浅谈沥青路面开裂及防治.doc

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1、浅谈沥青路面开裂及防治【关键词】 沥青路面开裂 影响因素 抗裂措施 补修技术一、绪论 目前，随着城市交通量交通量日益增大，使城市道路路面面临严峻的考验，很多城市道路沥青路面均呈现出一定的早期破坏，如开裂、泛油、剥落、车辙等现象，有的城市道路甚至当年通车即发生了病害，正常维修期大大提前，直接影响了车辆的运行，也增大了养护管理资金的投入。对此，现就路面开裂问题对其原因及对策作出详细的分析。（一） 研究高等级公路沥青路面开裂现象的重要性 路面开裂是沥青路面的主要病害之一，由于环境温度、交通荷载等因素的影响，沥青路面中已有裂缝将会逐渐向上扩展到路表，在雨水的作用下，对路面结构造成进一步的危害，从而使道

2、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，是世界性的难题。1、沥青路面沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的面层结构，由于沥青路面使用沥青结合料，因而增强了矿料件的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性得到了提高。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整，无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因而获得越来越广泛的应用。50年代以来，各国修建沥青路面的数量迅猛增长，所占比重很大。我国的公路和城市道路近20年来使用沥青材料修筑了相当数量的沥青路面

3、。沥青路面是我国高速公路的主要路面形式，随着国民经济和现代化道路交通运输的需要，沥青路面必将有更大的发展。2、 沥青路面存在的主要问题 随着我国交通事业的发展以及我国所处的季风气候区的地理环境特点，对我国沥青路面的使用性能提出了更高的要求。良好的沥青路面应具有以下的主要使用性能：(1)高温抗车辙性能；(2)低温抗裂性能；(3)水稳性；(4)耐疲劳性能；(5)抗老化性能。以上五点的缺陷均能导致沥青路面的开裂。3、 路面裂缝的不利影响沥青路表出现裂缝是路况恶化的征兆，会对路面的性能和耐久性产生不利的影响。这些不利影响包括：(1)防水性降低路表出现任何裂缝，都会使路表水有机会进入路面结构内部，甚至进

4、入对湿度敏感的路基土中。(2)引起路基过大压应力由于存在裂缝，造成路面板体不连续，在行车荷载作用下将加大板体边缘的变形，从而在裂缝处传递过大压力至路基顶面。(3)增大路面应力和变形上述的路面结构板体边缘变形，会在路面结构内（尤其基层）产生很大的应力和变形，在行车荷载作用下将缩短这些结构层的寿命。(4)磨耗层沿裂缝的破坏在车辆 、水分 、霜冻等应素的综合作用下，磨耗层常会沿裂缝放生骨料或小快沥青的剥落。裂缝破坏了沥青路面的整体性及连续性，影响了路面的使用品质、路表的美观，水分通过裂缝侵蚀路基，导致路表承载能力下降，为冻融提供了条件。裂缝降低了路面的使用寿命，增加了养护费用，且在高等级公路上进行补

5、强，加铺层设计，会影响正常的交通，造成巨大的经济损失。 （二） 高等级公路沥青路面开裂类型及形成机理沥青路面裂缝从表现形式上可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝。根据沥青路面开裂的主要原因，裂缝可分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。荷载型裂缝主要由于交通荷载作用下产生的疲劳裂缝，其开裂方式主要体现为剪切型。非荷载型裂缝，即不是交通荷载引起的裂缝，主要为温度型裂缝。沥青路面的温缩型开裂又包括低温收缩型开裂和温度疲劳开裂。对于沥青路面基层存在裂缝情形，按沥青面层（沥青加铺层）裂缝开裂部位，又可以分为反射裂缝和对应裂缝。 1 、荷载型裂缝荷载型裂缝是由路面承载能力下降，强度不足以承担车辆荷载或反复

6、循环荷载作用引起的疲劳所产生的。由于路面结构设计不当、配合比不当、拌和不均或施工质量低劣；或者由于车辆严重超载，致使半刚性基层沥青路面在反复的交通荷载作用下沥青面层或半刚性基层产生的拉应力超过其疲劳强度而断裂。荷载型裂缝首先在路面的底部发生，在车辆荷载的反复作用下裂缝逐渐向上扩展至表面。也可能因为下层开裂造成顶面应力集中而引起的开裂或上下同时延伸而开裂。 2 、非荷载型裂缝非荷载型裂缝按形成原因可分为温度裂缝、反射裂缝、不均匀沉降裂缝、冻胀裂缝、施工裂缝(接缝或发裂)、构造物接头(伸缩缝等)裂缝、老化裂缝等等。其中最主要的是温缩裂缝和半刚性基层开裂引起的反射裂缝。（1）温缩裂缝温缩裂缝是沥青路

