周黎

摘要：沥青路面裂缝是公路诸多病害中危害较为严重的一种顽症，也是路面早期损坏的一种通病。对此，文中综述了产生反射裂缝和温度裂缝的机理，提出综合治理的新思路，在设计、施工、选材和总结经验的基础上，介绍了一种适用的修补方法：现场再生修补法。

关键词：沥青；路面；裂缝；机理；防治

我国沥青路面的常见病害多而复杂，但经过长期的实践、探索和研究等多方努力，随着施工技术和机械化程度的提高，许多病害正在逐年减少，开裂导致路面迅速损坏的现象虽有改善，但沥青路面裂缝这一病害至今未能根除。

1沥青路面发生裂缝的原因

普遍认为裂缝的产生是自基层裂缝向上扩展的结果，称之为反射裂缝，但有的专家提出裂缝通常是从沥青路面外露表面开始，向下扩展与基层裂缝相接，向外延伸形成纵、横、网裂的。

一般认为，旧水泥混凝土路面上沥青罩面层的反射裂缝是由于旧水泥面板的移动所造成的，而这种移动又主要来源于温度的变化、行驶车辆及两者的综合作用。

此外，铺筑的土路基不密实，软土处理不当，基导层产生不均匀沉降，形成路面开裂；桥梁、涵洞等构造物连接处，因基层结构性质变化或施工不当造成路面开裂；地震、水毁等天灾也时常造成断裂。这类裂缝的防治是以提高施工质量，研究改进局部处理及加强抗灾措施加以解决。

2沥青路面裂缝的机理

2.1反射裂缝的机理

大量研究表明，反射裂缝产生的基本机理是受拉疲劳、受拉屈服与剪切屈服，在它们的联合或单独作用下导致产生反射裂缝。

天长日久的温度变化引起基层的涨缩，使面层承受拉裂作用引起受拉疲劳，产生裂缝并导致裂缝沿竖向扩展到路表。扩展速率是由基层温度变化的幅度、基层板的长度、基层材料的温度特性以及面层对这种疲劳的抵抗性能等因素决定的，这种疲劳作用面层较薄或基层板块较长的路面上尤其明显。

在面层上，由于沥青混合料导热性能差，其上、中、下层的温度变化幅度不同，加之寒冷的气候及表层与基层的收缩、翘曲联合作用，造成温度变化大的表层产生大的拉应变超过所用材料的极限屈服应变，在拉力作用下产生裂缝，逐渐向下扩展，形成“上宽，下窄”的裂缝，称为受拉屈服。

基层由于开裂而形成板块，当车辆通过时，相邻板块端部之间的竖向位移差，在面层中引起面层的剪切疲劳导致开裂，在相邻基层板块的嵌锁联结作用完全破坏后，这种剪切疲劳便是裂缝产生的原因。

反射裂缝的扩展速度受半刚性基层板长、基层裂缝率的影响，较小的板长和增加裂缝率将降低面层屈服破坏。沥青混合料中的沥青含量、沥青等级、矿料级配、空隙率以及铺筑的面层厚度都对受拉疲劳寿命有影响。

路面结构在外载作用下，应力状况比较复杂，有关研究表明：提高半刚性基层材料的断韧性，可预防裂缝的产生。采用低模量高变形材料的应力吸收薄膜，可有效地防止产生反射裂缝。

2.2温度裂缝的机理

调查研究表明，许多沥青路面在建成后正式通车前就产生裂缝，不管这些裂缝是哪一类，它们都是由温度变化所引起的温度裂缝，不仅与当地的环境气候条件有关，而且还与路面材料特性和路面结构的组合设计密切相关。当外界温度下降，路面材料逐渐变硬，并开始收缩，收缩产生的拉应力超过路面材料的抗拉强度时，沥青路面就开裂。由于路面结构宽度有限，收缩受路面结构的相互约束小，所以温度收缩裂缝主要是横向的。

较薄的沥青路面，基层受到较大的温差作用，基层对沥青面层的阻力矩也较大，部分地抵消了裂缝尖端邻近的拉应力，从而使裂缝的应力强度减小，随着基层温缩系数的增大，基层及面层底部的拉应力逐渐增大，于是在一定条件下，在沥青面层底部裂缝的相对位置处开裂，并向上扩展直至贯通面层厚度，当基层已经开裂，尖端的应力集中将加剧上述裂缝的扩展。

当沥青层较厚时，基层受到的温差作用较小，基层对面层的摩阻力，不足以抵消由于基层温缩增大对沥青面层裂缝尖端邻近产生的拉应力的增大部分，从而使裂缝尖端的应力强度继续增加。

