半刚性路面反射裂缝产生原因及防治措施

曹红军

【摘 要】半刚性沥青混凝土路面由于具有：刚度大、稳定性好，并且具有较高的强度和承载力，行车舒适、噪音小、维修方便等优点；然而随着这种结构的广泛使用，发现其存在着严重的裂缝问题，反射裂缝是沥青路面裂缝的主要形式。裂缝的产生不仅造成外观质量上的缺陷，更重要是严重影响了道路的使用寿命；因此，分析半刚性路面裂缝的形成机理及其对路面的危害，并针对裂缝成因提出了相应的防治措施很有必要。

【关键词】半刚性路面；路面反射裂缝成因；防治措施

随着中国经济的迅速发展，我国高等级公路建设得到蓬勃发展，高等级公路里程不断增加。为适应高等级公路重交通、重载对道路的要求，以无机结合料稳定粒料（土）类为基层，沥青混凝土为面层的半刚性路面被广泛使用于高等级路面，然而半刚性路面裂缝问题日益突出；因此，研究半刚性路面裂缝产生原因及其防治措施就显得迫不及待。

1.反射裂缝的类型

对于半刚性基层沥青路面，反射裂缝是由于半刚性基层在温度梯度和湿度变化的影响下产生收缩开裂，此种基层材料先开裂而后沿开裂基层向上方反射到沥青面层而形成的裂缝，或者在行车荷载作用下，裂缝沿已开裂半刚性基层向上扩展而形成的裂缝。很显然，反射裂缝的产生主要是刚性基层已先开裂，再经行车或温度、湿度变化而引起沥青面层裂缝。

沥青路面开裂的原因和形式多种多样，沥青路面的裂缝类型主要包括两种：一是荷载型裂缝，主要是由于行车荷载作用产生的；二是非荷载型裂缝，其主要类型是温度裂缝，它包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝两种。根据研究资料表明，半刚性路面的反射裂缝主要是由温度引起的非荷载型裂缝。

2.反射裂缝成因分析

半刚性路面裂缝成因，一是基于半刚性材料的温缩与干缩固有特性；二是基于外部环境（荷载、暴晒、蒸发）等作用。

2.1水泥稳定粒料（土）干缩特性及影响因素

水泥和各种粒料（土）加水拌和与压实后，由于水分蒸发和混合料内部发生水化作用，其含水量会不断减少，在不断失水的过程中，半刚性基层内部产生干缩应力，产生体积收缩应变，由于道路横向约束较小，体积收缩应变主要以产生横向收缩裂缝为主。干缩特性一般以干缩系数的大小来描述。经研究与试验分析，影响水泥稳定粒料的干缩性主要受粒料中土的含量和塑性指数、水泥剂量、制件含水量和失水率等因素有关，试验表明：

（1）水泥剂量不变时，水泥粒料的干缩应变小于水泥土的干缩应变，水泥粒料的干缩应变随土含量增大而增大。

（2）粒料土的塑性指数对水泥混合料的干缩应变的影响是正比关系，即塑性愈大，干缩应变也愈大。

（3）制件含水量对水泥稳定粒料土的干缩应变明显，含水量增加，干缩应变也增加。

（4）失水率愈大，基层内部产生的收缩应力愈早，失水量愈大，混合料的收缩系数愈大。

（5）干缩应变随集料级配和水泥剂量有很大变化，一般说集料平均粒径增大，水泥剂量的影响而减少，对于集料平均粒径在5.7mm以上时，水泥剂量的影响很小，对于集料平均粒径在1.2～3.3mm的集料，水灰比对干缩应变的影响特别明显。

（6）骨架密实结构水稳碎石在龄期相同时的干缩系数明显小于悬浮结构。

2.2水泥稳定粒料土温度收缩特性及影响因素

组成水泥稳定粒料土的矿物颗粒（集料）、水和空隙中的气体在降温过程中相互作用的结果，使压实后的混合料产生体积收缩，即温度收缩。就组成固相的矿物颗粒而言，原材料中砂粒以上的颗粒温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温缩性较大，粘土及其它胶体颗粒温缩性大小与其扩散层厚度成正比。影响半刚性材料的温缩性质的主要因素是：含水量、集料和土的含量、土的矿物成分、环境温度和龄期等。