7、面开裂的主要原因。温缩裂缝与北方寒冷地区的冻缩裂缝不同，它从表面开始逐渐向下扩展，大部分从第二年起便大量发生并逐年增多。初期的缩裂裂缝较窄，并逐年变宽，几年之内稳定。再次降温时所形成的裂缝往往出现在前一次降温时所形成的相邻的两条缩缝的中间部位。（2）半刚性基层的反射裂缝 半刚性基层的反射裂缝有三种形式：当沥青面层铺筑在半刚性基层上时，由于半刚性基层材料的干缩和冻缩产生的裂缝而导致沥青面层形成的反射裂缝。 当水泥混凝土板体断裂采用沥青混凝土罩面时，原有裂缝或接缝直接影响沥青面层形成裂缝。 已开裂的路面上铺筑沥青罩面层时也可能产生反射裂缝，而且原有路面的开裂程度对罩面层的使用寿命有很大影响。 3、

8、开裂原因机理分析1） 荷载型裂缝产生的原因。 路面基层近年来大多数采用二灰碎石，二灰土，水泥稳定砂砾等结构形式。这些半刚性基层在车轮荷载的作用下，底部产生拉应力，当拉应力大于其基层材料的抗拉强度时，则基层的底部很快开裂，在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝逐渐扩展到上部，造成沥青面层也产生开裂从而引起其破坏。a、路面结构设计不合理或厚度不足使得路面强度先天不足，不能满足行车要求。尤其是超载车辆比重大的路段，此类问题更为突出。在行车的反复作用下，沥青路面很快开裂。b、路面强度日趋不足。路面回弹弯沉值逐渐迅速增长和超载车辆明显增大使沥青路面产生龟裂，伴随纵向裂缝和变形产生。c、 无机结合料稳定细粒土

9、或稳定土含有过多的细粒土基层表层软化，在行车作用下，沥青面层产生龟裂，甚至推移破坏。d、 由于施工质量控制不好，无机结合料稳定层拌和不均匀， 底部含有素土软夹层，导致沥青面层产生块状裂缝。e、行车荷载的反复作用，尤其是在大纵坡路段，重型车辆的刹车、爬坡、挤、搓、揉产生的应力达到或超过结构材料自身所能承受的极限应力而导致路面乃至整个结构层面的破坏等。2）、非荷载型裂缝产生的原因。沥青面层上非荷载裂缝主要是温度裂缝，以横向裂缝形式显现。主要有温度收缩裂缝和昼夜温差大，温度反复升降而导致温度应力疲劳。a、 温度收缩主要表现为冬季尤其是在高海拔越岭路段，气温骤降时，沥青材料开始收缩，当沥青面层中产生的

10、收缩拉应力或拉应变超过沥青混合料自身的抗拉强度或极限拉应变时，沥青面层就会开裂。b、 温度反复升降使混合料的极限拉伸应力变小而产生的沥青面层疲劳开裂。c、 沥青的品种和质量是影响沥青路面温度开裂的主要原因。主要取决于沥青混合料的低温强度，它是形成开裂的最根本因素，沥青指标中的感温性大时容易生产此类开裂。沥青在老化过程中轻质油分挥发以及沥青老化分解等使得沥青老化越严重均可产生此类裂缝。劲度越大裂缝出现越早。另外，沥青的含蜡量高使拉伸应变能力降低，脆性增大，温度敏感性变大，横向裂缝容易发生。d、沥青混合料的组成对沥青路面的开裂有重要影响，同一种型号的石油沥青，沥青面层的厚薄所产生的裂缝率不同。e、

11、基层材料热容量小，与沥青表面层的附着粘结性能差，尤其是本身收缩的附加影响，使基层与面层的附着性能差。从而给面层有一定自由缩变。混合料的应力松弛性能得不到充分发挥，温度应力无法传递到基层中去，在面层内部积聚，容易产生裂缝。f、在气候因素方面，极端最低温度，降温速率，低温持续时间、升温降温循环次数等均是影响沥青路面温度缩裂的主要因素。垂直位移和水平位移造成了路面的反射裂缝，在结合较好的沥青面层下，开裂板的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变，由于在较低温度下沥青砼面层通常较硬，它只能承受较小的拉应力或拉应变，因此容易破裂，沥青面层越薄则反射裂缝形成的越早和越多。（三） 高等级公路

12、沥青路面温度收缩裂缝分析温度收缩裂缝是沥青路面开裂的主要原因。按温度收缩裂缝形成原因可分为低温收缩开裂、温度疲劳开裂和温缩型反射裂缝。 1、 低温收缩开裂低温收缩开裂多发生在冬季气温较低或易发生温度骤变的地区。在许多寒冷国家和地区，例如北美、加拿大、俄罗斯、北欧及我国北方地区非常普遍。冬季随着气温降低，沥青材料变得越来越硬，并开始收缩。当沥青面层中的平均温度低于其断裂温度或当气温大幅下降时，沥青面层中产生的收缩应力增大，当超过沥青混合料的极限抗拉强度时沥青面层就会开裂；或由于低温季节沥青抵抗变形的能力极差，在车轮荷载的反复作用下应力或应变超过沥青路面的疲劳强度所致。沥青面层的表面一旦开裂，随着

