半刚性基层裂缝病害机理及防治措施

张高峰 雷帅英

摘 要： 随着社会经济的快速发展，我国大量早期修建公路陆续进入大修期，路面结构养护维修任务日趋繁重。半刚性路面作为我国主要的路面结构形式，在重载交通等诸多因素的作用下，早期损坏较为严重。其中裂缝类病害是半刚性路面结构病害的主要类型，裂缝的出现进一步导致路面结构水损坏的发生，因此做好公路半刚性路面裂缝防治工作至关重要。

关键词： 半剛性基层；裂缝病害；防治措施

强度高、稳定性好、板体性好且经济合理的半刚性基层沥青路面仍然是我国高等级路面的主要结构形式。但是半刚性基层不可避免地产生干缩和低温收缩裂缝，在荷载和温度的循环作用下基层裂缝逐渐向面层扩展而形成反射裂缝，并随着极端天气、重载交通的增长、超载现象反射裂缝病害越来越严重，进而诱发唧浆、基层松散、沉陷等病害。因此，在极端天气和重载交通条件下，对半刚性基层沥青路面裂缝进行研究，并提出相应的防治对策具有重要的意义。

一、半刚性基层裂缝病害机理

半刚性基层开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的。影响裂缝轻重程度的主要因素有：基层材料的性质，气候条件（特别是冬季气温及其变化）、交通量和车辆类型以及施工因素等。但就基层材料的主要原因而论，主要是由于基层温缩、干缩、疲劳引起的面层开裂。

1、温度收缩机理

组成半刚性材料的三个相，即不同矿物颗粒组成的固相、液相（水）和气相在降温过程中相互作用的结果，使半刚性材料产生体积收缩，及温度收缩。

就组成固相的矿物颗粒而言，原材料中沙粒以上颗粒的温宿收缩系数较小；粉粒以下颗粒，特别是粘土矿物的温度收缩性较大。粘土及其他交替颗粒的温度收缩性的大小与扩散厚度成正比。半刚性基层材料中的固相颗粒大部分为结晶体及部分为非结晶体，其热学性质由质点间的键性和热运动以及结构组成所决定。组成晶体的质点在空间是很有规律地排列着，质点的热运动只是在其平衡位置附近的热震荡。由于组成固相复合材料的各矿物有不同热胀缩性，但又是胶结为整体的材料，所以其热胀缩性是各组成单元体间相互作用的“综合效应”。

半刚性材料中胶结物各矿料也有较大的温度收缩性，存在于半刚性基层材料内部大孔隙、毛细孔和凝胶孔中的水主要是通过“扩张作用”、“表面张力作用”和“冰冻作用”三个作用过程，对半刚性材料的温度收缩性质产生较大的影响，使半刚性材料在干燥和饱和水状态下有较小的温度收缩值，而在一般含水量下有较大是的收缩值。

2、干燥收缩机理

干燥收缩是指半刚性基层材料内部含水量变化而引起体积收缩现象。干燥收缩的基本原理是由于水分蒸发而发生的“毛细管张力作用”、“吸附水及分子间力作用”、矿物晶体或胶凝体的“层间水作用”、以及“碳化脱水作用”而引起的整体宏观体积的变化。

（1）毛细管张力作用；（2）吸附水分子间力作用；（3）干燥收缩的层间水作用；（4）碳化收缩作用。

除此以外，含有集料的半刚性基层材料，集料本身的收缩也会影响整体材料的干燥收缩性能。通常，孔隙率大、吸水率高、模量值低的集料具有较大的干燥收缩率。把引起半刚性基层材料干燥收缩的三个主要作用过程的收缩力与含水量之间的关系绘制成曲线，大致呈抛物线形变化。对于含水量较大水泥稳定碎石材料，干燥收缩形式总是从毛细管张力作用开始，然后是吸附水和分子间力作用到层间水作用。

