浅谈沥青裂缝的有关问题

第1页浅谈沥青裂缝的有关问题随着国民经济的快速发展，我国公路建设也发展迅速，这给国民经济的持续增长带来很大益处，但是道路病害也日益增多，道路裂缝病害就是其中之一，给道路的正常使用带来很大麻烦。现在就公路发生的一些裂缝的病害成因、危害以及防治情况做一探讨。一、沥青路面裂缝产生的原因1、沥青路面裂缝产生的原因沥青路面出现裂缝的主要形式为：纵向裂缝、横向裂缝以及网裂、龟裂等不规则裂缝。1.1横向裂缝横向裂缝是沥青路面病害的常见病害之一。从横向裂缝的表现形式：（1）低温横向裂缝。就沥青混凝土自身材料性质而言，沥青混凝土是一种热胀冷缩型材料，其在温度变化超出沥青混凝土的极限拉应力，容易产生低温裂缝和温度疲劳裂缝、反射裂缝等。（2）地基的施工质量、填土高度、压实度及交通量等因素所产生的裂缝。1.2纵向裂缝（1）沥青路面产生纵向裂缝主要有路基填筑质量、通车后地基的整体稳定性、路基填料本身等原因。（2）造成地基承载力下降，路基整体强度降低，在重车荷载的反复作用下，容易产生路面纵向开裂。（3）当沥青路面出现轻微裂缝或其它原因引起沥青表面的自由水进入路面基层，特别是半刚性基层材料，水份不能够及时排出，经过长时间的重车行车碾压，再加上半刚性基层施工接缝处理不当产生的纵向裂缝。（4）由于重型车辆经常沿一个车道行使，容易造成纵向裂缝。1.3不规则裂缝产生不规则裂缝的主要原因有：（1）半刚性材料层之间或半刚性层下有夹层土。素土夹层遇水潮湿后，使路面承载能力下降，载重车辆通过时容易产生“弹簧”现象，表面容易产生不规则裂缝。（2）半刚性基层厚度不足，而其下底基层又不是半刚性材料的路面结构，特别是在路基压实度不够或承载能力降低的情况下，也会产生不规则裂缝。（3）在沥青面层混凝土施工中，沥青混合料的油石比、拌合温度掌握不好，沥青混凝土路面在行车荷载的作用下也会产生不规则裂缝等。2、裂缝形成后对道路的危害由于环境温度、交通荷载等因素的影响，沥青路面初期产生的裂缝对沥青路面使用性能常无明显影响，但由于半刚性基层自身干缩和温缩应变胀缩产生的拉应力超过半刚性基层自身的极限抗拉强度，使其从强度薄弱处产生断裂，随着路面使用时间的延长。已有的裂缝逐渐向上扩展到路表，横向裂缝不断增加。缝宽不断增大，横向裂缝再不断附生纵向裂缝，最终形成大小不等独立板块，在表面水的作用下，致使裂缝附近基层的含水量加大，甚至饱和。其结果是路面强度明显降低，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷、唧浆和沉陷等现象，聚终导致路面很快产生结构性破坏，使道路结构逐渐丧失承载能力。这些病害，如得不到及时治理，对社会车辆形成一种潜在的危害，也极大地缩短道路的服务寿命，给国家造成极大的经济损失。3、沥青路面裂缝的预防和处理措施延缓和减轻半刚性基层沥青混凝土面层的荷载型裂缝和非荷载型裂缝，可采用两大类方法：一是在施工期间就采用相应的预防裂缝或处理措施；二是在维修养护时选用合适的加铺层体系。通常在有条件时，为获得最佳效果，可综合运用这两类方法。3.1提高路基工作区的强度和稳定性第2页路基是路面的基础，路基工作区又是路基经受行车荷载影响较大的深度区域，该深度区域具有足够的强度和整体稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要，否则将产生不均匀沉降使路面发生开裂。因此，必须采取有效措施处理好影响路基工作区的稳定性和强度的关键环节，最大限度地减小路基完工后沉降量。（1）路基工作区的强度主要是在填筑过程中形成的。必须严格控制路基的填筑工艺，确保路基强度。填筑材料首选石、砾、砂类土，其次选用含砾、砂低液限粘土，再次选用低液限粘土。粉质土和有机土不能用于填筑路基。（2）压实度是反映路基强度的重要指标，也是提高路基强度和稳定性的最经济、最有效的技术措施，施工中必须严格检测控制，使其达到规定值。填土层的厚度对压实度有直接的影响，施工中要插杆挂线，每层的松铺厚度不应大于30cm。检测压实度试坑要打到下一层顶面，凡是检测结果达不到规定值的要加压处理，或推除重填。