13、持续低温或另一次降温，在裂缝尖端会产生较大的应力集中，使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层。由于面层表面温度与底面温度的差别以及面层底面与基层表面的粘结作用，裂缝常呈现上宽下现象。路面开裂后温度继续下降，裂缝宽度将增加，但由于沥青面层与基层之间的联结，随着使用年限增长，沥青混合料的劲度模量也增大，会产生新的裂缝，从而裂缝间距缩短，裂缝不断加宽，开裂严重。 2 、温度疲劳开裂温度疲劳开裂主要发生在太阳照射强烈、日温差大的地区，沥青面层白天温度与夜间温度之差相当大，沥青面层中会产生较大的温度应力，这种温度应力的反复循环作用导致沥青路面产生疲劳开裂。产生低温裂缝的沥青混凝土层，春季气温回升时裂缝弥合

14、，冬季沥青混凝土层再次收缩。若基层摩擦小，在实际收缩过程时，裂缝就会变宽；若基层摩擦力大，沥青混凝土就不会收缩了，新的裂缝会产生。温度的日循环，短时间内的温度循环，冷热交替会在混合料内部出现疲劳开裂。温度疲劳裂缝使沥青混合料的极限抗拉能力变小，所以这种开裂可能发生在冬季气温并不太低的地区。 3 、温度型反射裂缝温缩型反射裂缝是指沥青面层摊铺以前基层已经开裂，在沥青面层摊铺后，由于路面温度日周期性变化的影响，在与基层裂缝对应的沥青面层的横断面上产生温度收缩开裂的现象。温缩型反射裂缝主要发生在旧水泥混凝土路面或无机结合料基层开裂后加铺沥青面层的工程之中。在此情况下，当温度下降产生收缩变形时，不仅沥

15、青面层自身会产生温度收缩应力，而且由于基层已经开裂，裂缝面将随温度的下降而产生张开位移，从而在沥青面层底部与基层裂缝对应的部位产生很大的应力集中，当温度呈日周期性变化时，该部位将受到低频高幅疲劳应力的作用，使得沥青面层在较短时间内开裂，并且很快扩展至路表，形成温缩型反射裂缝。而且不管环境温度高低，只要存在日温差，基层中的裂缝对面层底部对应位置开裂的作用必然存在。因此，形成温缩型的反射裂缝的温度范围要广得多，可能性要大得多。（四）半刚性基层沥青路面开裂机理国内己建高速公路使用调查证明，半刚性沥青路面裂缝总是较为突出，并己成为该结构的主要缺陷之一。不论南方还是北方，通车后一年到两年均可能性出现大量

16、裂缝，半刚性沥青路面裂缝都很严重。大量反射裂缝的产生在一定程度上导致了结构强度的破坏。沥青面层不同深度处混合料的温度与气温的关系表明：层间温度与气温之差随气温降低而增加，即深处的温度之差高于浅10cm的沥青混凝土面层中不同深度处的温度与气温之差。为此在较厚或厚沥青面层未开裂前，其下的半刚性基层虽也受到负温度的作用而产生温度收缩，但它所受温度的影响要比面层小得多。 半刚性沥青路面裂缝按成因分为以下三种情况：1 、沥青面层本身的温度裂缝收缩性小的优质半刚性基层上有较厚沥青面层时，在非干旱地区面层的裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝起始于表面并逐渐向下延伸直到穿透面层和半刚性基层。这种面层裂缝与用相同沥青

17、和沥青混合料的柔性基层沥青路面的裂缝不会有太大差别。2、 对应裂缝半刚性基层先开裂，起始于面层表面，逐渐向下延伸直到穿透整个沥青面层与半刚性基层裂缝基本相连。在已开裂的半刚性基层上加铺较厚沥青面层，冬季骤然降温时，原有裂缝或接缝会由于温度收缩而继续拉开翘曲。半刚性基层的收缩应力与沥青之间的传递在裂缝自由端中断，面层与基层的附着力使基层的收缩应力集中于裂缝部位的沥青面层内，将给产生温度收缩和翘曲的新铺沥青面层一个附加应力，使沥青面层的温度应力明显增大。当沥青在交通荷载、温度下产生的应力，半刚性基层及土基的附加应力之和，大于沥青混合料的抗拉强度时，便在裂部位或基附近首先开裂。3 、反射裂缝半刚性基

18、层开裂后的裂纹扩展，直至沥青层表面。当半刚性基层开裂以后，在沥青面层与半刚性基层之间的裂缝处形成一个“薄弱点”，裂缝处的应力集中现象使交通荷载产生在面层在下部的拉应力比没有裂缝的部位要大，在沥青面层较薄时，则会引起开裂，在行车、大气因素的综合反复作用下形成反射裂缝。导致反射裂缝的机理是被覆盖路面的垂直位移和水平位移。垂直位移是由行车荷载引起的下卧层结构在裂缝处的差动位移，水平位移是由温度变化引起的膨胀和收缩所引起。在结合得很好的沥青面层下，开裂板的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变，由于较低温度下沥青混凝土面层通常较脆，它只能承受小的拉应力，因此容易被拉裂。加铺的沥青面层愈

