沥青路面裂缝成因分析及防治对策探讨

■陈 曦

（福建路桥建设有限公司，福州 350000）

1 引 言

沥青路面由于具有表面平整无接缝、耐磨、噪音低、行车舒适、施工期短、易养护维修、安全性好、抗滑性好、扬尘少等优势，在我国高等级公路中得到了广泛应用。我国已建成的高速公路中，沥青混凝土路面占到了80%以上，部分城市的沥青混凝土路面覆盖面甚至高达98%。但是随着我国社会经济的快速发展，道路交通压力日益加大，沥青路面出现裂缝病害也成为不可避免的问题。而且沥青路面裂缝类型多样，其裂缝产生原因也各不相同，这就为沥青路面的施工工艺以及质量控制提出了很高的要求。因此，本文主要对沥青路面的裂缝类型以及成因进行了分析与总结，并就沥青路面裂缝的防治对策进行了详细阐述，为我国沥青路面施工过程中的裂缝防治提供参考。

2 沥青路面裂缝的类型

沥青路面裂缝病害的类型主要有反射裂缝、温缩裂缝、水损裂缝等三种裂缝病害类型。

2.1 反射裂缝

在半刚性基层上，在已经开裂的老沥青路面上、或者在有接缝的水泥混凝土路面上铺筑沥青层以后，基层的裂缝以及老路面上原先的裂缝或者接缝在受拉疲劳、剪切屈服、受拉屈服的单独或者联合作用下，会在新铺筑沥青路面层上的相同位置重新出现反射裂缝。

2.2 温缩裂缝

沥青路面温度影响裂缝主要表现为低温开裂。沥青路面的低温开裂主要有温度收缩裂缝与温度疲劳裂缝两种。其中温度收缩裂缝是低温作用造成的温度收缩所产生的温度应力超过沥青路面抗拉应力时产生的开裂现象；温度疲劳裂缝主要产生在日温差大以及太阳光强烈照射的地区，也可能发生在北方冰冻地区。

2.3 水损裂缝

所谓沥青路面水损害影响裂缝是指沥青路面在存在水分的条件下，经受交通荷载的反复作用，水分逐步侵入到沥青和集料的界面上，再加上水动力作用，沥青膜逐渐从集料表面剥离，并且导致集料间的粘结力逐渐丧失，最终造成路面唧浆、松散、网裂、形变，产生水损裂缝。沥青路面水损裂缝的产生原因有粘附力损失与粘结力损失这两种。最近几年来，很多高速公路在建成不久便遭到了破坏，特别是在雨季或者梅雨季节，这种沥青路面破坏现象普遍存在，这与水损裂缝有很大的关系。

3 沥青路面裂缝的防治对策

3.1 工程概况

福建省莆田至永定（闽粤界）高速公路永春至永定泉州段工程起于永春达埔互通与泉三高速公路相接，经永春县达埔镇、安溪县金谷镇、湖头镇、白濑乡、湖上乡、剑斗镇、感德镇以及福田乡，终点设狮子炉隧道与龙岩相接，全长约62.987 公里。是海西高速公路网“三纵八横”中的第四横的重要组成部分，属于福建省典型山区高速公路，本合同段全长34.315km，其中共有隧道12 座，桥梁23 座。公路自然区划属IV4-浙闽沿海山地中湿区，多雨潮湿。主线采用双向四车道高速公路标准建设，沥青路面结构层采用4.5cm 改性沥青AC-16C+5.5cm 改性沥青AC-20C+16cm 沥青碎石ATB-25+16cm 级配碎石+32cm3%水泥稳定碎石，计算行车速度80km/h，路面设计标准荷载为BZZ-100，设计年限15 年。为了达到设计使用年限，考虑到路段内桥隧等结构物相对较多，且地处多雨潮湿地区，对沥青路面反射裂缝及水损裂缝的防治显的尤为重要。

3.2 反射裂缝的防治对策

沥青路面反射裂缝是在受拉疲劳、剪切屈服、受拉屈服的单独或者联合作用下产生的。消除沥青路面的反射裂缝应该从消除反射裂缝的反射源、减少下卧层冷接缝、提高面层抗拉强度、在面层与基层间设置应力消散过渡层等几个方面进行考虑。

