如何防止改性沥青路面开裂

2025-03-06 13:51:33

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回答1：

论防止改性沥青路面开裂现象产生的施工措施

摘要：由于改性沥青路面具有优异的路用性能，近十年来，改性沥青在我国高速公路中得到了越来越多的应用。但与基质沥青相比，改性沥青有着较高的粘度，使得改性沥青路面施工工序控制的难度较大，如拌和温度增高，拌和时间延长，碾压难度加大等，若施工工艺不当及工序控制不严，都会造成改性沥青路面因空隙率过大而易渗水，最终导致早期损坏等问题。这种路面在应用中质量可靠，连价低，但是会出现开裂的现象，本文根据多年的实际经验，对防治改性沥青路面开裂现象的施工措施进行简要的论述。

改性沥青路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且低温性能良好。改性沥青是指掺加改性或采取对沥青轻度氧化等加工措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改变而制成的沥青结合料。

目前国内外对减少半刚性路面裂缝的主要思路是：1）使用防裂效果更好的面层或基层材料；2）通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝；3）从结构本身人手防止和减少半刚性沥青路面基层的反射裂缝。在沥青面层和半刚性基层之间设置一层弹性模量低、韧性好的材料作为应力吸收层以吸收半刚性基层裂缝，目前这种方法是国内外工程实践中用得较多的一项工程措施。针对半刚性基层沥青路面反射裂缝采取的具体措施如下：

一、增加沥青面层的厚度

通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝，国际上通用的结论是需要将沥青面层增加至15～25cm.增加加铺层厚度，一方面可以减少旧面层的温度变化，并降低加铺层的拉应力，另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度，降低接缝处的弯沉差，减少加铺层的剪切应力。同时，可以延长其疲劳断裂寿命。

但单纯依靠增加加铺层厚度的方法有其弊端：一方面增加加铺层厚度可能会受到路面标高的限制；另一方面增加加铺层厚度，必将大幅度增加路面造价，而且在夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙，同时会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势，故而这一方法有很大的局限性。

从已铺筑的高速公路的实例来看，裂缝情况随着面层厚度的加大有明显的改善，但是，车辙随着路面厚度的增加也随之增加。由上可以看出，通过较厚的沥青面层来防止和减少反射裂缝，在经济上不合算，还可能导致其他路面病害的发生。

二、进行半刚性材料的合理组成设计

通过进行半刚性基层材料的合理设计，如：调整结合料用量与比例，增加粗骨料含量并严格设计级配，以尽可能的减小其温缩和干缩系数，增加半刚性基层材-料的抗裂性能，但是不能从根本上消除半刚性材料的开裂而导致的路面反射裂缝。

三、在面层与基层之间增加级配碎石层

采用具有一定厚度的优质级配碎石作为上基层，而用半刚性材料作为下卧层，这种上柔下刚式的“组合基层”在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝，同时级配碎石基层还能充当具有排水功能的基层。级配碎石层是由特粗式级配沥青碎石混合料所组成，具有20％～35％的空隙率，它提供了一种教逸运动的方式，能够把交通荷载与环境温度作用下所引起的原水泥混凝土路面板产生的运动消散掉。目前国内将级配碎石作为半刚性基层与沥青面层之间的中间层的设尚不多见，但在美国、澳大利亚以及南非已作为减少沥青路面反射裂缝的措施获得了较多应用，且效果较好。但是与其他方法相比，增加级配碎石层的经济性较差。

四、加铺土工织物或格栅

包括聚丙烯或聚醋织物和聚乙烯、聚丙烯或聚醋无纺织物。无纺织物厚度为0.4mm-4mm，模量为IOMPa～160MPa，临界应力5MPa-20MPa，临界应变40％～140％。织物的厚度较薄些，为0.4mm-0.7mm，模量则高些，为400MPa-1500Mpa，临界应力和应变相应为40MPa～140MPa和8％～15％。无纺织物夹层的主要作用与橡胶沥青应力吸附夹层相似。而织物由于模量稍高，可对加铺层起少量加筋作用。

