生冲刷、唧浆和沉陷等现象,最终导致路面很快产生结构性破坏,使道路结构逐渐丧失承载能力。因此,必须采取合适的措施预防和延缓反射裂缝的产生。

2. 沥青路面反射裂缝的防治措施

2.1 增加沥青面层厚度

增加沥青层厚度可有效降低半刚性沥青路面的反射裂缝,国际上通用的结论是需要将沥青面层增加至15 25cm。但对于由于温度引起的低温开裂所起的作用十分有限。而且加厚沥青面层厚度增加了建设投资,在夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙。

2.2 设置级配碎石过渡层

这是在面层和基层之间增加一层由级配碎石构成的过渡层,将原半刚性基层下放成为底基层,而级配碎石层则成为上基层,这种上柔下刚式的“组合基层”在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝,同时级配碎石基层还能充当具有排水功能的基层。

2.3 应力吸收层

应力吸收层是指在基层与面层之间设置用沥青- 橡胶混合料(粘稠沥青75%+ 磨细硫化橡胶粉25%)铺设的薄层封层,起到吸收尖端应力,延缓开裂的目的。也可扑在沥青面层上,厚度约10 ㎜,可提高路面的抗拉强度,减少温度裂缝。

2.4 加铺土工织物或格栅

土工织物包括聚丙烯或聚醋织物和聚乙烯、聚丙烯或聚醋无纺织物。无纺织物夹层的主要作用与应力吸收薄膜相似。而织物由于模量稍高,可对加铺层起少量加筋作用。格栅包括聚丙烯或聚醋土土格栅、玻璃格栅和金属格栅。其中比较常用的是玻璃格栅,它是以高温强度玻璃纤维为原料的一种新型加筋材料,具有较大的抗拉强度及弹性模量,较低的延伸率和很高的熔点,应用于沥青面层中可以提高沥青混合料的抗拉强度与抗变形能力,延缓疲劳开裂及其扩展,作为应力消散层,可以防止反射裂缝。

2.5 对半刚性基层的处理

1)预切缝方法。基层预切缝方法是在铺沥青面层前将半刚性基层按一定间距设置预锯缝,如在水泥土基层上每隔8 12m 作一假缝,深6 8cm,缝宽10 12mm。而且设法让这种裂缝仅保留在基层本层,而不反射到面层。它的防裂原理主要是通过锯缝改善基层约束条件,从而在一定程度上释放温度应力来达到防裂目的。同时,在锯缝防裂基础上铺设一定宽度土工织物,既起到了防渗作用,又在一定程度上缓解了裂缝处沥青面层应力集中,从而延缓或消除了面层反射裂缝的产生。

2)适当控制基层材料中粉料的含量及塑性指数,小于0.075mm的颗粒含量不应超过5%。增加粗骨料含量并严格设计级配,以尽可能的减小其温缩和干缩系数,增加半刚性基层材料的抗裂性能。

3)控制半刚性基层碾压时的含水量为最佳含水量,压实度达到规范要求,碾压完成后要及时保湿养护,防止基层干晒,养护结束后,立即喷洒沥青乳液,做成透层或粘层,然后尽快铺沥青面层。

2.6 对旧水泥混凝土板的处理

1)对旧水泥混凝土路面损坏状况调查与评估。在调查过程中,首先将损坏分为结构性破坏和非结构性破坏两大类。然后根据损害程度和破损方式具体细分为:纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝、角隅裂缝、沉陷、隆起、裂纹、起皮、填料损坏、接缝碎裂、拱起、唧泥、错台、板底脱空等14 种。采用贝克曼梁弯沉仪和标准轴载汽车对改造路段进行弯沉测量,以评定水泥路面在板角的传荷能力和结构整体强度。

2)针对不同种类的病害进行有效的处理。如在脱空部位水泥混凝土板上钻2 个直径为30mm 的孔,再采用M15 高强水泥砂浆高压灌注至满;严重的采用换板方式。处理的旧混凝土板,要求其强度、平整度、路拱横坡均应满足设计和规范有关要求。为保证沥青加铺层与旧水泥混凝土板的良好粘接,在找平层铺筑之间,应洒布一定量的粘层沥青。

3)纵、横缝用机械开缝机进行开槽,用高压空气清除接缝内杂物并用水清洗,然后填灌裂缝进行防水处置。在接缝处涂刷粘层沥青,摊铺50 ㎝宽的土工布,再涂刷粘层沥青。土工布可以有效缓解接缝处的应力集中,吸收部分拉伸能量,使应力扩散,有效防止反射裂缝的发生。

2.7 对沥青混合料的要求

1)在材料选择时,可选用劲度模量低,温度敏感性低的沥青,如SBSSBR 改性沥青;选择表面粗糙,与沥青粘附性好的石料,避免使用酸性石料,有条件时应该选择添加抗剥落剂改善粘附性。

2)采用密级配的沥青混合料,适当增加沥青用量。如采用沥青玛蹄酯碎石混合料。

3)控制好加热时间和加热温度,不使沥青老化、加强碾压,使沥青混合料达到规定的压实度,也可减少反射裂缝。

3. 结束语

综上所述,只要根据路面结构的实际情况,合理进行半刚性基层的组成设计,选择抗裂性能好的沥青混合料,合理处理水泥混凝土板,严格控制施工质量,是可以防止反射裂缝的发生的,从而延长路面的使用寿命,提高路面的使用性能。

参考文献

[1] 毛成. 沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究[D]. 西南交通大学博士学位论文,2011

[2] 常魁和,高群. 公路沥青路面养护新技术[M]. 北京:人民交通出版社,2011

[3] 邓学钧,路基路面工程[M]. 北京:人民交通出版社,2010__

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