2.3半剛性路面的反射裂縫和對(duì)應(yīng)裂縫
2.3.1由半剛性基層溫縮開(kāi)裂引起的反射裂縫
通常假設(shè)導(dǎo)致反射裂縫的機(jī)理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經(jīng)開(kāi)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(jié)構(gòu)在裂縫處的差動(dòng)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(jié)合得好的瀝青面層下,開(kāi)裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內(nèi)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或拉應(yīng)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(yīng)力或拉應(yīng)變,因此容易被拉裂,并且裂縫的擴(kuò)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(kāi)裂引起的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫
對(duì)于新鋪的半剛性基層,隨著混合料中水分的減少,要產(chǎn)生干縮和干縮應(yīng)力;水分減少得愈多愈快,產(chǎn)生的干縮應(yīng)力和干縮應(yīng)變就愈大。在已經(jīng)產(chǎn)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(huì)由于溫度應(yīng)力而使面層底部先開(kāi)裂,并較快形成反射裂縫。一旦行車產(chǎn)生的拉應(yīng)力與溫度應(yīng)力相結(jié)合,反射裂縫會(huì)形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下,由于溫度應(yīng)力在表面最大,基層的裂縫將促使面層先從表面開(kāi)裂,然后逐漸向下傳播形成對(duì)應(yīng)裂縫。以上結(jié)論已被長(zhǎng)沙交通學(xué)院光彈模型試驗(yàn)所證實(shí),表面降溫30℃時(shí),不同厚度瀝青面層內(nèi)下層裂縫上方的溫度應(yīng)力分布規(guī)律。
不同的應(yīng)力分布規(guī)律不難推斷,通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)或計(jì)算,將會(huì)得到一個(gè)臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時(shí),裂縫將主要從表面開(kāi)始;薄于此臨界厚度時(shí),裂縫可能主要從底部開(kāi)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(guān)。
3 影響裂縫產(chǎn)生的主要因素
3.1瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)
瀝青和瀝青結(jié)合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開(kāi)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(kāi)裂的最根本因素,瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性能指標(biāo)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(kāi)裂。
3.2基層材料的性質(zhì)
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(qiáng)與面層的粘結(jié)對(duì)抗開(kāi)裂是有好處的,基層材料種類對(duì)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(shí)間、升降溫循環(huán)數(shù)次數(shù)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(yīng)力,通常是由最重的車輪荷載產(chǎn)生的;并且對(duì)于半剛性路面,不同軸載對(duì)路面的破壞作用遠(yuǎn)不是4次方的關(guān)系,而11~13次方的關(guān)系,即使是通過(guò)次數(shù)較少的重荷載也對(duì)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(shí)間等因素。
4 減輕瀝青路面裂縫的措施
根據(jù)規(guī)范,通過(guò)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和厚度計(jì)算可以滿足瀝青路面強(qiáng)度和承載能力要求,基本解決荷載型裂縫產(chǎn)生的問(wèn)題。對(duì)于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產(chǎn)生,應(yīng)從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考慮。
4.1設(shè)計(jì)方面
(1)在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小、抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層。
(2)選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下,應(yīng)采取改善瀝青性質(zhì)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(shí)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(huì)產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。
(6)為進(jìn)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(shè)置應(yīng)力消減(應(yīng)力吸收)中間層。
4.2施工方面
(1)嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時(shí)的含水量,混合料的含水量不能超過(guò)壓實(shí)需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)。
(2)半剛性基層碾壓完成后,要及時(shí)養(yǎng)生。
(3)半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后應(yīng)立即用乳化瀝青做透層或封層。
(4)透層或粘層完成后,應(yīng)盡快鋪筑瀝青面層。
5 結(jié)束語(yǔ)
實(shí)際上按照現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范要求,瀝青路面厚度設(shè)計(jì)相對(duì)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(xiàn)的裂縫絕大多數(shù)是瀝青路面本身產(chǎn)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(zhì)應(yīng)是我們今后研究的主要方向。