在半刚性基层顶或沥青之间设置各种土工合成材料，可以提高沥青混合料的抗拉强度与抗变形能力。20世纪八十年代初，英国诺丁汉大学布朗教授经过三、四年的试验和研究将塑料格棚应用于沥青路面。他通过对比加铺和未加铺土工格棚的沥青路面，认为前者比后者可以推迟疲劳裂缝出现达19倍，可以减少车辙50％。

土工织物中间层对沥青面层底的箍固作用大大增强了沥青面层的抗裂强度，土工织物中间层国外自20世纪80年代以来广泛使用，多用于具有严重裂缝旧沥青路面或水泥路面上加铺沥青新面层的中间防裂层，品种多为编织尼龙、无纺聚丙烯和玻璃纤维几种，其中以无纺聚内烯（Petromat）效果较好，总的研究结果表明防裂效果有好有坏，一般来说土工织物中间层对于垂直差动位移和水平位移较大（温缩严重）的情况效果不大，此外其防裂效果可能较短暂。

格栅包括聚丙烯或聚醋土工格栅、玻璃格栅和金属格栅。土工格栅的厚度为0.8mm-11mm模量为900MPa-2500MPa，临界应力和应变与织物相近。金属格栅的厚度为2 m m～4 m m，其模量可达到8000MPa-10000MPa.刚度大的夹层对于降低加铺层内因温度下降而引起的应力和应变的作用不如软夹层，但对于降低荷载产生的应力应变的作用则远大于软夹层，采用复合式夹层（下层为应力吸收层，上层为金属格栅），虽然可以像软夹层那样减少温度引起的反射裂缝，但仍保留了软夹层不能降低加铺层荷载应力的缺点。由此，各种夹层具有不同的刚度，在减少反射裂缝方面所起作用也不同。软夹层在减少温度引起的反射裂缝中可起到重要作用，但在降低荷载应力方面作用不大，甚至可能有不良影响，而刚（劲）度与沥青加铺层材料相近的硬夹层，则对降低荷载产生的反射裂缝最为有效，但在减少温度引起的反射裂缝方面不如软夹层有效。因而，在选择夹层类型时，应对诱发反射裂缝的主要原因以及不同夹层减缓反射裂缝的效果进行具体分析。

五、基层预切缝

基层预切缝方法是在铺沥青面层前将半刚性基层按一定间距设置预锯缝，且设法让这种裂缝仅保留在基层本层，而不反射到面层。基层采用预锯缝来减少沥青面层反射裂缝的措施在国内外工程实践中有一定的应用，且国外应用也较早，如：德国1986年设计规范规定，当沥青面层厚度小于或等于14cm时，基层厚度不管多大，只要基层抗压强度不大于12MPa，基层必须预切缝；前苏联为了避免薄沥青面层下水泥稳定土基层产生不规则的紊乱的裂缝反射到沥青面层上，也为了减少裂缝的破坏作用，建议在水泥土基层上每隔8 m～12m作一假缝，深6cm-8cm，缝宽10mm-12mm.它的防裂原理主要是通过锯缝改善基层约束条件，从而在一定程度上释放温度应力来达到防裂目的。同时，在锯缝防裂基础上铺设一定宽度土工织物，既起到了防渗作用，又在一定程度上缓解了裂缝处沥青面层应力集中，从而延缓或消除了面层反射裂缝的产生。

实践证明，这些措施达到了一定的防裂效果，但是各种措施的防裂效果和机理不相同，且各类措施防裂效果很有限。因此，如何采取措施以较少或延缓路面的反射裂缝还应根据路面结构的实际情况，综合利用多种防裂措施与方法以达到最佳的防裂效果。