19、薄，反射裂缝形成得愈多愈早。（五） 沥青加铺层裂缝分析旧路维修养护中经常采用沥青加铺层方式。由于各种因素作用，会使得旧路中原有裂缝边缘易于移动变形，这种移动将引起与裂缝对应位置的沥青加铺层顶部或底部应力集中，进而产生所谓的对应裂缝或反射裂缝现象。分析沥青加铺层裂缝时，必须明确引起旧路原有裂缝边缘移动的荷载或应力，并分析其相应的移动形式。1、引起边缘移动的荷载或应力旧路原有裂缝边缘的移动，可能因下述三种荷载或应力引起： (Equation Section (Next)1)交通荷载：车辆，尤其是重型车辆，靠近或经过裂缝时会朝下挤压裂缝边缘，引起裂缝边缘产生垂直和水平移动。(2)温度变化：昼夜及冬夏

20、季节的温度交替变化，会导致相邻裂缝之间路面的膨胀和收缩。这些运动往往使得裂缝交替开合，有时开裂层在剧烈的温度梯度影响下可能翘曲。 (3)土体含水量变化：路基土含水量的变化，不论是否会引发开裂，往往会引起旧裂缝的开合。2 、裂缝边缘移动形式一般裂缝分为张开型裂缝、剪切型裂缝和撕裂型裂缝。 根据裂缝与车辆相对位置和裂缝的几何形状，行车荷载可导致裂缝边缘产生三种类型的移动。即：车辆行近横向裂缝时，将引发张开型和剪切型移动；在裂缝正上方时，裂缝边缘将以张开型移动；车辆跨纵缝行驶时将导致裂缝边缘以张开型移动；车辆沿着连续的纵向裂缝行使将引起剪切型移动，而在纵缝端部将导致边缘以撕裂型移动。 3 、沥青加铺

21、层反射裂缝扩展过程 旧路原有裂缝在各种荷载和应力作用下，在沥青加铺层中的发展，通常经历三个阶段：起裂阶段，裂缝由未开裂层中已存在的缺陷引起；稳定扩展阶段，从行车荷载或温度荷载引起的应力集中点开始向上发展并贯穿整个层厚；破裂或最后阶段，在路表出现裂缝。 二、 高等级公路沥青路面开裂影响因素分析自二十世纪六十年代加拿大率先对沥青混泥土面层的温度开裂进行系统的调查研究以来，加拿大、日本、澳大利亚等诸多国家先后在国家计划中进行了重点研究。我国在“七五”和“八五”两个国家科技攻关专题中，曾对沥青及沥青混合料的低温性能做了比较深入的研究，尤其是对影响沥青路面温度缩裂的各种因素，各种重交通道路沥青的低温性能

22、，评价沥青及沥青混合料低温性能的指标等方面做了大量的研究。综合国内外的调查研究，影响高等级沥青路面开裂的主要影响因素有沥青及其混合料、路面结构及环境、交通荷载、施工质量等。 （一） 沥青性质对高等级公路沥青路面开裂的影响1、 沥青性质(1)沥青油源稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变，有较低的劲度模量，所以抗裂性要高得多。因此，选择油源是提高道路沥青质量的最根本的手段。(2)沥青劲度沥青混合料的低温劲度是决定是否发生开裂的最根本因素，而沥青劲度又是决定沥青混合料的关键。美国宾州试验路的结果证实，横向裂缝与沥青的劲度最为相关。(3)沥青的针入度当温度敏感性相同时，针入度大的沥青有较低的劲度模量，

23、比硬沥青的路面裂缝少。(4)延度低延度与开裂有一定的关系。美国宾州试验路结果得出结论：开裂与15延度有关，并建议将15延度标准从15cm提高至30cm，以减少荷载引起的裂缝。(5)沥青的感时性感时性大，在很低温度时温降收缩几乎不发生粘性流动，只在凝胶结构内部产生应力积聚，并提早在集中力薄弱处产生裂缝。尖端的应力集中导致裂缝扩大并使抗拉强度降低。(6)沥青老化性能沥青在使用期老化越严重，劲度越大，裂缝出现越早。由于沥青老化，劲度增高，极限拉伸应变减少及温度反复疲劳作用，温度裂缝会随着使用年限的增加，缝宽加大，缝间距缩短。(7)含蜡量沥青中含蜡量增加使拉伸应变减小，脆性增加，温度敏感性变大，横向裂

24、缝增加。（二）沥青混合料对高等级公路沥青路面开裂的影响1 、沥青混合料及其特性沥青混合料由沥青胶结料、石质骨料（集料）和矿粉按比例在一定温度下拌和、压实而形成的一种混合料，有些情况下还需加入一定的外掺剂（如沥青改性剂、沥青抗剥落剂等）和聚合物以提高其抗裂性能。与其它均质材料和水硬性胶结材料相比，沥青混合料的结构比较松散，并具有明显的颗粒性特征，它决定了沥青混合料的结构特性与强度构成特性。沥青混合料在低温时应具有良好的应力松弛性能，有较低的劲度和较大的变形能力，能抵抗大的温度应力收缩应变而不开裂或少开裂，在降温收缩过程中不产生大的应力积聚，抵抗温度应力反复作用而不容易产生疲劳开裂，在行车荷载和其