3.2.1 高分子抗裂贴布设

高分子抗裂贴是由沥青基的高分子聚合物、高强抗拉胎基、耐高温并与沥青相容的高强织物复合而成。使用高分子抗裂贴可以起到隔离、防渗、加筋补强、过滤排水、防护等功能。高分子抗裂贴具有优良的抗拉力学特性以及良好的隔离防渗功能。由于高分子间存在的吸附以及键合等作用，沥青和高分子抗裂贴的有机复合不管是在理论上，还是在实践方面都是可行的。高分子抗裂贴与沥青有机复合形成的加筋沥青面层可以有效改善面层的物理力学性能，从而提高沥青路面的使用寿命。

因路段内桥隧结构物相对较多，为防止后期沥青反射裂缝病害，本路段使用高分子抗裂贴粘贴于隧道水泥砼面层施工缝，缩缝、胀缝等裂缝及路面与构造物接头位置。布设前，先用喷灯在抗裂贴周围对其加热，使其密贴于砼表面裂缝处。再用胶轮压路机碾压三遍以上，将抗裂贴贴熨贴至地面，以确保抗裂贴和路面结合成一体，不能有气泡，皱褶。高分子抗裂贴加筋沥青路面铺筑流程图如图1 所示。

图1 抗裂贴加筋沥青路面铺筑流程图

3.2.2 冷接缝的防治

沥青面层下卧层如存在冷接缝，因其粘接性差，水分容易进入，容易出现开裂。下卧层由于开裂而形成板块，当车辆在沥青路上通过时，相邻板块端部间的竖向位移差在沥青路面层引发剪切疲劳而形成反射裂缝。为尽量减少及避免冷接缝，应合理组织施工，使摊铺作业连续进行；分幅摊铺时，前后幅应紧跟，避免前摊铺幅混合料冷却后才摊铺后半幅，确保热接缝。对于无法避免的冷接缝的处理，应先将已摊铺压实的摊铺带边缘切割整齐、清除碎料，然后用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化；接着铲除敷贴料，对缝壁涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘层沥青，再铺筑新混合料。

3.3 温缩裂缝防治对策

沥青路面温缩裂缝和当地的环境气候条件以及路面沥青混合料特性以及路面结构组合设计有着非常密切的关系。温缩裂缝防治对策主要有选取适用的沥青类型、选用合理的碾压机械设备搭配等等。

3.3.1 选用合适的沥青材料

相关调查研究表明，很多沥青路面在建成后正式通车前就会产生裂缝，不管这些沥青路面裂缝属于哪种类型，他们都是由温度变化所引发的温缩裂缝。除了温度这个客观条件外，产生温缩裂缝的最主要的因素是沥青材料的性质，改善沥青性能对减小温缩裂缝能起到90%的作用。根据GB50092-96 沥青路面施工及验收规范要求，按该地区气候条件和道路等级选取以韩国SK牌A 级-70 号普通沥青为基质沥青生产的SBS（I-D 类）改性沥青，以减少或消除沥青面层温度收缩裂缝。

3.3.2 选用合适的碾压设备及工艺

路面的最终成品是碾压出来的，无论采用哪种设计方法，沥青混合料通过现场碾压工艺取得高性能的路面是关键。沥青混合料碾压时钢轮在低劲度下压实成型的细微裂缝易成为开裂的诱因，轮胎压路机通过搓揉碾压则可减少这种裂缝的产生。

为有效减少温缩裂缝的产生，本路段在碾压设备方面配备了4 台戴纳帕克CC624HF 双钢轮压路机+2 台徐工XP301 胶轮压路机，通过初压、复压、终压三道工序进行碾压：

（1）初压：初压应在混合料摊铺后，采用CC624HF 双钢轮压路机紧跟摊铺机进行碾压，碾压方式是：从路面横坡低侧开始，前进静压后退开振碾压一遍。碾压时，相邻碾压重叠20～30cm,碾压直到路面横坡高侧压完为一遍.初压起始温度应不低于150℃。初压速度控制在2～3km/h。

（2）复压：复压紧接在初压后进行，复压采用CC624HF 双钢轮压路机+XP301 轮胎压路机进行组合碾压，组合碾压方法：使用CC624HF 双钢轮压路机挂强振碾压2 遍，碾压速度均控制在4～5km/h，振动频率应控制在35～50HZ，振幅为0.3～0.8mm，相邻碾压带重叠宽度为10～20cm。然后使用XP301 型轮胎压路机按阶梯型进行搓揉碾压2 遍，碾压速度控制在3～5km/h，相邻碾压带应重叠1/3～1/2 的碾压轮宽度。