回答2：

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随着高等级公路的大量修建．半刚性类材料以其优良的工程性能和显著的经济效益在我国公路建设中得到了广泛的应用，并在公路建设中越来越占有特殊的重要地位。然而，半刚性材料的缺点在于抗变形能力低，在温度、湿度变化时易产生裂缝，当沥青面层较薄时易形成反射裂缝，沥青路面本身也易产生低温裂缝，沥青路面一旦出现裂缝，有可能导致路面结构性破坏，影响路面的使用功能。
一、沥青路面裂缝的形式、形成及危害
沥青路面开裂是世界各国沥青路面使用中均会遇到的主要病害之一，无论是冰冻地区，还是非冰冻地区，只是各自的裂缝严重程度不同而已。沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，但就沥青路面开裂的主要原因而论，裂缝可分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
荷载型裂缝，即主要由于交通荷载作用下产生的疲劳裂缝。在半刚性基层沥青路面设计合理、施工质量良好的条件下，单纯由荷载作用引起面层开裂的可能性不大。非荷载型裂缝，主要为温度型裂缝。沥青路面温缩型开裂包括低温收缩开裂与温度疲劳开裂，均体现为张开型开裂方式。对于沥青路面基层存在裂缝情形，按沥青面层裂缝开裂部位，又可以分为反射裂缝与对应裂缝。
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。如何认识沥青路面开裂机理、阻止或延缓裂缝的发展，延长沥青路面使用寿命，是工程上的难题。
二、常用的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。本文仅从半刚性基层沥青路面裂逢的预防或处理方面进行阐述。
（一）提高路基工作区的强度和稳定性
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。车辆荷载越重，路基工作区的深度就越大。而在路基路面设计时，车辆荷载是按标准的额定轴考虑的，当公路建成后，路基工作区的深度已经是固定成型了。公路交付使用后，当公路上车辆超载运行时．路基工作区的深度必将会随之加大。由于超载的缘故。路基工作区的实际深度超出了预设深度，这样未经处理的超出部分的路基强度、稳定性、刚度明显不足，在实际使用中，路基路面就会产生裂缝、沉陷、车辙、变形过大等病害。因此，面对当前高速公路超载现象十分普遍的情况下，笔者建议在路基施工时对路基工作区的控制深度最好是大于路基工作区的设计深度，以防患于未然。
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30 cm。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80 cm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。
（二）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10 cm增加到25 cm时，其承载力提高为原来的3倍。
（三）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15．0 cm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。国外资料介绍。在贫混凝土上铺筑10．0 cm的沥青面层时，在形成反射裂缝前可累积通过标准轴载10×10 次。如果沥青面层加厚到15．0 cm，则可通过20×10 次。如沥青面层加厚到17．5 cm则可放心使用。
（四）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两层。美国和英国的研究表明。在沥青混凝士中使用软的沥青可以阻止低温收缩及高温疲劳作用两种机理引起的裂缝扩展。
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。
6．沥青混合料的级配也是一项重要因素。在合理选配混合料级配时，应兼顾其高温稳定性，疲劳性能和低温抗裂性能。以及路表特性和耐久性等各方面的要求。
7．在条件允许的情况，可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性沥青。SMA混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能，抗车辙性能好、使用寿命长，是防裂路面设计时应选用的一项新技术。
8．采用橡胶沥青或聚合物改性沥青在沥青混凝土表面作封层，可进一步提高表面层的抗温度裂缝能力。
（五）设置应力吸收层
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。
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薰越低，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。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低，变形率较大。不存在低温脆裂问题，效果更佳。
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，不同类型格栅性能显著不同。
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。
（六）新铺半刚性基层的预开裂技术
在半刚性基层上锯缝，即在结构层碾压前切割一条缝直到层底。缝宽为0．5 cm，内填沥青砂或沥青乳液．随即将切缝快速封闭．然后以正常方式碾压该层。其目的就是预先制造更直、更多规则问距的裂缝，这样它比自然裂缝更细、裂缝位移更小，从而避免裂缝边缘的快速恶化或减缓裂缝贯穿沥青层。
三、施工控制裂缝发生
(一)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。
(二)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。
(三)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。
四、结语
公路铺设沥青面层前，采取裂缝预防措施和处理技术可以大大减少路面裂缝的出现。这种思路和方法是强调于道路建设初期采取措施阻止裂缝的形成．或通过选择道路结构、技术或材料处理已出现的裂缝，这将减少裂缝或根本不出现裂缝，或者使得原有的或不可避免的裂缝活性大大降低。

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