2.3半剛性路面的反射裂縫和對應裂縫
2.3.1由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫
通常假設導致反射裂縫的機理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經開裂,并且允許有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行車荷載引起的下臥路面結構在裂縫處的差動位移,水平位移是由溫度變化或水分變化引起的膨脹和收縮。
冬季或在寒冷地區(qū),在結合得好的瀝青面層下,開裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內產生大的拉應力或拉應變,由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬,它只能承受小的拉應力或拉應變,因此容易被拉裂,并且裂縫的擴展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄,反射裂縫形成的愈早和愈多。
2.3.2由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或對應裂縫
對于新鋪的半剛性基層,隨著混合料中水分的減少,要產生干縮和干縮應力;水分減少得愈多愈快,產生的干縮應力和干縮應變就愈大。在已經產生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層,在較薄瀝青面層的情況下,半剛性基層的裂縫會由于溫度應力而使面層底部先開裂,并較快形成反射裂縫。一旦行車產生的拉應力與溫度應力相結合,反射裂縫會形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下,由于溫度應力在表面最大,基層的裂縫將促使面層先從表面開裂,然后逐漸向下傳播形成對應裂縫。以上結論已被長沙交通學院光彈模型試驗所證實,表面降溫30℃時,不同厚度瀝青面層內下層裂縫上方的溫度應力分布規(guī)律。
不同的應力分布規(guī)律不難推斷,通過進一步的試驗或計算,將會得到一個臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時,裂縫將主要從表面開始;薄于此臨界厚度時,裂縫可能主要從底部開始。此臨界厚度與氣候條件、面層混合料的勁度模量、溫縮性以及基層混合料的溫縮性有關。
3 影響裂縫產生的主要因素
3.1瀝青及瀝青混合料的性質
瀝青和瀝青結合料的性質是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因,瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開裂的最根本因素,瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關鍵。在瀝青性能指標中,影響更大的是溫度敏感性,溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。
3.2基層材料的性質
基層材料的收縮性愈小,面層裂縫愈少。基層上有透層油以加強與面層的粘結對抗開裂是有好處的,基層材料種類對瀝青面層的裂縫率有明顯影響。
3.3氣候條件
極端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時間、升降溫循環(huán)數次數是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。
3.4交通量和車輛類型
半剛性基層中的最大拉應力,通常是由最重的車輪荷載產生的;并且對于半剛性路面,不同軸載對路面的破壞作用遠不是4次方的關系,而11~13次方的關系,即使是通過次數較少的重荷載也對路面破壞起著決定性的作用。
3.5施工因素
主要指半剛性基層材料的碾壓含水量,半剛性基層完成后的暴曬時間等因素。
4 減輕瀝青路面裂縫的措施
根據規(guī)范,通過路面結構設計和厚度計算可以滿足瀝青路面強度和承載能力要求,基本解決荷載型裂縫產生的問題。對于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產生,應從設計與施工兩個方面來進行考慮。
4.1設計方面
(1)在進行半剛性路面設計時,首先應選用抗沖刷性能好、干縮系數和溫縮系數小、抗拉強度高的半剛性材料做基層。
(2)選用松弛性能好的優(yōu)質瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質瀝青的情況下,應采取改善瀝青性質的措施。
(3)在穩(wěn)定度滿足要求的前提下,優(yōu)先選用針入度較大的瀝青做瀝青面層。
(4)瀝青面層采用密實型瀝青混凝土。
(5)采用合適的瀝青面層厚度,確保半剛性基層在使用期間一般不會產生干縮裂縫和溫縮裂縫。
(6)為進一步提高表面層抗溫度裂縫性能,可采用橡膠瀝青或聚合物瀝青在瀝青混凝土表面做一封層。
(7)設置應力消減(應力吸收)中間層。
4.2施工方面
(1)嚴格控制半剛性基層施工碾壓時的含水量,混合料的含水量不能超過壓實需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內。
(2)半剛性基層碾壓完成后,要及時養(yǎng)生。
(3)半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結束后應立即用乳化瀝青做透層或封層。
(4)透層或粘層完成后,應盡快鋪筑瀝青面層。
5 結束語
實際上按照現行瀝青路面設計規(guī)范要求,瀝青路面厚度設計相對偏厚,目前采用的半剛性基層收縮性都比較小,施工工藝水平有很大提高,所以新建半剛性瀝青路面上出現的裂縫絕大多數是瀝青路面本身產生的溫度裂縫。如何提高瀝青面層的防裂性能、改善瀝青及瀝青混合料的使用品質應是我們今后研究的主要方向。