反射裂縫控制技術(shù)研究

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一、反射裂縫的產(chǎn)生及其機理

反射裂縫的出現(xiàn)是由于底層間接觸面或者是底層裂縫附近發(fā)生移動或形變，會對其上層瀝青涂層施加應(yīng)力，并在裂縫的尖端部位形成應(yīng)力集中進而向上擴展導(dǎo)致。導(dǎo)致底層的接縫或者裂縫發(fā)生移動或者形變的原因有很多，主要是由于路面溫度升高而出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象以及路面上車輛行駛的載荷作用，會使底層出現(xiàn)垂直方向上的彎沉。由于瀝青鋪層與底層路面相連，當(dāng)溫度降低，路面底層收縮與瀝青層收縮不一致，就會導(dǎo)致瀝青層在路面收縮時與底層分層，由于路面底層存在裂縫，溫度降低會使兩條裂縫中間的路面底層發(fā)生收縮，裂縫變大，而瀝青鋪層作為整體，處于裂縫或是接縫上方的部分就會出現(xiàn)應(yīng)力集中，當(dāng)此時應(yīng)力的強度超出瀝青層的承受范圍時，瀝青層就會出現(xiàn)開裂，隨著收縮應(yīng)力的反復(fù)作用，瀝青表層的裂縫會不斷擴展，嚴(yán)重影響道路的使用性和壽命。

二、根據(jù)反射裂縫形成的原理，可以將其分為張開型和剪切型兩類。

(一)張開型反射裂縫。張開型反射裂縫的出現(xiàn)主要是道路所處環(huán)境溫度發(fā)生改變所造成的。路面暴露在陽光下，無論是晝夜溫差，還是季節(jié)溫度的變化都會隨著溫度的變化而熱脹冷縮。隨著季節(jié)溫度發(fā)生變化時與之相結(jié)合的上層瀝青鋪層也會發(fā)生同樣大小的膨脹或收縮形變，當(dāng)形變較大時接縫或者是裂縫可以抵消，但是位于其上方的瀝青鋪層無法承受，就會發(fā)生開裂，這就形成了張開型開裂。

(二)剪切型反射裂縫。當(dāng)路面有車輛行駛時，路面就會受到載荷應(yīng)力，路面向下彎沉，而當(dāng)車輛離開后路面反彈恢復(fù)，這一過程隨著車輪行駛的軌跡依次發(fā)生，表層的瀝青鋪層受較大的彎拉及剪切應(yīng)力，當(dāng)達(dá)到瀝青鋪層的承受極限時，瀝青鋪層就會出現(xiàn)裂縫。舊路面層的厚度越小，原始裂縫或接縫對載荷應(yīng)力的緩沖作用越弱，載荷作用力下路面出現(xiàn)變形的幅度也就越大，其上層的瀝青鋪層也就越容易出現(xiàn)反射裂縫。

三、預(yù)防和控制反射裂縫的方法

由于有關(guān)道路研究的不斷進步，國內(nèi)外的專家學(xué)者在實驗和實踐中做了大量的嘗試，用于抑制反射裂縫的出現(xiàn)和擴展，方法可以大致分為如下幾種。

(一)鋸切橫縫。當(dāng)鋪設(shè)了瀝青涂層后，可以在原有路面的裂縫處切割出垂直的橫向縫隙，并及時填入密封料對裂縫進行修復(fù)，有效阻止雨水以及其他異物等滲入到路面中。通過這種方式，當(dāng)瀝青鋪層由于溫度變化而熱脹冷縮時所產(chǎn)生的應(yīng)力就可以被橫縫吸收掉，這樣反射裂縫出現(xiàn)的幾率就大大降低了。這種防治方法雖然效果十分明顯，但對施工過程有非常嚴(yán)格的要求，必須保證對接縫進行了妥善的密封操作，同時原始路面應(yīng)當(dāng)處在較好的狀態(tài)下，路面整體破壞不嚴(yán)重，而且在裂縫或接縫處的彎沉不能太大，否則效果將無法體現(xiàn)。

(二)增加鋪層厚度。另一個防止反射裂縫出現(xiàn)的方式就是提高瀝青鋪層的厚度，增加加鋪層厚度。這樣就可以降低原始路面溫度變化的范圍，還能夠提升鋪層及整個路面的抗裂強度，增加路面對于剪切應(yīng)力的承受范圍，減少裂縫出現(xiàn)的可能性。