25、他因素的反复作用下不产生疲劳开裂。低温下的劲度、稠度（如粘入度、针入度）、温度敏感性（如某温度范围内的稠度变化）是重要因素，低粘度（或高针入度）级的沥青混合料会随着温度降低而产生劲度的缓慢增加，从而减少了低温开裂的可能性。2 、沥青混合料的组成(1)沥青用量增大沥青用量，混合料的温缩系数变大，但混合料的应力松弛性能提高，劲度降低，二者互有抵消。为防止沥青面层低温开裂，使混合料更密实抗老化，沥青用量宜偏多一些。(2)矿料组成级配在受拉疲劳作用下，集料级配对裂缝的扩展仅有较小影响。较大尺寸的级配集料能稍许增加沥青混合料的抗裂性能。(3)集料品种耐磨、低冰融损失和低吸水性的集料具有良好的横向抗开裂性

26、。具有这些特点的集料低温时强度几乎不变化，使用吸水性大的集料其温度裂缝也就多。所以沥青混合料的集料应选用表面粗糙、耐磨性好、嵌挤作用好，与沥青粘附性好的材料，用碱性集料，降低集料的含水量，尽可能使用人工砂代替圆形颗粒的天然砂。(4)剥落率沥青混凝土的剥落率越大，就越易产生裂缝，原因是剥落率大的沥青和集料间的结合力弱，沥青混凝土的抗拉强度变小。(5)矿粉的细度矿粉通过0.075mm筛孔量少，则产生的裂缝就变多。小于0.075mm的颗粒少，则填料用量少，沥青混合料感温性变大。（三） 路面结构对高等级公路沥青路面开裂的影响1 、路面结构尺寸（1）路面宽度 现场调查结果表明，窄路面比宽路面的温度裂缝间

27、隔更近，7m宽的中等道路的初始裂缝间距为30cm，而宽度为1530m的普通机场路面的初始裂缝间距大于45m。（2）路面厚度 沥青面层厚度对温度裂缝的轻重有影响，但并不明显，在使用相同沥青时，厚度大的比薄的裂缝率小，厚度大对防止收缩裂缝和反射裂缝都是有效的。对于半刚性基层沥青路面，当沥青面层较厚（大于12cm），路面降温时的最大温度应力发生在面层表面，易形成对应裂缝。当沥青面层较薄（小于9cm），一般为反射裂缝，在行车荷载与温度应力共同作用下，反射裂缝形成得更快。在新铺未开裂半刚性基层上为薄沥青面层时，半刚性材料水分减少快，半刚性基层逐渐产生干缩裂缝导致路面“反射裂缝”。铺筑较厚的沥青面层后，半

28、刚性基层材料的水分减少是相当缓慢的，因此产生的干缩应力比薄沥青面层小，同时会产生明显的应力松弛现象。在重冰冻地区，在水泥砂砾基层上铺设15cm厚沥青面层后，水泥砂砾基层就不再产生收缩裂缝，也就不再以对应裂缝的形式增加沥青面层上的裂缝。2 、基层对高等级公路沥青路面开裂的影响各类无机结合料稳定土、稳定材料是被广泛用作路面结构的基层材料，在温度和湿度变化及在荷载作用下易产生开裂。路面结构中，基层的收缩开裂不仅破坏基层结构的整体性而降低其强度，而且当沥青面层较薄时，裂缝会反映到面层，形成反射裂缝。半刚性基层材料存在包括两个方面的收缩性：由于水分的减少而产生的干缩；由于温度降低而产生温度收缩。（1）

29、半刚性基层材料的温缩性半刚性基层材料的温缩性在半刚性基层内部的温度变化和坡差会产生温度应力，它与行车荷载在基层上产生的拉应力相结合，会促使面层开裂。若半刚性基层混合料的温缩性大于沥青面层材料的温缩性且材料基层上为薄的沥青面层时，在冬季气温急剧降温过程中，半刚性基层会产生温度收缩裂缝；半刚性基层材料的刚性越大，铺筑半刚性基层时的温度与冬季温度之间的差别越大，基层就越容易产生温缩裂缝，裂缝间距就越小；反之，尤其在沥青面层较厚时，基层往往不会率先开裂。（2）半刚性基层材料的干缩性稳定剂（水泥、石灰或粉煤灰）与土和水拌和，压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，混合料的含水量不断减少，由于水的减少，

30、混合料内部发生一系列物理化学作用使半刚性材料产生体积收缩，从而产生干缩裂缝。这种裂缝的产生使含水量对碾压的影响很大。含水量愈大，结构层愈容易产生干缩裂缝，裂缝也愈严重，裂缝产生得早，裂缝多，缝宽增长。即使是用干缩性较小的石灰、粉煤灰粒料和水泥粒料铺筑的面层，在养生结束后如果曝晒的时间过久，也会产生横向干缩裂缝。（3）半刚性基层材料级配、结构类型良好的级配是保证基层密实的前提，而密实度与强度成正比，密实大则强度高，密实度小则强度低。稳定性指基层的抗水性和抗冰冻性，即当受到水侵蚀时不致产生软化而降低强度，受到车轮冲击作用不致产生位移变化。有的基层强度虽然很高，但稳定性差，因而导致沥青面层出现龟裂。