（3）终压：终压应紧接在复压后进行，碾压使用CC624HF 双钢轮压路机静压2 遍,压到无明显轮迹为限。终压速度控制在2.5～3.5 km/h。终压终了温度不低于130℃,也就是说,终压应在混合料温度降低到90℃之前完成。

3.4 沥青路面水损裂缝防治对策

沥青路面水损裂缝的产生原因有粘附力损失与粘结力损失这两种。要想彻底解决沥青路面水损裂缝，就必须耐水、防水、排水三管齐下。

3.4.1 提高沥青和集料的粘附性——增强耐水性能

根据沥青和矿料相互作用的基本理论可知，矿料与沥青的粘附性取决于沥青—矿料—水三相系的平衡。各种改善措施主要从降低在集料表面水对沥青的置换能力这一概念出发，以保证在有水的情况下沥青膜不出现剥离与收缩的现象，依然可以和矿料形成良好的化学吸附作用。用一部分石灰替代矿粉，或者在沥青混合料中添加少量抗剥落剂等，都可以改善粘附性。

本路段使用矿粉由龙岩市东元矿粉有限公司生产，掺消石灰比例为20%；抗剥落剂由重庆伍圣建材有限有限公司生产，型号AR-I，掺量为结合料的0.3%，与集料的粘附性达到4 级。石灰中的碳酸钙含量高，非常容易形成正的吸附中心，和沥青中带有负电荷的表面活性物质可以形成化学吸附层，各种液态抗剥落剂都属于表面活性物质，一端是亲水性的胺基，和酸性石料有非常强的亲和力，另外一端是融于沥青的亲油性烷基，由于其在沥青—矿料表面形成的这种定向排列可以有效降低沥青—矿料的界面张力，因此可以提高沥青和矿料的粘附性，从而很好的解决沥青路面的耐水问题。

3.4.2 级配优选，合理控制空隙率——提高防水性能

沥青混合料的水稳定性在很大程度上取决于空隙率与空隙结构以及沥青膜厚度。相关试验结果显示，沥青混合料的空隙率在4%到17%时非常容易导致水的渗入，而且不易自由排除。因此，在沥青混合料的配合比设计中，级配设计是一个非常重要的方面。沥青混合料的级配决定了集料的嵌锁结构以及压实特性。各种级配的沥青混合料所形成的沥青混凝土的内部结构各不相同，有的是悬浮密实结构，有的是骨架密实结构，不仅仅空隙总量不同，其空隙的连通性以及孔径分布也是存在区别的；不一样的可压实性也会导致沥青膜厚度的不同，进而导致抗水渗透以及软化能力的不同。因此，通过沥青混合料级配的优选，合理控制路面空隙率，有效解决沥青路面的防水问题。

3.4.3 设置良好的路面内部排水系统

水是导致沥青路面水损裂缝的直接元凶。沥青混合料设计时考虑混合料流动性变形及泛油情况，沥青混凝土路面的设计残留空隙率为3%～6%，导致部分路面表面水由空隙下渗至路面结构层层间和滞留在沥青混凝土空隙内，形成层间自由水，使混合料内部总是被水浸泡，从而导致损坏。因此，设置良好的沥青路面内部排水系统以快速排出结构层的自由水也不失为一项非常有效的措施。

本路段在3%水泥稳定碎石层顶部设置1cm 单层沥青表处下封层。在3%水泥稳定碎石层上做完透层油之后，待透层油充分渗透，稀释剂挥发或者水分蒸发后，表面干燥、洁净并刮除表面多余油脂部分后方可铺筑下封层。浇洒下封层采用配有电脑控制和导热油保温的洒布车浇洒。浇洒后随即匀撒粒径为4.75～9.5mm 不含粘细料的小石子，小石子做到不重叠、满铺、无松散。小石子撒后用6～8t 轻型压路机碾压，撒布量为6～9kg/m2。在路面基层顶面设置下封层，可截住路面下渗水，由下封层通过路拱横坡排至路肩，与路面边缘排水设施配套，有效的解决了路面内部自由水的排水问题。

4 结束语

沥青路面裂缝病害是比较常见的，主要有反射裂缝、温缩裂缝与水损裂缝等三种类型，且不同类型的沥青路面裂缝的成因也是不同的。本文在分析不同类型沥青路面裂缝成因的基础上，针对当地气候条件及道路等级，分别采取了几种防治沥青路面裂缝的对策。经现场检验，取得了较好的防治效果。

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