(三)設(shè)置裂縫緩解層。裂縫緩解層也是抑制裂縫出現(xiàn)的一種非常有效的方法，如果瀝青鋪層在20cm到22.5cm之間，其下方9cm處可以增加一層由瀝青和碎石混合而成的裂縫緩解層。在選用的混合料層有大約30%的部分為空隙，所以必須做好路面防水工作，防止雨水等侵入路面，造成路面沖蝕破壞。也可以在路面規(guī)劃排水渠道，將表面水匯聚流向路邊緣以外，不讓其在路面停留防止?jié)B入。

(四)減少路面應(yīng)力。顧名思義，應(yīng)力吸收層能夠在路面承受反復(fù)的載荷時，溫度變化發(fā)生形變時憑借其自身彈性形變的特性將路面所受到的應(yīng)力吸收。這是由于材料在受到力的作用時，想要作用力被抵消有兩種方式，一種是發(fā)生形變，另外一種就是產(chǎn)生新的表面，也就是斷裂。材料所吸收能量的多少就取決于發(fā)生形變的大小以及斷裂的紋路。

(五)防止?jié)B水。對于舊的水泥土混凝土路面，特別是存在裂縫的路面而言，水對于路面的傷害是非常大的，下雨天積水進入裂縫并滲透到原水泥混泥土路面層以及路基土層后，會沖刷路面的地基，使路面下的土層松動，日積月累，這種現(xiàn)象會越來越嚴(yán)重，并且會呈現(xiàn)向上滿眼的趨勢，最后可能導(dǎo)致整個路面的塌陷，嚴(yán)重傷害路面的使用性能和安全性。

四、應(yīng)力吸收層設(shè)計

(一)低溫抗裂性能。冬天氣溫寒冷，冬季較長，氣溫偏低，對于路面的低溫抗裂性能相對要求更高，直接關(guān)系到路面的使用壽命及安全性能。測試路面低溫抗裂性能的方法有很多，比如等應(yīng)變加載的破壞試驗，直接拉伸試驗，彎曲拉伸蠕變試驗，受限試件溫度應(yīng)力試驗，本文中采取了小梁彎曲破壞試驗來對低溫抗裂性能進行評價，該方法主要是通過將所選路段的樣品切割成30mm*35mm*250mm的小梁試件，然后將試件在恒溫箱中恒溫保存3小時，保溫溫度為-10℃±0.5℃，然后通過小梁彎曲測試儀測得試件的破壞荷載、抗彎拉強度、最大彎拉應(yīng)變、斷裂能、彎曲勁度模量等參數(shù)，以此來評價其低溫抗裂性能。

(二)高溫穩(wěn)定性。應(yīng)力吸收層可以提高路面的高溫穩(wěn)定性，也就是在較高溫度下路面在載荷作用下抵抗永久變形的能力。通常，如果路面在高溫、低加荷速率以及抗剪切能力不足時，會出現(xiàn)高溫穩(wěn)定性不足的問題。比如推移、起拱、搓板、車轍等，特別是在高溫條件下重復(fù)載荷的作用造成的車轍十分常見。

五、應(yīng)力吸收層經(jīng)濟性分析

應(yīng)力吸收層技術(shù)對于舊路面改造的成果有目共睹，但是其能否被大范圍推廣的關(guān)鍵在于其成本能否被接受。增設(shè)應(yīng)力吸收層對于道路養(yǎng)護而言成本肯定增加，但長遠(yuǎn)考慮，應(yīng)力吸收層能夠有效抑制反射裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，還具有防滲水的特點，能夠有效延長路面的使用壽命，減少后期維護成本，因此綜合比較，反而是增加應(yīng)力吸收層后道路的養(yǎng)護成本更低。

六、反射型裂縫

根據(jù)形成的特點可分為張開型和剪切型兩種，路面受到載荷、溫差、水等影響之后可能會出現(xiàn)反射裂縫，通過鋸切橫縫、增加鋪層厚度、設(shè)置裂縫緩解層、舊路面的破碎和固定、設(shè)置應(yīng)力吸收層、改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層等方法可以預(yù)防和控制反射型裂縫，而應(yīng)力吸收層可以起到減少路面應(yīng)力、防止?jié)B水以及粘結(jié)等作用，對于防止反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展有著顯著的效果。