沥青路面反射裂缝成因机理与防治对策

（重庆建工集团四川遂资高速公路有限公司，四川 遂宁 629000）

沥青路面反射裂缝成因机理与防治对策

罗 磊

（重庆建工集团四川遂资高速公路有限公司，四川 遂宁 629000）

本文分析了反射裂缝的成因机理，并就此提出防治方案，以供大家参考。

反射裂缝；成因机理；防治措施；应力吸收层

1 反射裂缝的成因机理

沥青加铺层中容易出现的反射裂缝，主要是由于沿路面深度方向的温度应力和湿度变化引起水泥面板干缩开裂；当车辆驶过时，旧水泥混凝土板的裂纹处出现应力集中并向上扩展直至沥青加铺层，从而形成自下而上的反射裂缝。

1.1 反射裂缝产生

反射裂缝的产生大致分为裂缝形成阶段和扩展阶段这两个阶段。由于温度梯度的存在，旧水泥路面裂缝因温度降低而增大，当沥青加铺层产生的附加应力超过其自身的抗拉能力时，引起旧路面裂缝处对应的沥青加铺层开裂；另外，路面结构层材料不同引起各结构层中温度应力在空间上的不均匀分布，导致非均布的收缩和翘曲变形。同时，车辆荷载也是影响反射裂缝产生与扩展的主要因素之一。当车辆荷载接近或远离旧路面裂缝的时候，加铺层产生反向的剪切应力；当车辆行驶于旧路面顶面的时候，加铺层主要承受弯拉应力。

1.2 反射裂缝发展

反射裂缝从产生到发展道路整个路面结构，通常有反射裂缝沿沥青加铺层厚度方向上的竖向扩展和沿路表面的平面扩展过程。反射裂缝在路表多表现为横向裂缝，其分布密度受加铺层的厚度、加铺层材料的抗裂性能、当地的气候水文条件等因素影响。在较大温差梯度的环境中，而且加铺层较薄以及沥青面层材料的抗裂性能较差时，反射裂缝产生的间距就比较小；反之，则较大。

2 反射裂缝的防治措施

目前，根据反射裂缝的形成机理，针对半刚性基层沥青路面的防治放射裂缝的措施主要有：增加沥青面层厚度、进行半刚性材料的合理组合设计、设置级配碎石夹层、设置土工织物或格栅、基层预切缝以及应力吸收层等措施。

2.1 增加沥青面层厚度

增加沥青面层厚度主要从以下两个方面来防止反射裂缝，一是沥青面层厚度的增加能够减小旧路面顶面的温度变化，从而减小由于温度变化引起的层底拉应力；二是沥青面层厚度的增加能够增大路面结构的弯曲刚度，减小接缝处的弯沉差，进而减小加铺层由于弯曲变形而引起的剪切应力。但是沥青厚度的增加会对沥青面层在高温下出现泛油、推移、拥包等病害，而且会急剧增加工程造价，所以沥青面层的厚度必须控制在一定范围内，借鉴国内外资料，通常沥青面层厚度宜控制在15cm～25cm之间。

2.2 进行半刚性材料的合理组合设计

半刚性基层具有显著的温缩和干缩特性，在进行半刚性基层设计时，应该选择合适的原材料，然后通过调整各自的比例，确定合理的设计级配，将其温缩系数和干缩系数降至最小，减小半刚性基层材料的变形特性，从而从根本上增强抗裂性能，防止反射裂缝。

2.3 级配碎石层的设置

级配碎石指利用特粗式开级配沥青碎石组成而成，孔隙率控制在20%～35%之间的碎石混合料。由于这种结构层是散体机构，具有散逸的运动方式，能够消散由半刚性下卧层传递至级配碎石层的应力，因此对防治反射裂缝具有显著的效果。此外，级配碎石还具有良好的排水功能，能将由沥青面层渗透到基层的水分迅速排出，防治路面面层及基层的水损坏。

