半刚性基层沥青路面施工期开裂分析

'半刚性基层沥青路面施工期开裂分析苏交科集团股份有限公司江苏211112摘要：半刚性基层沥青路面是由半刚性材料底基层、基层和沥青面层构成的路面结构形式。半刚性基层沥青路面具有强度高、刚度大、整体性好、水稳性和抗冻性好以及抗行车疲劳性能好等优良特性。另外，半刚性材料取材广泛、利于机械化施工且工程造价低，因而作为主要结构形式，广泛应用于我国高等级公路。木文从沥青路面开裂机理入手，对施工期沥青面层的温缩裂缝、反射裂缝和对应裂缝进行分析，得出沥青路面施工期出现开裂的主要原因。关键词：半刚性基层；裂缝；温度应力；开裂1前言随着公路建设的发展，尤其是高等级公路建设的发展，半刚性基层沥青路面得到了越来越广泛的应用。据统计，我国有95%的沥青路面均为半刚性基层沥青路面。半刚性路面是以无机结合料稳定材料作为路面结构层，与采用粒料类材料作为路面结构层的柔性沥青路面相比，具有强度高、承载力高、整体性好、刚度大的优点，但半刚性路面也有其自身的不足，由于无机结合料稳定材料抗温、抗湿变形能力较差，易形成干缩裂缝及温缩裂缝，进而使路面产生开裂损坏。尤其在施工期间，半刚性材料由于受温度的影响较大，施工控制不利则易开裂。道路建成投入使用后，在荷载和非荷载的共同作用下，裂缝发展速度较快，直接影响了道路的使用性能和美观。同时，由于养护期的缩短，直接经济效益受到较大损失。2沥青路面开裂机理2.1低温收缩裂缝低温收缩裂缝多发生在冬季气温较低及易发牛.温度骤降的地IX。位于路 面面层的沥青结构层直接受到气温变化的影响，在降温过程中，常常伴随大风,使与空气直接接触的沥青面层的温度降至气温以下，沥青表面将产生温度收缩应力，一旦沥青路面的温度收缩应力大于沥青材料的抗拉强度，就会导致路面开裂。路面开裂以后，若温度继续下降，路面便冇了自由收缩的可能，此吋裂缝宽度和深度将会不断增加，开裂越来越严重。2.2温度疲劳裂缝产生低温裂缝的沥青混凝土面层，日复一日的昼夜循环以及冬夏季节的年温度循环使沥青面层受热胀冷缩的影响，一时裂缝弥合，一吋裂缝张开，经过长吋间的温度循环，冷热交替，导致温度位力疲劳，使混合料的极限拉伸应变变小，应力松弛性能下降，加之沥青的逐渐老化，使沥青劲度增高，应力松弛性能降低，致使沥青面层产生疲劳开裂，由于此种裂缝开裂包括了温度应力疲劳的因素，而将其称为“温度疲劳裂缝”。温度疲劳裂缝可能发生在冬季最低气温并不太低，但是昼夜温差较人的地区，而II裂缝随着裂缝的增加而不断增加。温度疲劳裂缝的开裂形式为横向裂缝。2.3荷载裂缝所谓荷载裂缝是指路面在行车荷载特别是重车，超重车的反复作用下,使沥青面层底面产生的拉应力超过材料的抗拉强度，而从底面先开裂的裂缝，又由于重复荷载的作用，使裂缝进而扩展，最终向上扩展到路表面层。荷载型裂缝在路面使用年限末期，随着沥青面层的老化，劲度模量的降低，这吋在行车荷载的反复作用下，路面不但易产生裂缝，而且会产生龟裂。沥青面层自身产生裂缝的原因是多种多样而又复杂的，尽管我们分别讨论各种裂缝的产生原因，但在路面实际使用过程中的裂缝是由上述诸因素综合作用产生的。当面层表面降温梯度大时，产生的温差应力也大，而且沥青面层表面受到气候降温的循环作用，材料容易老化，抗拉能力降低，再加上交通荷载的反复作用，沥青层表面经受着“拉一压一拉”的疲劳过程，材料性能进一步恶化。 在上述因素的综合作用下，整个沥青面层容易产生裂缝，产生裂缝后也会继续扩展，最终贯通。3施工期沥青面层开裂原因分析3.1沥青面层的温缩裂缝温度裂缝与半刚性基层无关，裂缝从沥青面层开始形成，向纵深发展，形成机理如下：在寒冷和较寒冷地区，一旦气温大幅度下降，在沥青面层中沿纵深方向产生温度梯度，常常伴随的大风使与大气直接接触的沥青面层的温度降至气温以下。