半剛性基層瀝青路面反射裂縫成因及其防治措施

胡波

摘?要：本文結(jié)合坦桑尼亞尼雷爾大橋引道工程，首先詳細闡述歸納反射裂縫形成與原因，然后針對防治措施，從原材料控制、混合料設(shè)計和級配設(shè)計等方面出發(fā)，提出一種新型應(yīng)力吸收層夾層，并對其混凝土材料抗彎拉強度和抗壓性能進行評價。

關(guān)鍵詞：半剛性基層;反射裂縫;防治

在東非國家的國家主干道路中，瀝青路面因連續(xù)施工、表面平整且易于養(yǎng)護維修等特點得到較廣泛的應(yīng)用，同時瀝青混凝土道路基層99%以上都是采用級配機砸碎石、水泥穩(wěn)定粒料土等半剛性材料，但半剛性基層最大特點為易產(chǎn)生裂縫，并在荷載、環(huán)境溫度等因素共同作用下，基層裂縫會逐漸擴展延伸到瀝青混凝土面層，進而形成反射裂縫，影響道路使用性能和使用壽命?，F(xiàn)如今，相關(guān)學(xué)者針對反射裂縫的防治措施進行了大量研究與實踐，其中包括基層預(yù)切縫、增設(shè)土工布加層等方法，本文結(jié)合坦桑尼亞尼雷爾大橋引道工程項目，在應(yīng)力吸收層研究的基礎(chǔ)上，提出一種新型應(yīng)力吸收層夾層，對應(yīng)力吸收層混凝土材料抗彎拉性能和抗壓性能進行評價研究。

一、反射裂縫形成與成因

（一）反射裂縫形成

該項目臨近坦桑尼亞經(jīng)濟首都達累斯薩拉姆港口，引道及匝道橋區(qū)域具有車流量大、集裝箱拖車載重大、車速快等特點，路面表面在一定期限內(nèi)出現(xiàn)橫向、縱向裂縫和龜裂等病害，其中較大部分裂縫是屬于反射裂縫，目前反射裂縫主要存在溫度型反射裂縫和荷載型反射裂縫兩種。

（二）反射裂縫成因分析

1、干縮開裂。該項目半剛性基層是由水泥和G15粒料高強度土等材料按照設(shè)計配合比由路拌機均勻拌和、碾壓而成，其強度的形成過程主要依靠大量的水泥物理化學(xué)反應(yīng)。而當(dāng)基層含水率或養(yǎng)護不足時，基層材料會因缺乏水分而使水泥化學(xué)反應(yīng)不充分，其強度無法達到設(shè)計要求，從而容易因體積收縮而產(chǎn)生開裂。

2、原材料不合格。半剛性基層施工過程中，原材料不合格或施工不規(guī)范均會引起路面運營過程中產(chǎn)生裂縫。第一是基層粒料土強度低于G15，或者是塑限值（PI）偏高等原材料不合格造成的裂縫。第二是施工過程中基層材料拌和不均勻、配合比不準(zhǔn)確、拌和時間過長造成含水率不足或壓實不足等因素會引起基層強度不夠，在車輛反復(fù)作用下，路面極易產(chǎn)生開裂，逐漸延伸擴展形成反射裂縫，進而影響路表使用性能。

3、瀝青面層過薄。面層過薄的路面結(jié)構(gòu)同樣會導(dǎo)致反射裂縫的產(chǎn)生，相關(guān)研究證明，當(dāng)瀝青面層大于150mm時，可有效抵制反射裂縫的發(fā)生率，當(dāng)面層較薄時，在荷載、溫度和濕度等綜合作用下，瀝青層內(nèi)拉應(yīng)力比較集中，易使局部拉應(yīng)力超過路面結(jié)構(gòu)抗拉強度，從而產(chǎn)生裂縫。該項目瀝青混凝土面層只有50mm厚。

二、尼雷爾大橋引道工程

（一）工程概況

引道工程包括新建引道和與既有港區(qū)城市道路交叉匝道和改道兩部分組成，設(shè)計為雙向四車道，共計5560m。在匝道地勢較低的區(qū)域設(shè)計半剛性路基基層。為防治半剛性基層瀝青路面反射裂縫，采用增設(shè)應(yīng)力吸收層抵制反射裂縫的擴展延伸，該段路采用一種新型帶有防裂設(shè)計的夾層結(jié)構(gòu)用于應(yīng)力吸收層。

