劉志成

摘 要：半剛性基層是新疆高速公路建設(shè)中被廣泛使用，其中水泥穩(wěn)定類基層又因其強度高、板體性好等優(yōu)點成為最常用的基層類型之一。對于半剛性基層和瀝青路面結(jié)構(gòu)組合，水泥穩(wěn)定基層常見的抗彎曲變形能力差、干縮、溫縮等特性，不可避免的在基層中會產(chǎn)生開裂變形，在環(huán)境和荷載因素作用下可能會向上擴展從而使瀝青路面產(chǎn)生反射裂縫。本文探究了半剛性瀝青路面的裂縫形成機理，并總結(jié)了路面裂縫常用預(yù)防措施，對瀝青路面常見病害治理起到了一定的作用。

關(guān)鍵詞：裂縫;鉆芯取樣;裂縫形成機理;預(yù)防措施

0 前言

目前，半剛性基層瀝青路面已發(fā)展成為新疆地區(qū)高等級公路路面結(jié)構(gòu)的主要形式，由于半剛性基層材料是由水泥、粉煤灰等收縮性較大的材料作為結(jié)合料，受溫度和濕度影響易產(chǎn)生收縮裂縫，且抗拉強度較低，在荷載作用和外界環(huán)境作用下，易產(chǎn)生裂縫。雨水或雪水順著裂縫浸入內(nèi)部，降低基層強度，在車輛行駛過程中產(chǎn)生的動水壓力將對基層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖刷，將會出現(xiàn)龜裂、坑槽、唧泥現(xiàn)象。

1 瀝青路面裂縫的類型

瀝青路面裂縫的影響因素有多種，主要有以下裂縫類型。

（1）根據(jù)裂紋面的位移方式，裂縫分為3種類型：拉裂型、剪裂型、撕裂型，其中拉裂型裂縫危害最大[1]。

（2）按裂縫形態(tài)，裂縫主要分為：橫向、縱向和網(wǎng)狀裂縫，如圖1和圖2所示。

（3）按瀝青路面開裂的主要原因主要分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫。其中非荷載型裂縫主要是指瀝青路面反射裂縫，是瀝青路面中最常見、危害最嚴重的裂縫形式。

總之，在瀝青路面裂縫形式中，基層由于溫度降低、干燥失水和重復(fù)荷載等作用而產(chǎn)生裂縫后向面層延伸非荷載型裂縫是在公路中最常見的也是危害最嚴重的，尤其是由半剛性基層材料溫縮和干縮引起的反射裂縫問題最突出。

2 路面裂縫的鉆芯取樣分析

為了準(zhǔn)確掌握和分析路面病害產(chǎn)生的原因及路面結(jié)構(gòu)層厚度、結(jié)構(gòu)形式、路基填料類型及結(jié)構(gòu)層間粘結(jié)狀況，并對裂縫處進行了鉆芯取樣，對所取芯樣均現(xiàn)場測量厚度，了解檢測路段路面厚度分布情況及層間聯(lián)接情況，通過室內(nèi)試驗檢測路面面層級配和油石比，通過無側(cè)限抗壓強度測試基層強度等。從芯樣測量和觀察，主要表現(xiàn)如下：

（1）在橫向裂縫處鉆取芯樣，瀝青面層芯樣、水穩(wěn)基層芯樣全部沿裂縫處橫向斷裂，經(jīng)驗判斷水穩(wěn)強度較好。（2）在縱向裂縫處鉆取芯樣，瀝青面層縱縫芯樣、水穩(wěn)基層芯樣基縱向開裂;其余段落為面層開裂，大部分水穩(wěn)基層芯樣較為完整。（3）在龜裂處鉆取芯樣，大部分為瀝青面層開裂、水穩(wěn)基層芯樣完整，少數(shù)出現(xiàn)面層與基層水穩(wěn)芯樣松散破碎情況。（4）在唧泥處鉆取芯樣，瀝青面層和水穩(wěn)基層芯樣松散破碎。

3 瀝青路面裂縫形成機理

3.1 行車荷載作用

路面結(jié)構(gòu)在行車荷載重復(fù)作用下會發(fā)生重復(fù)變形，在材料內(nèi)部出現(xiàn)疲勞應(yīng)力，此時路面結(jié)構(gòu)強度降低、變形增加并出現(xiàn)裂縫。由于半剛性基層是主要承重層，上部荷載傳遞給基層板體并在基層底部產(chǎn)生彎拉應(yīng)力，當(dāng)彎拉應(yīng)力大于基層材料自身抗彎拉強度時，半剛性基層便會開裂，降低結(jié)構(gòu)整體強度和穩(wěn)定性。在重復(fù)荷載作用下，半剛性基層內(nèi)部微裂縫不斷向上延伸，最終導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫。