（3）降低地下水位是提高路基强度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的关键部位，它直接承受和吸收路面的扩散应力，要有足够的强度和稳定性。当开挖后发现底下渗水，不论流量大小都要处理。填方地段要采用较好的材料填筑，土质差的地段要进行换填处理，确保其强度和稳定性。3.2基层应有合理厚度当基层厚度增加时，其承载能力也迅速增加，试验证明，半刚性基层厚度由10cm增加到25cm时，其承载力提高为原来的3倍。3.3修筑防裂路面研究表明，面层反射裂缝明显地受沥青面层厚度的影响，厚度超过15cm的面层可以有效的防止受拉疲劳所产生的裂缝，还可以降低车辆荷载引起的剪应力。3.4选择防裂性能好的材料（1）选用抗冲刷能力好，干缩、温缩系数小、抗拉能力高的半刚性材料作基层，最好使用温度膨胀系数低的骨料。（2）选用松弛性能好的优质沥青做面层，保证沥青的针入度、延度等指标；在缺少优质沥青的情况下，应采用某些添加剂或聚合物，以提高沥青的低温抗裂性能及高温稳定性能。（3）在稳定度满足要求的前提下，选用针入度较大的沥青作面层。（4）采用密实型沥青混凝土面层。空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响，密实型沥青混合料在使用中沥青硬化缓慢，同时也延缓了裂缝的扩展。（5）沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料。如果集料呈酸性，则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低集料的含水量，尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂。3.5设置应力吸收层3.5.1在基层与面层之间铺橡胶沥青中间层、预制织物膜带条、土工织物或土工格栅中间层、低粘度沥青混凝土层等均匀应力吸收层。3.5.2采用应力吸收薄膜，对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，明显降低应力强度因子。而吸收薄膜的弹性模量越低，防裂效果越好。可见应力薄膜应选用低模量高韧性、大变形率的材料为好。3.5.3用土工格栅加筋沥青路面的主要功能是控制车辙、反射裂缝和疲劳裂缝，不同类型的格栅性能显著不同。3.5.4橡胶沥青吸收膜，是使用废橡胶磨细的粉与热沥青搅拌后，施于面层中间，形成一薄膜或与砂石成一薄层。有试验结果表明，此应力吸收层在面层中间效果最佳。3.6施工时控制裂缝发生的措施3.6.1在施工方面，控制半刚性基层碾压时的含水量为最佳含水量的0.9倍，压实度达到规第3页范要求，碾压完成后要及时保湿养护，防止基层干晒，养护结束后，立即喷洒沥青乳液，做成透层或粘层，然后尽快铺沥青面层。3.6.2制备沥青混合料时控制好加热时间和加热温度，不使沥青老化、加强碾压，使沥青混合料达到规定的压实度，也可减少反射裂缝。3.6.3为了减少沥青面层由于半刚性基层的收缩裂缝而产生反射裂缝或对应裂缝，应尽可能采取有效措施来减少半刚性基层本身的收缩裂缝。二、沥青路面反射裂缝产生的原因反射裂缝是沥青路面普遍存在的一种病害现象。根据国内外道路工程的实践，在沥青面层和中集沥青混合料层或粗集沥青混合料层之间铺设一层土工织物，可用以消除或减缓面层反射裂缝的产生，从而延长道路的使用寿命，降低维修成本。但是，由于沥青路面浇注时的温度高达160℃-180℃，致使土工织物褶皱、变形、软化，使其性能大大降低，不但难以消除或减缓面层反射裂缝的产生，而且使得沥青路面更加凹凸不平，而玻纤土工格栅所特有的性能，完全满足沥青路面的要求，目前许多工程已使用玻纤土工格栅。1、沥青砼路面裂缝产生的反射作用裂缝产生的反射有两种，一种是面层产生裂缝后，裂缝向下反射，破坏下层结构，降低路面结构强度，在雨水时节，水进入裂缝中，在交通荷载（轮胎压力）的反复抵压，水在裂缝中产生水压，水不断的冲击沥青混合料，导致裂缝扩大。另一种是旧面层原有裂缝，路基层或下层路基层产生的裂缝向上反射，新罩路面无法承受因底层移动而产生的剪切力和抗伸应力，导致路面面层裂缝。2、玻璃纤维土工格栅在沥青砼路面结构层中的应用与作用机理在沥青罩面层中加铺玻纤土工格栅夹层，抑制应力，释放应变，增强沥青混凝土整体强度，达到防止裂缝向上或向下反射的目的。