2.3荷载的影响

当行车荷载经过接缝或裂缝时，在面层中产生的应力影响线可分为三个阶段：一是轴载位于接、裂缝一侧时，接、裂缝两侧产生较大的相对位移，在沥青面层中造成较大的剪切应力；二是轴载位于接、裂缝顶面时，两侧无相对位移或相对位移较小，沥青面层主要承受弯拉应力作用；三是轴载驶离接、裂缝时，在面层内产生与第一次方向相反的剪切应力。在整个过程中沥青面层受到两次剪切一次弯拉作用，其直接结果是引起裂缝的产生和扩展，荷载因素是引起裂缝的一个重要因素。

3.防治对策及处理方法

目前，中国在防治裂缝方面主要从以下三大部分进行处理：一是改善沥青混凝土面层性能，如增加沥青层厚度、加筋罩面层、使用改性沥青等；二是设置应力/应变吸收薄膜夹层，如采用SAMI、土工织物、土工网格、粘结间断层等；三是对基层材料本身，选择抗冲刷性好，干缩系数和温缩系数小和抗拉强度高的半刚性材料。

3.1适当增加沥青面层厚度

从反射裂缝产生机理分析，沥青面层反射裂缝产生很大程度上受沥青面层厚度的影响。厚度超过15cm的沥青面层不仅可以有效地防止反射裂缝的扩展，还可以有效地降低车辆荷载引起的剪应力。当然，过分的增大面层的厚度，会造成浪费；因此，适当的增大沥青面层的厚度，对防治沥青面层反射裂缝产生是一种有效的方法。

3.2改善半刚性基层的温、干缩性质

造成半刚性基层沥青反射裂缝的另外一个重要原因是半刚性基层自身的开裂。为了减少自身的开裂，所以就要降低其温缩和干缩系数，为此采取以下措施：（1）尽量使用骨架密实结构矿料级配。（2）由于细料比表面大，所以半刚性基层材料中细料越多，材料内部孔隙也就越多，从而在水作用下其收缩也就越大；所以要控制粒料中细料含量和塑性指数，通过0.075mm 筛孔的细料含量控制在约5%～7%，细土的塑性指数应尽可能地小，不宜大于4。（3）在满足要求的情况下，用最小水泥剂量。因为随着水泥用量增加，其收缩也随之增加。必要时，在水泥稳定料中使用减水剂。

3.3在面层和基层之间设置应力应变削减中间层（SAMI）

SAMI 对减缓反射裂缝的产生与扩展有效果明显，不仅可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少（有人研究认为可减少到15%），而且可明显减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子。SAMI可以分成以下几类：橡胶沥青中间层，预制纤维膜布，土工织物中间层，低稠度沥青混凝土中间层，开级配沥青混凝土底层。在选择和设计SAMI 应注意以下几点：（1）SAMI 与面层、基层的粘结性能，这种粘结必须是均匀和永久的，否则会过早出现分层。（2）SAMI 的劲度：夹层的劲度与夹层的模量和厚度有关，如果夹层的劲度很低，那么在罩面层的底部引起很大的应变，从而导致罩面层的开裂。与此相反，如果夹层的劲度过高或者夹层特别薄，温度应力将100%的传递到罩面层中，起不到防止反射裂缝的效果。（3）SAMI 的韧度：如果SAMI 的韧度太低，那么裂缝将很容易在SAMI 中扩展，使得SAMI 没有防治效果或者效果有限。

3.4在面层和基层之间设置级配碎石

在半刚性基层与较薄沥青面层之间设置级配碎石（厚度一般为100mm～150mm）也是一种较有效的减少反射裂缝的措施。因为级配碎石作为散粒结构，不传递拉应力、拉应变，能充分吸收其下层裂纹释放的应变能；此外，级配碎石还有很好的隔离作用，可以大大改善半刚性基层的温度、湿度状况，从根本上消除和减轻半刚性基层的温缩和干缩，减少反射裂缝。

4.结束语

就目前理论和施工技术而言，完全消除和彻底解决半刚性沥青路面反射裂缝的产生是不可能的。但是，只要我们对此问题进行不断的研究探索和实践， 在工程建设实施中，从设计到施工，每道工序严格把关，规范作业，严把过程质量控制，对可能影响半刚性路面产生反射裂缝的因素及时采取相应有效的措施，就能最大限度地减少路面的反射裂缝。实践证明，适当增加沥青面层厚度、降低半刚性基层的温干缩系数、在面层和基层之间设置应力应变削减中间层（SAMI）或级配碎石是目前消除和减少半刚性路面反射裂缝行之有效的措施。

【参考文献】

[1]张起森，郑健龙.刚性基层沥青路面的开裂机理[J].土木工程学报，1992.

[2]周富杰，孙立军.防止反射裂缝的措施及其分析[J].华东公路，1996.