淺議防止舊水泥路面瀝青加鋪層反射裂縫技術(shù)

王兆新

【摘 要】本文闡述了舊水泥路面瀝青加鋪層反射裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，提出了幾種有效控制瀝青加鋪層反射裂縫的技術(shù)方法。

【關(guān)鍵詞】水泥；瀝青；路面；反射裂縫

在舊水泥路面改建工程中，直接在原有水泥混凝土路面上鋪筑瀝青罩面層是既經(jīng)濟(jì)有快捷的一種方法。但是，舊水泥混凝土路面層的接縫或發(fā)展性裂縫往往在通車數(shù)年內(nèi)會(huì)很快反射到瀝青加鋪層上，即形成反射裂縫。反射裂縫形成后受環(huán)境因素影響進(jìn)一步發(fā)展，將會(huì)影響基層和面層，縮短瀝青面層的使用壽命，因此，采用何種技術(shù)來延緩與減少反射裂縫的發(fā)生和發(fā)展是舊水泥混凝土路面瀝青加鋪技術(shù)的關(guān)鍵。

1.反射裂縫的形成機(jī)理

由于原水泥混凝土面層在接縫或裂縫附近位移的存在，而引起接縫或裂縫處瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而造成瀝青加鋪層的反射裂縫。接縫或裂縫附近產(chǎn)生位移的原因，主要是因?yàn)榄h(huán)境溫度的變化而引起的原混凝土面板的水平方向伸縮和因?yàn)橥夂奢d作用而引起的原混凝土面板邊緣的豎向彎沉。

按形成原因，反射裂縫按裂縫可以劃分為張開型反射裂縫和剪切型反射裂縫。

1.1張開型反射裂縫

張開型反射裂縫可分為兩種。第一種是由于年溫度變化引起的反射裂縫，如圖1。由于瀝青混凝土加鋪層黏附在原混凝土面板上，原混凝土路面板因年溫度變化而收縮（或伸展）時(shí)，會(huì)帶動(dòng)瀝青混凝土加鋪層出現(xiàn)相應(yīng)的收縮（或伸展）變形，使得接縫處瀝青加鋪層隨著水泥混凝土路面板產(chǎn)生收縮（或伸展），從而引起了張開型反射裂縫。

第二種是由于晝夜溫差導(dǎo)致的反射裂縫，如圖2。由于晝夜溫度的變化使溫度在瀝青加鋪層和原水泥混凝土路面板中的不均勻分布，并且由于不同材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，從而造成了水泥混凝土板及瀝青加鋪層的收縮及翹曲，使瀝青混凝土加鋪層產(chǎn)生了張開型反射裂縫。

圖1 年溫度變化引起的張開型反射裂縫

圖2 晝夜溫差引起的張開型反射裂

1.2剪切型反射裂縫

剪切型反射裂縫，如圖3，是由于車輪外荷載經(jīng)過原混凝土面板間的接縫時(shí)，先經(jīng)過的混凝土面板先向下彎沉，之后后經(jīng)過的混凝土面板再向下彎沉，同時(shí)先經(jīng)過的混凝土面板回復(fù)彈起，導(dǎo)致原混凝土面板接縫兩側(cè)的板端出現(xiàn)彎沉差，使處于混凝土面板間接縫上方的瀝青加鋪層混凝土經(jīng)受較大的彎拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，當(dāng)這種彎拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力超過加鋪層瀝青混凝土的彎拉強(qiáng)度或抗剪強(qiáng)度時(shí)，瀝青加鋪層便會(huì)出現(xiàn)反射裂縫。當(dāng)原混凝土路面板的厚度越薄，板間接縫的傳荷能力越弱，基層的剛度越小時(shí)，車輛荷載作用下的彎沉差就會(huì)越大，因此，瀝青混加鋪層出現(xiàn)反射裂縫可能就會(huì)越大。

圖3 車輛荷載引起的剪切型反射裂縫

我國幅員遼闊，各地區(qū)的溫度、交通條件以及路面結(jié)構(gòu)狀況差異很大，因而，引起瀝青加鋪層反射裂縫發(fā)生的原因也各不相同。有些地區(qū)瀝青加鋪層產(chǎn)生的反射裂縫主要是由溫度原因引起的，而有些地區(qū)瀝青加鋪層產(chǎn)生的反射裂縫主要是荷載作用引起的，還有些地區(qū)瀝青加鋪層反射裂縫的產(chǎn)生是溫度和荷載共同作用所造成的。

針對(duì)主要因溫度原因而產(chǎn)生反射裂縫的情況，在選擇瀝青加鋪技術(shù)時(shí)，可以選擇采用降低加鋪層與原混凝土路面板間黏附阻力或者增加瀝青加鋪層抗拉強(qiáng)度的技術(shù)方案；針對(duì)主要因荷載作用而產(chǎn)生反射裂縫的情況，在選擇瀝青加鋪技術(shù)時(shí)，可以選擇采用降低原混凝土板間接縫處邊緣彎沉量或者增加瀝青加鋪層抗彎拉強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度的技術(shù)方案。在施工工程中，要根據(jù)改建公路的具體情況，分析可能引起瀝青加鋪層反射裂縫的主要原因，有針對(duì)性地提出防止或減少反射裂縫發(fā)生、發(fā)展的技術(shù)措施。