2.4 设置土工织物或格栅

土工织物主要有丙烯或聚酯织物、聚乙烯以及聚酯等无纺织物，其厚度通常在0.4mm～4mm之间，而格栅主要有聚丙烯或聚酯土工格栅、金属格栅以及玻璃格栅等，其厚度通常为0.8mm～11mm之间。各种不同材料的夹层具有不同的刚度，要根据工程的实际情况选用合适的夹层材料；但土工织物和格栅都能够起到增强路面的抗剪切能力，同时可起到一定的加筋作用，减小车辆荷载作用下沥青混合集料颗粒的水平位移，进而有效的防治反射裂缝。

2.5 基层预切缝

基层预切缝指的是在半刚性基层上按一定间距切割一定宽度和深度的切缝，然后再摊铺沥青上面层的方法，同时必须保证此类裂缝仅保留在基层，而不能反射至沥青面层。但目前国内外还没有切缝的宽度和深度进行明确的规定。这种方法主要是通过割缝改善基层约束条件，释放温度应力，防止应力集中，进而防治反射裂缝。如果在割缝处加设一定宽度的土工织物，不仅可以起到防渗效果，还能防止割缝处沥青面层的应力集中，进一步延缓甚至避免面层反射裂缝的产生。

除此之外还有应力吸收层对防治反射裂缝也具有显著效果，后面将会对其防裂机理和功能要求进行详细介绍。

3 应力吸收层防治反射裂缝原理

根据断裂力学的理论，高韧性、低模量的应力吸收层，可以减轻裂缝处的应力集中现象，因此能起到比较明显的防裂作用。应力吸收层对裂缝应力峰值具有缓冲作用，可以有效降低沥青加铺层底部拉应力和加铺层内剪应力，并将应力吸收、消散在较大面积的加铺层内，从而提高加铺层抗反射裂缝效果，预防或延缓反射裂缝的出现。由于设置了应力吸收层，其柔韧性改变了应力传递的方向，将原本集中的应力扩散开来，使应力峰值下降，裂缝扩展速度明显减慢。

通过对应力吸收层的防反射裂缝机理进行分析，得出应力吸收层应具有以下功能要求：

3.1 高弹性及柔韧性

应力吸收层弹性变形大小与其缓解外界荷载应力的性能成正相关关系。当水泥板受温度梯度作用产生内应力时，应力吸收层因其柔韧性好而产生变形较大，从而达到吸收应力、来消减附加应力的效果。

3.2 抗水损坏性能

应力吸收层对抗水损害性能的要求较高，因此要严格控制合理混合料的空隙率和沥青含量。当沥青用量较多时，在路面上层就会形成一定厚度的沥青膜，阻止雨水下渗入路基结构，减少路面水损害。应力吸收层可以使反射裂缝发生偏离，也可以有效路表水向旧路面的渗透路径，从而保证了原基层的强度和稳定性，延长了沥青路面的使用年限。

3.3 良好的粘结作用

良好的层间粘结作用不仅可以有效的缓解和消减裂缝产生的应力集中现象，而且能提高路面结构的稳定性与整体强度。

通过上述分析可知，用于应力吸收层的沥青必须具有高粘度、高弹性及高强度等特点，因此通常选用改性沥青铺筑应力吸收层。

结语

通过对沥青路面反射裂缝形成机理分析可知，反射裂缝是由于在车辆荷载作用下，半刚性基层或水泥路面板裂缝处出现应力集中，裂缝因此不断扩展延伸至路面形成反射裂缝，通常表现为横缝；其过程可分为产生和扩展两个阶段。防治措施主要有增加沥青面层厚度、进行半刚性材料的合理组合设计、设置级配碎石夹层、设置土工织物或格栅、基层预切缝以及应力吸收层。而应力吸收层由于具有高弹性及柔韧性，能够有效减少应力集中现象发生，从而防治反射裂缝，而且还具有防水损坏及粘结作用的功能特点。

[1]杨涛．半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生机理及其防治措施[D]．武汉：武汉理工大学，2005．

[2]李祖仲．应力吸收层沥青混合料路用性能研究[D]．西安：长安大学，2005．

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