31、当采用二灰稳定粒料或灰土稳定粒料时，应尽量控制集料含量为75%80%。（4） 基层导热性基层导热性与基层厚度对开裂的影响的显著性大致相同，基层导热系数由2.5下降到0.5；或基层厚度由20cm增加到40cm，均可使开裂率下降约10%。如果考虑两者的交互效应，这一影响更为显著。一般稳定土类材料密实，孔隙率较小且多为封闭空隙，导热系数小。石料基层或稳定石料基层内含丰富空隙，空隙相互贯通，受水分及冻结状态影响较小，导热系数较大。3 、土基对高等级公路沥青路面开裂的影响设置在砂基层上的路面温缩裂缝较多，而粘土、亚粘土的则好些。日本的研究表明，土基热容量对温缩裂缝有明显影响，冻胀性土的热容量大，比难冻胀

32、土供给路面的热量大，使路面开裂减少，故难冻胀的粘性土比粉砂、沙砾等易冻胀性土路段的横向裂缝少。4 、路面结构缺陷对开裂的影响(1)高温下用钢轮碾压低劲度的沥青层会产生横向微裂缝，以后可能在这些裂缝处开裂。(2)温度裂缝总是在路面内某一最薄弱的部位，如沥青层边缘施工缺陷、碾压不好的接触面、压碎集料的微裂缝、道路的雨水井、检查孔、取样钻孔的回填部位以及路标线处首先发生。浅色路标线的收缩系数大，很容易先发生横向开裂。（四） 交通量对高等级公路沥青路面开裂的影响由于温度收缩裂缝主要是温度引起的，所以在交通量小的慢车道、路缘带、自行车或行人专用道路、人行道均有发生。由于荷载的搓揉压实，交通量大的路段温缩

33、裂缝开始可能反而较少，但随路龄的增长，车辆荷载的反复疲劳作用将使裂缝增长加快，缝距缩短。（五） 施工对高等级公路沥青路面开裂的影响沥青路面的使用质量决定于设计水平，但更重要的是决定于施工质量。在冰冻地区，强调沥青路面的施工质量有特殊意义。1 、路面结构缺陷对开裂的影响基层和垫层的强度与稳定性对路面的整体强度与减轻面层的病害起重要作用，因此，保证基层和垫层的施工质量是一个很关键的环节。对基层和垫层施工应注意以下问题：(1) 拌和问题如果拌和不均匀，基层就不能形成板体作用，因而保证不了基层的强度。(2) 半刚性基层材料的碾压含水量混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量，当碾压含水量过大时，基层

34、干缩裂缝严重。(3) 压实度为了使路面的整体强度和耐久性都要达到最大，通常要使材料压实到尽可能最大的密度。为了达到该标准而增大压实功能时，就可能产生负作用，在该层面上下班出现剪切面或者随着密度增大，材料产生的裂缝也增大。对水泥稳定类材料，压实延迟时间越长，压实度就越低，强度损失也越大。过长延迟压实和过度的碾压，都会对半刚性基层产生破坏作用。(4) 养生铺筑沥青面层前，半刚性基层较长时间暴晒形成的干缩裂缝会在较厚沥青面层产生对应裂缝和较薄沥青面层上产生反射裂缝。无合适养生的半刚性基层特别是干缩性大的稳定细粒土基层，在压实完成后的头几天会产生很大的干缩应力，而这时混合料的抗拉强度还不大，因此也就容

35、易产生干缩裂缝。半刚性基层养生结束后，如不及时铺筑沥青封层和沥青面层，让其暴露，随着暴露时间增长也会产生干缩裂缝。2 、面层施工(1) 原材料保证沥青质量、沥青混凝土最佳级配、矿粉与沥青用量，避免沥青路面早期出现网裂。(2) 拌和沥青混合料拌和过程中保证沥青不过多被氧化以增加其受拉极限；混合料必须拌和均匀，避免加热温度过高。一般矿料加热温度过高，当沥青和矿料拌和时沥青便被矿料的高温灼焦，沥青老化，使路面强度不足产生网裂、坑槽等病害。(3) 碾压保证混合料的碾压温度并保证达到混合料的压实标准。碾压温度过高，混合料就不密实，就会出现微裂。(4) 施工季节要合理低温季节施工，如不能及时成型稳定会导致

36、路面坑槽，雨季施工应采取防水措施，大风和降雨时停止摊铺和碾压。(5) 接缝处理及时处理摊铺混合料的接缝，避免施工缝。(6) 施工方法机械拌和可按照设计配合比进行施工，保证施工质量；人工拌和不能有效准确地控制各种材料的配合比，特别是结合料用量。（六） 气候因素对高等级公路沥青路面开裂的影响在气候方面，极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升温降温循环次数是影响沥青路面温缩裂缝的四大因素。1、 极端最低温度对于某一给定的沥青路面，路表面温度越低则温度开裂的可能性越大。路表面温度与周围大气温度和风速有关。大多数沥青路面的低温开裂，是在温度降到低于玻璃化温度的某一温度并持续一段时间时产生的。在低温范围

