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瀝青路面的裂縫及預防

瀝青路面在使用期開(kāi)裂是世界各國普遍存在的問(wèn)題，且不論其基層是柔性的還是半剛性的。路面裂縫的危害在于從裂縫中不斷進(jìn)入水分，使基層甚至路基軟化，導致路面承載力下降，產(chǎn)生唧漿、臺階、網(wǎng)裂等病害，從而加速路面破壞。

1.瀝青路面開(kāi)裂原因

1.1瀝青路面開(kāi)裂的主要原因可分為兩大類(lèi)：一種是由于行車(chē)荷載的作用而產(chǎn)生的結構性破壞裂縫，一般稱(chēng)之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱(chēng)之為非荷載型裂縫。

1.2由于我國現行瀝青路面設計規范中規定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著(zhù)因為半剛性基層的溫縮裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或對應裂縫。此類(lèi)裂縫主要是非荷載型的，在某些情況下也可能是由溫度和荷載共同完成的。

2.瀝青路面裂縫應力分析

2.1結構性破壞裂縫。

2.1.1瀝青路面的結構性破壞裂縫主要是由于行車(chē)荷載引起的。在車(chē)輪荷載作用下，大于半剛性基層材料的抗拉強度時(shí)，半剛性基層的底部就會(huì )很快開(kāi)裂。在行車(chē)荷載的反復作用下，底部的裂縫會(huì )逐漸擴展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開(kāi)裂破壞。影響拉應力主要因素有面層的厚度、基層本身的厚度、基層的回彈模量和下承層的回彈模量。選取不同的瀝青面層厚度和半剛性基層厚度，通過(guò)試驗得出半剛性基層底部的拉應力與半剛性材料回彈模量間的關(guān)系曲線(xiàn)。

2.1.2在半剛性基層下采用半剛性材料做底基層，可使基層底面由行車(chē)荷載產(chǎn)生的拉應力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應力，這對半剛性基層承受行車(chē)荷載的反復作用是十分有利的。

2.2溫度裂縫。

瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是溫度裂縫。溫度裂縫有兩種，一種是低溫收縮裂縫或簡(jiǎn)稱(chēng)低溫裂縫，另一種是溫度疲勞裂縫。

2.2.1低溫裂縫。

瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過(guò)大的溫度應力，但當氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開(kāi)始收縮。此時(shí)半剛性基層的底部將產(chǎn)生拉應力，當拉應力瀝青混合料的應力松馳趕不上溫度應力增長(cháng)，混合料勁度急劇增大。由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產(chǎn)生的收縮拉應力或拉應變一旦超過(guò)瀝青混合料的抗拉強度，瀝青面層就會(huì )開(kāi)裂。這種情況在瀝青面層與基層的附著(zhù)力不夠好、允許有一定的自由收縮時(shí)，裂縫就更容易發(fā)生。由于瀝青路面寬度有限，收縮受路面結構的相互約束小，所以低溫裂縫主要是橫向的。

2.2.2溫度疲勞裂縫。

這種裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區。由于溫度反復升降導致瀝青面層溫度應力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應變（或勁度模量）變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應力松馳性能降低，最終達到極限抗拉強度使路面產(chǎn)生裂縫。

2.2.3光彈試驗。

在面層和基層均無(wú)裂縫的情況下，表面降溫30℃，在瀝青面層中產(chǎn)生的溫度應力分布。在面層已有裂縫時(shí)，光彈試驗得到的溫度應力分布狀況。

一方面溫度向瀝青面層底部傳遞需要一定的時(shí)間，不是瞬時(shí)完成的，而且瀝青面層內部和底部的溫度不可能與其暴露表面的溫度相同，始終有溫度差，即瀝青面層中會(huì )產(chǎn)生較大的溫度梯度。瀝青面層愈厚，表面溫度與底部溫度差愈大，層間溫度梯度也愈大。

另一方面瀝青面層表面的溫度應力隨著(zhù)面層的增厚而增加，面層內的應力隨深度而很快減小，同時(shí)面層表面的溫度應力隨降溫幅度變小而減小。瀝青面層的表面一旦開(kāi)裂，隨著(zhù)持續低溫或另一次降溫，在裂縫尖端會(huì )產(chǎn)生較大的應力集中，使裂縫向下延伸并逐漸穿透整個(gè)瀝青面層；由于面層底部與基層表面的粘結作用，裂縫呈現上寬下窄現象。

2.3半剛性路面的反射裂縫和對應裂縫。

2.3.1由半剛性基層溫縮開(kāi)裂引起的反射裂縫。

通常假設導致反射裂縫的機理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經(jīng)開(kāi)裂，并且允許有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行車(chē)荷載引起的下臥路面結構在裂縫處的差動(dòng)位移，水平位移是由溫度變化或水分變化引起的膨脹和收縮。

冬季或在寒冷地區，在結合得好的瀝青面層下，開(kāi)裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內產(chǎn)生大的拉應力或拉應變，由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬，它只能承受小的拉應力或拉應變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。

2.3.2由半剛性基層干縮開(kāi)裂引起的反射裂縫或對應裂縫。

對于新鋪的半剛性基層，隨著(zhù)混合料中水分的減少，要產(chǎn)生干縮和干縮應力；水分減少得愈多愈快，產(chǎn)生的干縮應力和干縮應變就愈大。在已經(jīng)產(chǎn)生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會(huì )由于溫度應力而使面層底部先開(kāi)裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車(chē)產(chǎn)生的拉應力與溫度應力相結合，反射裂縫會(huì )形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應力在表面最大，基層的裂縫將促使面層先從表面開(kāi)裂，然后逐漸向下傳播形成對應裂縫。以上結論已被長(cháng)沙交通學(xué)院光彈模型試驗所證實(shí)，表面降溫30℃時(shí)，不同厚度瀝青面層內下層裂縫上方的溫度應力分布規律。

不同的應力分布規律不難推斷，通過(guò)進(jìn)一步的試驗或計算，將會(huì )得到一個(gè)臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時(shí)，裂縫將主要從表面開(kāi)始；薄于此臨界厚度時(shí)，裂縫可能主要從底部開(kāi)始。此臨界厚度與氣候條件、面層混合料的勁度模量、溫縮性以及基層混合料的溫縮性有關(guān)。

3.影響裂縫產(chǎn)生的主要因素

3.1瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)。

瀝青和瀝青結合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開(kāi)裂的最主要原因，瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開(kāi)裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性能指標中，影響更大的是溫度敏感性，溫度敏感性大的瀝青更容易開(kāi)裂。

3.2基層材料的性質(zhì)。

基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少?；鶎由嫌型笇佑鸵约訌娕c面層的粘結對抗開(kāi)裂是有好處的，基層材料種類(lèi)對瀝青面層的裂縫率有明顯影響。

3.3氣候條件。

極端最低溫度、降溫速率、低溫持續時(shí)間、升降溫循環(huán)數次數是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。