反射裂縫在瀝青加鋪層中產(chǎn)生的初期對(duì)路面的使用性能影響并不大，但隨著時(shí)間的發(fā)展，雨水或雪水會(huì)隨著反射裂縫滲入到路面結(jié)構(gòu)各層，尤其是裂縫附近的土基含水量將會(huì)明顯加大，甚至飽和，以至于明顯降低路面結(jié)構(gòu)的承載能力，在大量行車荷載反復(fù)作用下，加鋪層結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生沖刷和卿泥現(xiàn)象，導(dǎo)致裂縫兩側(cè)瀝青加鋪層發(fā)生碎裂，加鋪層將出現(xiàn)較大的垂直相對(duì)位移，影響路面的使用性能，這將加速路面的破壞，降低路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2.反射裂縫的控制方法

應(yīng)采取有效的技術(shù)措施和控制方法來防止和減少瀝青加鋪層反射裂縫，如鋸切橫縫、增加加鋪層厚度、設(shè)置裂縫緩解層、破碎和穩(wěn)固原混凝土板、設(shè)置夾層等。

2.1鋸切橫縫

鋸切橫縫技術(shù)是在舊水泥混凝土路面板之間的接縫位置對(duì)應(yīng)的瀝青加鋪層上預(yù)先切出一條橫縫，來阻止反射裂縫發(fā)生的一種瀝青加鋪技術(shù)。這種加鋪方法，可以控制不規(guī)則裂縫的發(fā)生。采用這種技術(shù)要做好接縫的密封工作，用專用的路用密封材料縫填塞鋸切的橫縫，以保持瀝青面層鋸切的橫縫的密封性。鋸切橫縫的加鋪技術(shù)適用于舊混凝土路面結(jié)構(gòu)狀況良好、面板之間的接縫處板邊彎沉量較小的混凝土路面。

2.2增加加鋪層厚度

增加加鋪層厚度這種技術(shù)措施在國外的舊水泥混凝土路面改建工程中應(yīng)用較多。通過增加瀝青混凝土加鋪層厚度，可以減少原水泥混凝土面板面溫度收縮的對(duì)加鋪層的影響，降低加鋪層的拉應(yīng)力；同時(shí)，增加瀝青加鋪層厚度還可以增加路面結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，從而使混凝土板間接縫處的彎沉差降低，以減少瀝青加鋪層的剪切應(yīng)力，以達(dá)到延長路面使用壽命的目的。

2.3設(shè)置裂縫緩解層

設(shè)置裂縫緩解層的加鋪技術(shù)是通過鋪設(shè)大粒徑瀝青混合料的方法來防止瀝青加鋪反射裂縫發(fā)生與發(fā)展的一種技術(shù)措施。裂縫緩解層的瀝青混合的礦料最大粒徑在25～53mm之間，混合料具有較大空隙，一般空隙率在25%～35%之間。

裂縫緩解層所用的瀝青混合料的特點(diǎn)是大粒徑礦料含量多、空隙率較大、瀝青的含量少。這種結(jié)構(gòu)可以使舊水泥混凝土板間釋放的應(yīng)變能得到充分的吸收，使接縫處的瀝青加鋪層的應(yīng)力集中減小，從而延緩反射裂縫向上發(fā)展的速度。

2.4破碎和穩(wěn)固原混凝土板

破碎和穩(wěn)固原混凝土板的技術(shù)是采用專用的混凝土破碎機(jī)，將水泥混凝土板破碎成一定尺寸的碎塊，然后用壓實(shí)設(shè)備在破碎的混凝土面板上碾壓，使破碎的混凝土面板穩(wěn)固地坐落在原路面基層上，破碎的混凝土面與原路面基層頂面之間無空隙。破碎與穩(wěn)固技術(shù)適用于舊混凝土面板的損壞嚴(yán)重、斷板率較高的情況。

破碎后的水泥混凝土板的變成很多小的板塊，在溫度下降時(shí)小的混凝土板塊收縮位移明顯降低，從而使瀝青加鋪層的拉應(yīng)力也大大降低。在原水泥混凝土面板破碎和固定之前，應(yīng)清除混凝土板接縫（或裂縫）內(nèi)的雜物；在攤鋪瀝青混合料加鋪層前，需填補(bǔ)所有裂縫、接縫和不平處。

2.5設(shè)置夾層

在舊水泥混凝土面板與瀝青加鋪層之間設(shè)置夾層，可以使瀝青加鋪層的應(yīng)力或應(yīng)變因?yàn)檫h(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū)域的接縫端而降低，并且改變?yōu)r青加鋪層的抗拉和抗剪能力，從而有效阻斷了舊混凝土板反射裂縫向上發(fā)展的速度。夾層可以根據(jù)材料與工藝的不同劃分為不同的種類，目前，國內(nèi)較為常用的夾層主要有三類：土工織物夾層、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層、格柵等。

3.結(jié)束語

反射裂縫是瀝青加鋪層早期破壞的最主要原因，采用何種瀝青加鋪結(jié)構(gòu)是防止或延緩反射裂縫發(fā)生與發(fā)展，提高瀝青加鋪層使用壽命的關(guān)鍵。本文對(duì)瀝青加鋪層反射裂縫產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析，通過采用鋸切橫縫、增加加鋪層厚度、設(shè)置裂縫緩解層、破碎和穩(wěn)固原混凝土板、設(shè)置夾層等技術(shù)方法可有效減少舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層的反射裂縫的發(fā)生與發(fā)展。