37、内沥青混凝土具有弹性材料特性，温度应力不会消失，裂缝就有可能产生。2、 降温速率在急剧降温过程中，沥青面层中产生很大温度应力，它是造成开裂的一个直接的主要原因。沥青混凝土具有应力松弛性，当给沥青混凝土一定应变时，产生的应力随时间延长而松弛，在一般的温度范围内，由于温度降低而产生的拉应力会由于应力松弛而使拉应力减小，将不产生出现裂缝那么大的应力。当出现骤然降温时，路面内应力来不及松弛，应力松弛性能降低，出现过大的应力积累。当温度下降产生的应力超过材料的极限抗拉强度时产生开裂。降温速率越大则温度开裂的趋势越明显，这可以从春秋早晚很大温差时的路面产生裂缝得到证明。3 、低温持续时间低温持续时间越长，

38、沥青面层中产生的应力积累越多，应力松弛性能就越差，就越易开裂。即使一闪降温末达到破坏温度的地区，但处于接近该温度的低温状态下，混合料内部也将发生裂缝，随着低温持续时间的延长，裂缝不断扩展也将发生开裂。4、 升降温循环次数 温度的日循环，短时间内的温度循环，冷热交替，会由于温度的反复循环产生的温度应力疲劳作用使混合料内部出现疲劳损坏现象。由于沥青混凝土经过长时间的温度循环，使沥青混凝土的极限拉伸应变变小，又加上沥青老化使沥青混合料的应力松弛性能降低，将在温度应力小于其抗拉强度时产生开裂，即可能在比一次性降温开裂温度高的温度下开裂。（七） 路面老化对高等级公路沥青路面开裂的影响沥青路面在使用过程中

39、，在阳光、温度空气等大气因素的作用下，沥青中的轻质组分逐渐挥发，并不断发生氧化聚合瓜，使沥青中的油份、树脂逐渐减少，沥青质相对增多，且因为沥青质部分地转化为沥青碳，致使沥青路面粘塑性降低，路面干涩、裂缝、松散相继再现，即发生沥青路面的“老化”。沥青路面的老化速度取决于当地的气候、沥青路面的层位、沥青及沥青混合料的性能。在气温较高及日照时间较长的地区，受大气因素作用较为剧烈的表层，老化速度最快；沥青中的不饱和烃及芳香烃较多时，也易发生老化。沥青混合料的空隙率大时，会加速老化；矿料中含有铝铁等盐类时，会起催化作用，它们下沥青中的沥青酸作用生成有机酸铝盐或铁盐，从而加速沥青的老化；路龄越大则路面老化

40、程度越高。 小结(1)沥青的品种和等级是影响沥青路面温度型开裂的最主要因素。沥青结合料的低温拉伸性能决定了沥青混凝土路面的低温抗裂性，而其它一些影响因素如面层厚度、基层材料的收缩性等对沥青路面的温度型裂缝的影响相对要小得多。(2)沥青路面的低温缩裂，归根到底是沥青混合料的劲度提高，应力松弛性能差。 (3)半刚性基层较柔性基层热容量小，与沥青面层的附着性差，尤其是本身收缩的附加影响，故横向裂缝要多一些。(4)车辆荷载的反复疲劳作用将使裂缝增长加快，缝距缩短。(5)沥青路用使用质量虽然取决于设计水平，但更重要的是决定于施工质量。(6) 气候环境是影响裂缝的不可抗因素，极端最低温度、降温速率、低温持

41、续时间、升降温循环次数是影响沥青路面温缩裂缝的主要气候因素。三、 高等级公路沥青路面抗裂措施分析目前，为减少表面出现裂缝，可采用两大类方法：一是在维修养护之前就采取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。第一类方法着重于在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降低。第二类方法着重于选择加铺层体系。简单的加铺薄层沥青材料修复开裂路面不是一种长久的解决办法。因此必须特别注意沥青加铺层本身的设计和特性。（一）沥青改

42、性技术的应用1、改性沥青技术国产沥青路用性能差，应对沥青改性，主要以橡胶、丁苯橡胶、氟丁橡胶、EVA树脂、环氧树脂、丁苯胶聚乙烯等来改性沥青，以增强而层材料的变形能力，提高其柔韧性，减少路面裂缝或作减轻半刚性基层沥青路面裂缝的措施。橡胶类有SBR、CR、EPDM；热塑性橡胶类：SBR；热塑性树脂类：PE、EVA。常用的是SBR和SBS改性剂。在我国内陆地区和华北、中南、西北地区夏季炎热，冬季寒冷，宜选SBS。它的最大特点是高弹性，高温下不软化，低温下不发脆，改进了低温抗裂性能。它弹性恢复能力强，路面在荷载作用下产生的变形，能在荷载通过后迅速恢复，从而留下的残余变形小。SBS改性沥青混合料的破坏