沥青混凝土集料穿过玻纤土工格栅结构，形成了一个复合的力学嵌锁体系，这种限制区域阻碍了集料的运动，沥青混合料可以得到更好地压实，具有更大的承载能力，并能提高传荷能力，减少变形。玻璃纤维土工格栅在道路罩面中起到了骨架作用，增强混凝土路面，将其变为一整体结构，犹如钢材增强水泥混凝土一样，具有优良的结构强度。玻纤土工格栅在沥青面层中，能够将上述的压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间形成缓冲带，减少了应力突变对沥青面层的破坏。同时玻璃纤维土工格栅的低延伸率减少了路面的弯沉量，保证了路面不会发生过度变形。在沥青面层中使用玻纤土工格栅，其在沥青面层中起到骨架作用，沥青砼中集料贯穿于格栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增加了沥青面层中的横向约束力，沥青面层中各部分彼此牵制，防止了沥青面层的推移，从而起到抵抗车辙的作用。玻纤土工格栅置于沥青中，使得沥青砼的拉伸强度大大提高，足够抵抗住较大的拉应力而不致发生路面破坏，即使因为局部区域产生微小裂纹，裂纹处的应力集中，经玻纤土工格栅的传递而消失，裂纹不会发展成裂缝。3、玻璃纤维土工格栅材料要求交通部《公路土工合成材料应用技术规程》中指出，路面防裂选用玻纤土工格栅可减少或延缓反射裂纹数量，减少沥青路面车辙拥包，可适当提高半刚性基层的疲劳寿命。（1）高抗拉强度，低延伸率，可分散应力，释放应变，避免应力集中，增强结构层强度，第4页延缓并减少反射裂纹，防止低温缩裂。（2）抗老化性能优异，无长期蠕变，可抵制疲劳开裂。（3）与沥青混合料相容性好，与上下层结合成整体，成为面层骨架。（4）网状结构利于形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，传递劳载，增强承重能力，减少高温车辙拥包，增强软土路基整体强度。玻璃纤维土工格栅技术要求指标内容指标要求测试温度（℃）抗拉强度（kN/m）≥5020±2最大负荷延伸率（%）≤320±2网孔尺寸（mm×mm）12×12～20×2020±2网孔形状矩形20±2注：摘自交通部《公路土工合成材料应用技术规程》“表7.2.1-1玻纤网技术要求”。4、玻璃纤维土工格栅设计、施工要点虽然有资料提出玻纤格栅可减薄路面厚度，但由于我国在这方面的研究还不深入，目前尚无可靠的数据支持这一结论、提出相应的设计计算方法。因此，交通部《公路土工合成材料应用技术规程》中指出，在应用玻纤格栅防止路面反射裂缝时，路面的结构形式及厚度不应因加铺了玻纤格栅而改变。对于工程中的一个完整结构，其设计、施工及相关测试方法尚应符合有关规范规定。（1）在玻纤格栅加铺时，必须对加铺层顶进行外观评定和弯沉测定，施工前层顶应清洁干净，对局部坑洞及严重不平整段落进行整平。（2）玻纤格栅横向应搭接8cm～10cm，并根据摊铺方向，将一端压在前一端部之上。铺筑时，应用机械或人力拉紧，张拉伸长率宜为1．0%～1．5%。横向搭接处应采用固定器固定；纵向可采用尼龙绳或铅丝绑扎固定，固定间距不应超过1．5cm。（3）应先铺设玻纤格栅，然后洒布热沥青做粘层油，粘层油每平方米用量约0．4Kg～0．6Kg。应注意施工车辆不得在玻纤格栅上转弯。5、玻璃纤维土工格栅防止沥青路面反射裂缝应用实践宿迁市S330省道（双沟至205国道）新建工程项目，本项目采用的技术标准为：平原微丘区二级公路，路面宽12m，桥涵与路基同宽。全线采用单层式碎砾石掺配沥青混凝土路面，路面结构采用4cmAC-16和6cmAC-13型沥青混凝土面层，30cm水泥稳定砂砾基层，20cm12%石灰土底基层，路肩为2×0．75m的土路肩。全线不良路段8Km，两种处理方法：（1）不良地质层厚在路堤底以下的铺土工格栅。根据严重状况分为铺一层和铺二层两种处理方法。铺土工格栅路段长5.324Km，计174731㎡。（2）不良地质层厚在3m以上的打砂桩。沥青混凝土面层采用半幅施工工艺，路中热接缝处理。但在施工中发现，面层铺筑后仅一月，路中接缝附近即开始出现纵向裂缝，缝宽在1mm-3mm之间