（二）原材料

1、膠結(jié)材料：為使新型應(yīng)力吸收層具有較高強度和穩(wěn)定性，本項目膠結(jié)材料采用具有較高模量的氯丁橡膠改性乳化瀝青。

2、級配集料：考慮到新型夾層的應(yīng)力吸收效果，機砸和天然粒料集料顆粒級配的組成至關(guān)重要，混合料要形成致密穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不僅需要具有足夠數(shù)量的粗集料骨架作用，還要有充足的細集料進行填充。集料最大粒徑為13mm，填料為4%的水泥。

3、混合料設(shè)計：應(yīng)力吸收層的含水量對其強度和使用性能具有很大影響作用，含水量較小時，施工和易性很難達到要求，不利于混合料的攤鋪，且在拌和時混合料不宜拌和均勻，影響混合料性能;而當(dāng)含水量較大時，容易造成混合料攤鋪過程中的稀漿現(xiàn)象，施工完成后路面易出現(xiàn)松散病害，從而影響道路使用壽命。該應(yīng)力吸收層混合料水分主要分為乳液中的水和外加水，根據(jù)室內(nèi)稠度試驗，確定應(yīng)力吸收層混合料外加水量控制在4%～6%范圍內(nèi)。

膠結(jié)料的用量同樣是混合料設(shè)計中的重要因素，最佳瀝青用量的混合料既能最大限度發(fā)揮材料強度，又能節(jié)約資源滿足經(jīng)濟型要求。根據(jù)達市大學(xué)實驗室室內(nèi)濕輪磨耗試驗和碾壓試驗確定膠結(jié)料最佳用量范圍為13.2%～16.8%。

三、路用性能檢測

通常認為，材料的勁度越小，混合料的抗裂性能越強;抗拉強度越大，混合料的破壞應(yīng)變越大，即抗裂性越好。合同中AASHTO規(guī)范和 cmL實驗室要求，對應(yīng)力吸收層材料路用性能進行評價。

（一）抗彎拉試驗

根據(jù)AASHTO和 cmL要求，采用小梁彎曲試驗確定應(yīng)力吸收層瀝青混合料的抗彎拉強度和彈性性能。在常溫條件下，應(yīng)力吸收層混凝土材料的抗彎拉強度平均值為1.06254MPa，彎拉應(yīng)變?yōu)?0.38%;實驗室5℃低溫條件下應(yīng)力吸收層混凝土材料抗彎拉強度為1.1693MPa，彎拉應(yīng)變?yōu)?.59%。其強度與普通混凝土相差不大，但應(yīng)變遠遠高于普通瀝青混凝土，說明該新型應(yīng)力吸收層具有良好得變形能力。

（二）抗壓強度與回彈模量試驗

根據(jù)AASHTO和 cmL要求，采用單軸壓縮試驗確定新型應(yīng)力吸收層混凝土材料抗壓強度和回彈模量。在常溫條件下，新型應(yīng)力吸收層混凝土材料抗壓強度平均值為2.88MPa，抗壓回彈模量為313.10MPa;實驗室5℃低溫時新型應(yīng)力吸收層抗壓強度為3.24MPa，抗壓回彈模量為345.63MPa。說明該應(yīng)力吸收層較普通瀝青混凝土具有較高的抗壓模量，可推斷出具有良好的抗反射裂縫能力。

四、結(jié)語

半剛性基層反射裂縫的防治，是大幅度提高道路使用性能的重要手段，做好防治措施，可有效延長道路使用壽命。本文結(jié)合實際工程項目應(yīng)力吸收層設(shè)計、施工基礎(chǔ)，從原材料控制、配合比設(shè)計、混合料設(shè)計等方面出發(fā)，提出一種新型應(yīng)力吸收層。結(jié)果表明：該新型應(yīng)力吸收層抗彎拉性能與抗拉強度均遠遠大于普通瀝青混凝土，可推斷出具有良好的抗反射裂縫能力。

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