43、强度比不改性破坏强度提高，在5%剂量时出现最大值。SBS改性效果与SBS的品种、分子量密切相关。星型SBS的改性效果优于线型，SBS分子量越大改性效果越明显，但加工越困难。SBS改性剂使沥青在低于脆点温度进仍具有柔性，使沥青的韧性增加，改善低温性能。2、改性沥青混合料SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗集料比例高达70%以上，很少使用细集料，形成间断级配。为了可以加入较多沥青，矿粉的用量达10%并使用纤维。SMA路面通过采用木质素纤维或矿物纤维稳定剂、增加矿粉用量、沥青改性等技术手段，组成沥青玛蹄脂，沥青玛蹄脂可以使沥青的感温性变小，沥青用量增加，由它填充间断级配碎石集料的空隙，从

44、而使混合料既能保持间断沥青混料表面性能良好的优点，又能克服耐久差的缺点。低温条件下，抗裂性能主要由结合料的拉伸性能决定。由于SMA的集料之间填充相当数量的沥青玛蹄脂，与集料的粘附性好，它包在粗集料表面。随着温度的下降，混合料收缩变形，使集料被拉开时，玛蹄脂有较好的粘结作用，它的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形能力。如果再同时使用提高沥青性能的措施，则混合料的低温拉裂性能可大幅度提高。路用实践证明，沥青玛蹄脂碎石路面的耐久性与抗裂性，特别是抗疲劳裂缝的性能比沥青混凝土路面要高，此归结于较高的沥青含量及较多的矿粉，一是减小了空隙率，使老化速度、水蚀作用降低；二是可减少微裂缝，提高柔韧性，使应力集

45、中程度降低，变形特性改善。（二）对原路面的处理措施在沥青加铺层施工前，为减少加铺前始裂缝，应注意采取防水或降低裂缝活性措施。(1)用橡胶沥青层、织物或开级配混合料对宽度大于6mm的裂缝进行填缝。填缝剂应放于垫层下面。(2)水泥混凝土板，用压路机和夯锤将旧水泥混凝土路面破碎并使其与下面基层接触，可明显延缓反射裂缝。(3)基含水量过高而使其承载力减弱引起的裂缝，此时，可通过排水降低土体中含水量和通过路表防渗阻止水分的进一步掺入。(4)间滑动引起的摩耗层的疲劳开裂，此时，可以有计划地挖除磨耗层，再铺筑与下层粘结良好的新磨耗层。（三）预开裂技术的应用1、新铺水泥稳定基层的预开裂技术对于新铺水泥处治基层

46、等半刚性基层沥青路面，其收缩裂缝难避免，为防止其裂缝对沥青面层造成不利影响，可采取预开裂技术。其目的是预先制造更直更多规则间距的裂缝。这样它比自然裂缝更细且裂缝位移更小，从而避免裂缝边缘的快速恶化或可以延缓裂缝贯穿沥青层。(1)结构层顶部切槽。结构层碾压后在其顶部预切槽口，切槽通常深度大约为层厚的1/31/4。(2)沥青乳液接缝。在结构层碾压前切割一条缝直至层底并在缝壁内注入速破沥青乳液。随即将切缝快速封闭，然后以正常方式碾压该层。沥青乳液区提供了防裂的低阻力区，沥青薄膜形成整齐的不连续面，使裂缝对水不敏感。(3)嵌入硬质波浪形夹片。在结构层摊铺和初压后，制作深到层底的槽口。然后将波浪形塑性材

47、料插入，封槽后再以通常方式碾压。接缝宽达2m或更宽，且横向布置在每一车道的中心位置。其高度大约为层厚的2/3，且设置在层底这可以形成规则的裂缝，并且波浪形夹片可以增加裂缝面嵌锁作用，从而提高裂缝传递荷载能力。(4)嵌入柔性塑料带。在刚处理的摊铺材料中埋柔性塑料带以形成裂缝。其厚度大约为结构层厚度的1/3，塑料带大约80um厚，通过碾压使之变形。结果保证了裂缝处有效的传递荷载能力。(5)结构层底部预开裂。它与(1)类似，通过结构层底放置三角形木板或木块，减少水硬性结合料结构层横断面，使首先在该处产生裂缝。2 、沥青面层预开裂技术在沥青面层难于避免产生温度裂缝的地区，在沥青面层碾压结束后，每隔一定

48、距离预先锯一条横向的通缝，缝深可为层厚的1/21/3。冬季，沥青面层将在预锯缝处拉开，预锯缝可明显减少温度裂缝，而且缝整齐美观。当地最低气温愈低预锯缝的间跑愈短。预锯缝特别是过一个冬季缝宽后，应用沥青灌缝以减少表面水下渗，避免裂缝两侧过早破坏。（四）加铺层体系的应用加铺层体系是铺设在下卧路面结构层之上的沥青加铺层、夹层体系和整平层的综合体系 。使用加铺层体系能否有效地防止开裂，提高抗拉强度，取决于每个组成部分的性能以及与旧路结合形成的路面结构整体性能。1 、整平层整平层是铺筑在不平的旧道路表面上，平均厚度为几厘米的沥青材料层，以保证在铺筑夹层材料前提供了平整的表面。整平层通常由骨料最大粒径为7mm的密实型沥青混