据山西气象资料表明：土壤的最低温度比该天的最低气温要低1〜7°C。而H，沥青面层表面温度变化率最人，随深度而逐渐降低。因此，在人风降温过程中，沥青面层表面产生的温度收缩应力最大。一旦这个应力超过沥青面层中某一薄弱面（或点）混合料的抗拉强度，沥青面层的表面首先要开裂。另外在南方地区，夏季由于骤降暴雨，使沥青面层温度在短吋间内降低30°C左石，使沥青面层产生较大的温度收缩应力，这种温度应力的反复作用可使沥青面层表面产生温度疲劳裂缝。沥青面层的表面一旦开裂，当再一次降温会使在裂缝的尖端产生大的应力集中，使裂缝向下延伸穿透整个沥青面层。由光弹试验分析得到沥青面层表面，已有裂缝吋应力集中情况如图1所示。图1沥青面层表面已有裂缝时应力集中（降温30"C）由于沥青面层表面温度与底面温度的差别以及面层底面与基层面的粘结作用（后者使面层底部的收缩受到更多的约束），裂缝常是上宽下窄，其开裂过程如图2所示。由于裂缝已到基层的表面，下一次的降温过程，裂缝的再一次扩展将给基层产生附加应力σl,加上基层本身的收缩应力，则奋可能把基层拉裂，开裂过程如图3所示，裂缝的特征是上宽下窄。图3半刚性路面的开裂进程之二 3.2反射裂缝和对应裂缝所谓的反射裂缝是指下层裂缝引起裂缝上方面层底面先开裂，并逐渐向上穿透直到表面。3.2.1半刚性基层的温缩开裂引起反射裂缝这种情况常发生在冰冻地区，基层材料温缩性大，且只铺设较薄沥青层。研宄表明，若铺设较厚的沥青面层时，在降温过程中基层的裂缝引起沥青面层底部的应力并不大，如图4所示。然而当沥青面层较薄吋，应力分布情况如图5所示。可见当铺设薄沥青面层吋，基层的温缩性较大，导致基层先于面层开裂,这将在沥青面层底部产生较大应力，产生反射裂缝。图4厚沥青面层内下层裂缝上方的温度应力分布图（降温30°C）图5薄沥青面层内下层裂缝上方的温度应力分布图（降温30°C）3.2.2半刚性基层干缩幵裂引起反射裂缝和对应裂缝新铺半刚性基层，随着混合料中水份的减少产生干缩和干缩应力。干缩应力在施工后的头几天内即已达到最大值，随后逐渐降低，若采用沥青封层养生，则干缩应力可减少85%,且达到最大应力的吋间可延长500h。表面收缩拉应力随吋间的变化规律如图6所示。由于干缩裂缝是在施工后几天内逐渐增至最大值，若及吋铺设较厚沥青面层，减少基层暴露或暴晒时间，使得基层未产生干缩裂缝，即沥青面层起着隔温养生的作用，则基层不会产生干缩裂缝和反射裂缝；反之，若基层一旦产生干缩裂缝，则对较厚的沥青面层而言，由于表面的温度应力影响，基层的干缩裂缝会促使面层先开裂，然后逐渐向下传播形成对应裂缝，如图7所示。4结束语 半刚性基层沥青路面在车辆荷载和自然因素的作用下，尽管开裂现象非常普遍，但是只要我们认真分析裂缝的形成机理和产生裂缝的原因，提高路基稳定性及其强度，合理确定路面结构及其厚度，严格控制施工工艺、合理安排施工吋间、加强养护维修等措施对裂缝进行防治，就能够避免或减少裂缝的产生，并使路面具有足够的强度、刚度、稳定性、耐久性和表面舒适性，从而提高投资效益，延长路面的使用寿命。参考文献：[1】刘镜平.对道路半刚性基层的分析探讨[■)].建材与装饰(下旬刊).2007(07)[2】颜昌万，谭渊，熊巍，雷宗建.半刚性基层裂缝成因分析及防治方法[』].四川建材.2013(02)[3】张巧玲，彭淑华，孙旭光.半刚性基层沥青路面施工期开裂分析U].青岛建筑工程学院学报.2005(04)[4】袁国柱，郭阳，宋民崇.半刚性基层沥青路面裂缝调查和研宄[儿城市道桥与防洪.2016(04)'