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黄福路改造混凝土路面罩铺沥青面层防止反射裂缝分析及建议一、简介中联重科汉寿专用车及混凝土搅拌站生产基地建设项目,黄福路属旧路拓宽改造，且道路纵坡依据整体规划需求进行了调整，现设计旧路改造路面结构层为：旧路加铺22cm厚混凝土基层+4cm厚SMA改性沥青混凝土面层（SMA-13），现混凝土基层已施工养护到位，即将进入沥青混凝土面层摊铺阶段。二、水泥混凝土路面加铺沥青面层的主要特点水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层是一种特殊的路面结构，其应力、应变特性与一般的弹性层状体系有较大的差别，质量控制涉及到反射裂缝的防治、加铺层厚度控制、面层材料的选择、提高路面的抗渗性能等关健环节。水泥混凝土板受温度变化影响大，而且路面板存在接缝和裂缝，容易出现错台、断板、啃边、沉陷、脱空等损坏现象，以水泥混凝土路面作基层，应具有足够的强度与适宜的刚度。沥青混凝土路面属柔性路面，面层使用耐久性是在确保面层足够的厚度的前提下直接取决于基层的稳定性。沥青罩铺最常见的病害即反射裂缝，下层混凝土板的纵、横缝，由于温度和湿度的变化与车辆荷载的作用，在加铺层的相应位置上产生裂缝。就沥青混凝土路面开裂的原因，可分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。通常是由于水泥混凝土路面接缝、裂缝处的竖向和水平位移所致。竖向位移是接缝、裂缝两侧板面由于车辆荷载作用产生的垂直方向的相对位移。水平位移是由于温度或湿度变化引起的水泥混凝土板的胀缩产1生的水平方向的位移。水泥混凝土板产生的水平位移，使沥青加铺层在接缝、裂缝处产生较大的拉应力，当拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，即出现开裂。在温度、湿度应力和车辆荷载的综合作用下，裂缝不断向上发展，反射到加铺层表面。因此，需要对沥青混凝土面层反射裂缝进行防治。1】反射裂缝的类型对于刚性基层沥青路面，反射裂缝指由于刚性基层在温度梯度和湿度变化下产生收缩开裂，此种基层材料先开裂而后沿开裂基层向上方反射到沥青面层而形成的裂缝，或者在行车荷载作用下，裂缝沿已开裂刚性基层向上扩展而形成的裂缝。很显然，反射裂缝的产生主要是刚性基层已先开裂，再经行车或温度、湿度变化而引起沥青面层裂缝。沥青路面开裂的原因和形式是多种多样的，沥青路面的裂缝主要包括两种：一是荷载型裂缝，主要是由于行车荷载作用产生的；二是非荷载型裂缝，其主要类型是温度裂缝。它包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝两种。根据研究资料表明，刚性路面的反射裂缝主要是非荷载型裂缝，由温度引起的。2】反射裂缝的形成机理通常情况下，把反射裂缝的形成过程分为两个阶段：一是反射裂缝的产生阶段；二是反射裂缝的扩展阶段。1.反射裂缝的产生。（1）温度型反射裂缝。温度型反射裂缝有两种，一种是在开裂基层（或老路）上铺厚沥青面层后，在冬季突然降温过程中，基层（或老路）的裂缝会由于温度收缩而继续拉开，它将给产生温度收缩的新铺沥青面层增加一个附加拉应力；两个拉应力叠加一旦超过沥青混合料抗拉强度，新沥青面层的表面在基层（或老路）裂缝的上方开裂，并逐渐向下延伸，直到与老路的裂缝相连，这样形成的裂缝通常称为低温收缩裂缝。另一种裂缝主要发生在昼夜温差比较大的地方。在开裂基层（或老路）上铺薄沥青面层的情况下，裂缝将从面层底面开始，面层底面一旦开裂，除在负温差下缝端有拉应力外，在正温差（升温造成的温差）下缝端产生的拉应力更大。由此产生的裂缝称之为温度疲劳裂缝。（2）荷载型反射裂缝。当行车荷载经过接缝或裂缝时，在面层中产生的应力影响线可分为三个阶段：一是轴载位于接、裂缝一侧时，接、裂缝两侧产生较大的相对位移，在沥青面层中造成较大的剪切应力；二是轴载位于接、裂缝顶面时，两侧无相对位移或相对位移较小，沥青面层主要承受弯拉应力作用；三是轴载驶离接、裂缝时，在面层内产生与第一次方向相反的剪切应力。在整个过程中沥青面层受到两次剪切一次弯拉作用，其直接结果是引起反射裂缝的产生和扩展，荷载因素是引起反射裂缝的一个重要因素。22.反射裂缝的扩展。沥青面层的反射裂缝从其产生到整个路面破坏，中间要经历一个裂缝扩展阶段，即反射裂缝在罩面层厚度方向上的纵向扩展和其在表面的横向扩展。（1）反射裂缝的纵向扩展。断裂力学认为，裂缝的扩展有三种位移模式：张开模式、剪切模式和撕开模式，其中，温度应力对反射裂缝影响的模式为张开模式；行车荷载对反射裂缝影响的主要模式为张开模式和剪切模式。