二、半刚性基层裂缝防治措施

在社会经济高速发展的今天，我国公路建设规模越来越大，但在其快速发展的今天，病害问题也逐步显现出来。为满足交通量日益增长的需求，必须进行道路加宽改造。裂缝作为半刚性基层常见病害，如何防治显得尤为重要。为此，必须在掌握裂缝产生机理的前提下，采取行之有效的防治措施，有效避免裂缝产生，提高工程质量。

1、改善罩面层性能

普通型罩面、防水型罩面与抗滑层罩面为沥青路面罩面的主要类型。改善罩面层性能主要是为了提高罩面层的自身性能变形能力和抗拉强度。沥青罩面层应具有足够的变形能力以消散行车荷载产生的应力，但为了避免出现车辙，其变形能力也不应过大。高速公路罩面厚度通常为4到5厘米；交通量大、重型车辆多的路段其封层厚度可定为1厘米，交通量适中路段封层厚度可定为0.7厘米，一般情况下高等级公路抗滑层厚度必须在4厘米以上。

2、设置中间夹层

设置中间夹层措施包括多种，应用较多的是SAMI层和土工织物夹层。

（1）SAMI中间夹层

广义的SAMI是指应力/应变吸收薄膜，狭义的SAMI通常是指沥青橡胶薄膜。沥青橡胶是通过橡胶和沥青进行热反应制成的。沥青中加入橡胶粉后，使沥青的力学性能发生了较大的变化，具体表现为针入度降低、软化点提高、低温延度增加，并明显地增加了其回弹性能。在配制SAMI时，不仅要考虑其消散水平方向的应变的能力，而且还要使其具备足够地传递竖向荷载的能力，从而不引起过大的变形。

（2）土工织物夹层

夹层由沥青和土工材料两部分组成。沥青是中间夹层的基本组成元素之一。为了减少中间夹层对温度的敏感性，有必要对沥青的弹性和塑性行为进行改善。应用聚合物改性的沥青能达到更好的效果，但相对来说费用较高，通常在非常恶劣的条件下使用这种改性沥青，如在气候特别冷的地区，或者裂缝移动很明显的旧路面等。一般情况下，土工织物施工时在其上下表面都涂一些沥青，从而与罩面层和旧路面板相连接。

3、局部修补

灌缝：灌缝方式一般用于修补线状裂缝。沥青管缝机、高压热空气吹风机等为灌缝的主要机械。沥青、乳化沥青等为沥青路面灌缝的材料。

挖补处理：修补块状裂缝及龟裂时，需根据坑槽实施修补，也就是将路面结构损坏位置挖除，随后进行相应级配沥青混凝土填补、压实。

根据工程建设需求，按照路面实际病害情况可对填缝机械、工艺与开槽参数合理确定。通常填缝料选取热沥青与克莱福密封胶。如线状裂缝较为细小、灌入难度大，则可将一条凹槽开设于裂缝上，防止拉压力与交通荷载过分作用于填缝材料，通常情况下以U形作为开槽类型。如温缩、干缩导致路面基层出现纵、横裂缝，且宽度小于6mm，需彻底清理干净缝隙，并通过压缩空气将其尘土吹走，随后选取灌缝撒料方式对裂缝加以处理，材料为热沥青与乳化沥青。

如裂缝宽度大于6mm，则可将存于裂缝内的杂质清理干净，并进行开槽填缝，并通过压缩空气顺着裂缝开槽位置吹净，随后选取材料进行填筑、压实与密封，材料包括：砂粒式沥青混合料与细粒式沥青混合料。

三、结束语

综上所述，半刚性基层沥青路面在车辆荷载和自然因素的作用下，尽管裂缝现象十分普遍，但是只要认真分析裂缝的形成机理和产生裂缝的原因，从工程设计到施工过程中的每一个环节，实事求是，因地制宜，做到设计合理，施工规范，质量过硬，就能避免或减少裂缝的产生，并使其具有足够的强度、刚度、稳定性、耐久性和表面性，从而延长路面的使用期限。

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