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淺談如何防治公路瀝青路麵裂縫

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隨著高等級公路的大量修建.半剛性類材料以其優良的工程性能和顯著的經濟效益在我國公路建設中得到了廣泛的應用,並在公路建設中越來越占有特殊的重要地位。然而,半剛性材料的缺點在於抗變形能力低,在溫度、濕度變化時易產生裂縫,當瀝青麵層較薄時易形成反射裂縫,瀝青路麵本身也易產生低溫裂縫,瀝青路麵一旦出現裂縫,有可能導致路麵結構性破壞,影響路麵的使用功能。

一、瀝青路麵裂縫的形式、形成及危害

瀝青路麵開裂是世界各國瀝青路麵使用中均會遇到的主要病害之一,無論是冰凍地區,還是非冰凍地區,隻是各自的裂縫嚴重程度不同而已。瀝青路麵開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的,但就瀝青路麵開裂的主要原因而論,裂縫可分為兩大類,即荷載型裂縫和非荷載型裂縫。

荷載型裂縫,即主要由於交通荷載作用下產生的疲勞裂縫。在半剛性基層瀝青路麵設計合理、施工質量良好的條件下,單純由荷載作用引起麵層開裂的可能性不大。非荷載型裂縫,主要為溫度型裂縫。瀝青路麵溫縮型開裂包括低溫收縮開裂與溫度疲勞開裂,均體現為張開型開裂方式。對於瀝青路麵基層存在裂縫情形,按瀝青麵層裂縫開裂部位,又可以分為反射裂縫與對應裂縫。
  
由於環境溫度、交通荷載等因素的影響,瀝青路麵初期產生的裂縫對瀝青路麵使用性能常無明顯影響,但由於半剛性基層自身幹縮和溫縮應變脹縮產生的拉應力超過半剛性基層自身的極限抗拉強度,使其從強度薄弱處產生斷裂,隨著路麵使用時間的延長。已有的裂縫逐漸向上擴展到路表,橫向裂縫不斷增加。縫寬不斷增大,橫向裂縫再不斷附生縱向裂縫,最終形成大小不等獨立板塊,在表麵水的作用下,致使裂縫附近基層的含水量加大,甚至飽和。其結果是路麵強度明顯降低.在大量行車荷載反複作用下,產生衝刷和沉陷等現象.聚終導致路麵很快產生結構性破壞,使道路結構逐漸喪失承載能力。如何認識瀝青路麵開裂機理、阻止或延緩裂縫的發展,延長瀝青路麵使用壽命,是工程上的難題。

二、常用的瀝青路麵裂縫的預防和處理措施
  
延緩和減輕半剛性基層瀝青混凝土麵層的荷載型裂縫和非荷載型裂縫,可采用兩大類方法:一是在施工期間就采用相應的預防裂縫或處理措施,二是在維修養護時選用合適的加鋪層體係。通常。在有條件時,為獲得最佳效果,可綜合運用這兩類方法。本文僅從半剛性基層瀝青路麵裂逢的預防或處理方麵進行闡述。

(一)提高路基工作區的強度和穩定性
  
路基是路麵的基礎,路基工作區又是路基經受行車荷載影響較大的深度區域,該深度區域具有足夠的強度和整體穩定性對保證路麵結構的強度和穩定性極為重要,否則將產生不均勻沉降使路麵發生開裂。因此,必須采取有效措施處理好影響路基工作區的穩定性和強度的關鍵環節,最大限度地減小路基完工後沉降量。

1.路基工作區的強度主要是在填築過程中形成的。必須嚴格控製路基的填築工藝,確保路基強度。填築材料首選石、礫、砂類土,其次選用含礫、砂低液限粘土,再次選用低液限粘土。粉質土和有機土不能用於填築路基。車輛荷載越重,路基工作區的深度就越大。而在路基路麵設計時,車輛荷載是按標準的額定軸考慮的,當公路建成後,路基工作區的深度已經是固定成型了。公路交付使用後,當公路上車輛超載運行時.路基工作區的深度必將會隨之加大。由於超載的緣故。路基工作區的實際深度超出了預設深度,這樣未經處理的超出部分的路基強度、穩定性、剛度明顯不足,在實際使用中,路基路麵就會產生裂縫、沉陷、車轍、變形過大等病害。因此,麵對當前高速公路超載現象十分普遍的情況下,筆者建議在路基施工時對路基工作區的控製深度最好是大於路基工作區的設計深度,以防患於未然。

2.壓實度是反映路基強度的重要指標,也是提高路基強度和穩定性的最經濟、最有效的技術措施,施工中必須嚴格檢測控製。使其達到規定值。填土層的厚度對壓實度有直接的影響,施工中要插杆掛線,每層的鬆鋪厚度不應大於30 cm。檢測壓實度試坑要打到下一層頂麵,凡是檢測結果達不到規定值的要加壓處理,或推除重填。

3.降低地下水位是提高路基強度的重要措施。路麵底以下80 cm路床是路基的關鍵部位,它直接承受和吸收路麵的擴散應力,要有足夠的強度和穩定性。當開挖後發現底下滲水,不論流量大小都要處理。填方地段要采用較好的材料填築,土質差的地段要進行換填處理,確保其強度和穩定性。