当车轮驶经裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝；在裂缝之前和之后的位置，主要以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在罩面层中不常出现。与张开模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于薄层罩面层底部，而后向上逐渐扩展到罩面层顶面。当沥青罩面层或面层较厚且气温较低时，裂缝产生在罩面层或面层的顶面和底面，而后向罩面层或面层中间扩展，形成所谓对应裂缝。对于正荷载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于罩面层底面，在周期性荷载的作用下垂直向上扩展。在偏荷载作用时，反射裂缝以剪切模式在罩面层中向上扩展，其扩展路径在罩面层中是沿大约45°角的方向向上扩展。当车轮荷载（偏荷载）和温度应力共同作用于复合罩面结构时，裂缝的扩展界于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展路径更垂直一些。（2）反射裂缝的横向扩展。裂缝发展过程是首先应在道路表面某些位置产生，然后再向两侧扩展。一般情况下，反射裂缝多出现在轮迹处。环境因素会加速反射裂缝的扩展。裂缝一旦出现，水分的浸入、氧化以及行车荷载的反复作用，常常加速反射裂缝向四周扩展。即使裂缝贯穿于整个路面宽度，也不会影响行车的舒适性。各地区的温度状况不同，各路段的交通条件和现有路面的结构状况也不相同，因而，反射裂缝的产生有可能主要是温度原因引起的，也有可能主要是荷载作用引起的，或者是温度和荷载共同作用所造成的。对于基层裂缝引起的反射裂缝而言，主要是由于温度引起的，行车荷载在其形成的后期起到促进作用，但较薄的沥青面层和较厚的沥青面层的反射裂缝产生的机理不同；对于旧水泥砼接缝上的沥青罩面层中出现的反射裂缝而言，主要是由于荷载原因引起的，行车荷载的施加速度远高于温度变化产生的面板伸缩位移的速度，特别是偏荷载作用。三、防治对策及处理方法目前，中国在防治反射裂缝方面主要从以下三大部分进行处理：一是改善沥青混凝土面层性能，如增加沥青层厚度、加筋罩面层、使用改性沥青等；二是设置应力/应变吸收薄膜夹层，如采用SAMI、土工织物、土工网格、粘结间断层等；三是对基层材料本身，选择抗冲刷性好，干缩系数和温缩系数小和抗拉强度高的刚性材料。1.确保面层厚度。由于沥青路面摊铺时仍需对水泥混凝土基层纵横坡进行适当调坡找补，以确保路面具有良好的排水纵、横坡及行车舒适性，原设计沥青混凝土面层仅4cm厚，摊铺时由于找补调坡目的，会造成基层略高的位置沥青面层厚度超薄。为控制面层最小厚度，建议黄福路改造路面在混凝土基层上摊铺5cm厚的SMA改性沥青混凝土面层（SMA-13），以确保面层质量。32.延缓水泥混凝土路面反射裂缝的发生。目前常用于路病害防止的材料主要是无纺土工布，其作用主要有两个：一是利用土工织物的撕裂强度和一定的延伸性，使基层反射裂缝产生的应力扩展至更宽范围，缓减裂缝处的应力集中，起到吸收部分拉伸能量的作用；二是土工织物浸透沥青后可以形成密封防水层，防止地表水渗入基层，在水泥混凝土路面上加铺沥青面层前，铺设符合要求的土工布，可延缓水泥混凝土路面反射裂缝的发生。因此，根据我公司多年的施工经验建议，沥青混凝土摊铺前喷洒粘结层改性沥青(0.8kg/m2)，在高温状态下全幅路面满铺土工布覆盖基层，做到平整无折无气泡。3.在面层和基层之间设置应力应变削减中间层（SAMI）。SAMI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（有人研究认为可减少到15%），可明显减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子。SAMI可以分成以下几类：橡胶沥青中间层，预制纤维膜布，土工织物中间层，低稠度沥青混凝土中间层，开级配沥青混凝土底层。在选择和设计SAMI应注意以下几点：（1）SAMI与面层、基层的粘结性能，这种粘结必须是均匀和永久的，否则会过早出现分层。（2）SAMI的劲度：夹层的劲度与夹层的模量和厚度有关，如果夹层的劲度很低，那么在罩面层的底部引起很大的应变，从而导致罩面层的开裂。与此相反，如果夹层的劲度过高或者夹层特别薄，温度应力将100%的传递到罩面层中，起不到防止反射裂缝的效果。（3）SAMI的韧度：如果SAMI的韧度太低，那么裂缝将很容易在SAMI中扩展，使得SAMI没有防治效果或者效果有限。4.在面层和基层之间设置级配碎石。减少反射裂缝的一个较有效措施是在半刚性基层与较薄沥青面层之间设置厚100mm～150mm的级配碎石中间层。级配碎石作为散粒结构，不传递拉应力、拉应变，能充分吸收其下层裂纹释放的应变能；级配碎石还有很好的隔离作用，可以大大改善半刚性基层的温度、湿度状况，从根本上消除和减轻半刚性基层的温缩和干缩，减少反射裂缝。杨东峰102022班28号4