荷載型裂縫主要表現(xiàn)為縱向和網(wǎng)狀裂縫，其中網(wǎng)狀裂縫一般是由反復(fù)荷載引起的疲勞裂縫。路面結(jié)構(gòu)強度不夠或者行車荷載超過設(shè)計荷載等原因使瀝青路面產(chǎn)生荷載型裂縫，且在低等級公路及超載嚴重的高等級公路上最為常見[2]。

3.2 干燥收縮機理

干燥收縮是半剛性基層開裂的最主要原因之一，它是由于基層內(nèi)部水分散失而引起體積減小的現(xiàn)象[3]。

（1）毛細管張力作用。半剛性基層材料的干燥收縮是由于大孔隙中毛細管水蒸發(fā)而引起的整體宏觀體積變化，隨著毛細管張力作用階段的水分散失而增強。（2）吸附水、分子間力作用。吸附水引起的收縮量比毛細管張力作用引起的收縮量更大。（3）層間水作用。在半剛性基層材料中，粘土礦物、C-S-H凝膠等晶體或非晶體層狀結(jié)構(gòu)物間存在大量層間水，晶體間距隨層間水散失而減小，從而引起宏觀體積收縮。若半剛性基層材料中含有較多粘土，其由于層間水蒸發(fā)而引起的收縮作用更加強烈。（4）碳化脫水作用。碳化脫水作用是指Ca（OH）2和空氣中的CO2反應(yīng)生成水和CaCO3晶體，生成的水蒸發(fā)后會引起宏觀的體積收縮。隨著時間水分散失的越多，干縮應(yīng)力越大。

3.3 溫度收縮機理

半剛性基層是由固相、液相和氣相組成的材料，固相包括骨架顆粒和其間的膠結(jié)料，砂粒以上的顆粒含量多，混合料溫縮系數(shù)就越小;液相包括自由水、吸附水和毛細水，主要存在于固體顆粒表面及其空隙中;氣相主要指顆粒間空隙中的氣體，一般是連通空隙，對溫度收縮性能影響不大。固相、液相和氣相對溫度敏感程度不一樣，故在溫度變化時內(nèi)部產(chǎn)生較大應(yīng)力，并引起收縮變形。

在水泥穩(wěn)定類半剛性基層青路面中，無機結(jié)合料失水收縮的特性，會在內(nèi)部產(chǎn)生干縮應(yīng)力;隨著溫度變化，基體內(nèi)部也會產(chǎn)生溫度收縮應(yīng)力。在溫度降低和環(huán)境干燥的條件下，半剛性基層內(nèi)部產(chǎn)生較大應(yīng)力而發(fā)生開裂，在荷載作用下，基層裂縫不斷向面層發(fā)展，使瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫。

4 瀝青路面裂縫預(yù)防措施

瀝青路面裂縫的產(chǎn)生對路面結(jié)構(gòu)有較大危害，半剛性基層瀝青路面的抗裂性研究越來越引起專業(yè)人士的重視，以水泥穩(wěn)定類基層為例，目前常用的抗裂措施主要有：

（1）改善水泥穩(wěn)定粒料半剛性基層的集料級配，增加粗集料含量，控制細集料和粉塵含量，降低水泥穩(wěn)定砂礫基層的收縮性，提高其抗沖刷性，增強集料的嵌擠能力。（2）在保證基層強度和剛度的前提下，適當(dāng)降低水泥劑量，降低其收縮性。（3）研究重型壓實標(biāo)準(zhǔn)，減小水泥穩(wěn)定粒料的含水量或在其中使用減水劑，降低干縮和溫縮。（4）半剛性基層上設(shè)置預(yù)切縫，讓半剛性基層在攤鋪瀝青面層前預(yù)先開裂，減少半剛性基層后期的開裂對瀝青面層的影響。（5）半剛性基層攤鋪完成后，如果養(yǎng)生不當(dāng)，內(nèi)部水分散失很快，將會產(chǎn)生較大干縮應(yīng)力，很容易產(chǎn)生干燥收縮裂縫。在新疆地區(qū)，由于降水量少，氣候干旱，干燥季節(jié)時空氣非常干燥，加強養(yǎng)生及攤鋪瀝青面層的時間間隔控制，從而產(chǎn)生干縮裂縫。

5 結(jié)語

半剛性基層瀝青路面雖然使用廣泛，但易受外界因素影響出現(xiàn)裂縫，影響路面使用壽命，分析裂縫形成原因，制定預(yù)防措施，從而更好的方便通行。

參考文獻：

[1]焦新海，周行春.半剛性路面反射裂縫防治措施研究綜述[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報，1988，17（1）：52-57.

[2]張登良，鄭南翔.半剛性基層材料收縮抗裂性能研究[J].中國公路學(xué)報，1991，4（1）：16-22.

[3]張鵬.高等級公路半剛性基層材料的抗裂性能研究[D]大連：大連理工大學(xué)，2007.