(二)基層應有合理厚度
  
當基層厚度增加時,其承載能力也迅速增加,試驗證明,半剛性基層厚度由10 cm增加到25 cm時,其承載力提高為原來的3倍。

(三)修築防裂路麵
  
研究表明,麵層反射裂縫明顯地受瀝青麵層厚度的影響,厚度超過15.0 cm的麵層可以有效的防止受拉疲勞所產生的裂縫,還可以降低車輛荷載引起的剪應力。國外資料介紹。在貧混凝土上鋪築10.0 cm的瀝青麵層時,在形成反射裂縫前可累積通過標準軸載10×10 次。如果瀝青麵層加厚到15.0 cm,則可通過20×10 次。如瀝青麵層加厚到17.5 cm則可放心使用。

(四)選擇防裂性能好的材料
1.選用抗衝刷能力好,幹縮、溫縮係數小、抗拉能力高的半剛性材料作基層,最好使用溫度膨脹係數低的骨料。

2.選用鬆弛性能好的優質瀝青做麵層,保證瀝青的針入度、延度等指標;在缺少優質瀝青的情況下。應采用某些添加劑或聚合物。以提高瀝青的低溫抗裂性能及高溫穩定性能。

3.在穩定度滿足要求的前提下。選用針入度較大的瀝青作兩層。美國和英國的研究表明。在瀝青混凝士中使用軟的瀝青可以阻止低溫收縮及高溫疲勞作用兩種機理引起的裂縫擴展。

4.采用密實型瀝青混凝土麵層。空隙率對麵層的疲勞壽命有很大影響,密實型瀝青混合料在使用中瀝青硬化緩慢,同時也延緩了裂縫的擴展。

5.瀝青混合料的集料應選用表麵粗糙、石質堅硬、耐磨性強、嵌擠作用好、與瀝青粘附性好的材料。如果集料呈酸性,則應填加一定數量的抗剝落劑或石灰粉,確保混合料的抗剝落性能,同時應盡量降低集料的含水量,盡可能使用人工砂代替原形顆粒的天然砂。

6.瀝青混合料的級配也是一項重要因素。在合理選配混合料級配時,應兼顧其高溫穩定性,疲勞性能和低溫抗裂性能。以及路表特性和耐久性等各方麵的要求。

7.在條件允許的情況,可以采用間斷級配、大空隙、密實型的瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性瀝青。SMA混合料具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性能,抗車轍性能好、使用壽命長,是防裂路麵設計時應選用的一項新技術。

8.采用橡膠瀝青或聚合物改性瀝青在瀝青混凝土表麵作封層,可進一步提高表麵層的抗溫度裂縫能力。

(五)設置應力吸收層
1.在基層與麵層之間鋪橡膠瀝青中間層、預製織物膜帶條、土工織物或土工格柵中間層、低粘度瀝青混凝土層等均勻應力吸收層。

2.采用應力吸收薄膜,對減緩反射裂縫的產生與擴展有明顯的效果,可使裂縫處相對位移產生的應力傳到麵層時大為減少,明顯降低應力強度因子。而吸收薄膜的彈性模薰越低,防裂效果越好。可見應力薄膜應選用低模量高韌性、大變形率的材料為好。就目前常用的材料而言,土工織物與瀝青橡膠薄膜的彈性模量都較低,變形率較大。不存在低溫脆裂問題,效果更佳。

3.用土工格柵加筋瀝青路麵的主要功能,是控製車轍、反射裂縫和疲勞裂縫,不同類型格柵性能顯著不同。

4.橡膠瀝青吸收膜,是使用廢橡膠磨細的粉與熱瀝青攪拌後.施於麵層中間,形成一薄膜或與砂石成一薄層。有試驗結果表明,此應力吸收層在麵層中間效果最佳。

(六)新鋪半剛性基層的預開裂技術
  在半剛性基層上鋸縫,即在結構層碾壓前切割一條縫直到層底。縫寬為0.5 cm,內填瀝青砂或瀝青乳液.隨即將切縫快速封閉.然後以正常方式碾壓該層。其目的就是預先製造更直、更多規則問距的裂縫,這樣它比自然裂縫更細、裂縫位移更小,從而避免裂縫邊緣的快速惡化或減緩裂縫貫穿瀝青層。

三、施工控製裂縫發生

(一)在施工方麵,控製半剛性基層碾壓時的含水量為最佳含水量的0.9倍,壓實度達到規範要求,碾壓完成後要及時保濕養護,防止基層幹曬,養護結束後,立即噴灑瀝青乳液,做成透層或粘層,然後盡快鋪瀝青麵層。

(二)製備瀝青混合料時控製好加熱時間和加熱溫度,不使瀝青老化、加強碾壓,使瀝青混合料達到規定的壓實度,也可減少反射裂縫。

(三)為了減少瀝青麵層由於半剛性基層的收縮裂縫而產生反射裂縫或對應裂縫.應盡可能采取有效措施來減少半剛性基層本身的收縮裂縫。

四、結語
  
公路鋪設瀝青麵層前,采取裂縫預防措施和處理技術可以大大減少路麵裂縫的出現。這種思路和方法是強調於道路建設初期采取措施阻止裂縫的形成.或通過選擇道路結構、技術或材料處理已出現的裂縫,這將減少裂縫或根本不出現裂縫,或者使得原有的或不可避免的裂縫活性大大降低。



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