利用有关理论研究成果，经计算表明：①在我国东北、华北和西北地区，日温差达15℃~20℃，路表沿路线方向的最大拉应力为2~3MPa以上。②在我国南方地区，虽在高温情况下路面开裂较少，但其日温差也可达30~40℃，路面结构所产生的最大拉应力亦可高达1.5MPa。且就路面材料的疲劳寿命而言，作用时间越长，即频率越低，则寿命越短。当温度高时，其寿命也短，即在高温情况下，温度疲劳对材料的疲劳寿命的影响较之低温更为严重。

温度应力分析结果指出，在半刚性基层沥青路面中，温度应力是导致路面开裂的主要因素。开裂是从路表面往下进展，裂缝呈上宽、下窄形式，不仅易在冬季产生，夏季日温差较大也会导致路面结构开裂。合理选择面层与基层材料，使基层材料的温缩系数α在容许的范围内尽量小于面层材料的温缩系数α1，则在温差作用下，基层沿路线方向处于受压状态，半刚性基层通常不会因温缩而引起开裂。

3沥青路面裂缝的预防——修筑防裂路面

沥青路面裂缝产生的原因是由多种因素造成的，它的防治自然就成为一个综合治理的问题。因此，需要对沥青路面裂缝进行综合性防治，修筑防裂路面，进行裂缝病害的预防，在设计施工、选用材料中，充分考虑防裂问题，对根除沥青面裂缝的发生有着重要意义。

3.1防裂路面的设计

3.1.1面层防裂厚度的确定

由机理分析可知，反射裂缝明显地受沥青面层厚度的影响，厚度超过150mm的面层可以有效地防止受拉疲劳产生的裂缝，还可以降低车辆荷载引起的剪应力。国外资料介绍，在贫混凝土上铺筑10cm的沥青面层时，在形成反射裂缝前可累计通过标准轴载（8.2t）10×10次，如沥青面层加厚到15cm，则可通过20×10次，如沥青面层加厚到l7.5cm，则可放心使用。加铺层厚为5cm时，使用4年后裂缝全部反射，厚10cm时有95%反射，厚15cm时只有24%的裂缝反射，但过分地增大沥青面层的厚度，会在经济上造成浪费。

3.1.2防裂对沥青混凝土配合比的要求

对受拉疲劳开裂的研究表明，沥青用量从4.2%增加到6.2%，可以使以25m板长为基层的密级配沥青碎石路面的疲劳寿命由10年提高到45年。

空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响，这是由于疲劳裂缝是通过空隙的结合而扩展的，良好的压实不仅可以推迟裂缝的扩展，而且还可以减轻沥青在路面使用期限内硬化。当空隙率从11%降至3%时，针入度为100的密级沥青碎石路面的抗疲劳寿命会增加4倍。开级配沥青混合料具有较高的空隙率，因而其抗拉能力比较低。用这种材料进行试验表明，其疲劳寿命比密级配混合料要缩短2.5倍。

3.1.3设计应力吸收层

由机理分析得知，采用应力吸收薄膜，对减缓反射裂缝的产生与扩展，有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少（有人研究认为可减少到15%），可明显减弱开裂尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，而吸收薄膜的弹性模量越低，防裂效果越好。可见应力吸收薄膜应选取低模量、高韧性、大变形率的材料为最好。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹模都较低，变形率更大，且不存在低温脆化问题，效果更佳。

3.1.4面层采用碎石玛蹄脂沥青混合料（SMA）

碎石玛蹄沥青混合料，是一种间断级配混合料，4.75mm以上粗集料占70%~75%，矿料骨架空隙率（VMA）达l7%-19%（0/ll）×7.2%（0/5）（内比）以上，矿粉通常为8%~13%，形成沥青玛蹄脂膏状物充填空隙，过量的沥青用加入纤维来吸收和稳定，一般为0.5%~1.5%。国内室内研究和试验路观测结果，也证明SMA具有较好的高温稳定和低温抗裂缝性能，路面不易产生车辙和裂缝，使用寿命比普通沥青混凝土路面长1倍，能用于铺筑更薄的路面，因此十分经济。

3.2改性沥青的应用

沥青品质的优劣是裂缝产生的关键，实践证明，防裂采用的优质沥青，针入度一般为100~400，其组分（沥青质、油分、胶质蜡）适宜，符合环境的要求，表现出高粘结力和抗氧化、老化的能力强。因此，改性沥青的研究和推广应用更具现实意义。

3.2.1沥青改性剂的种类

目前，经常用到的改性剂的种类有：SBR（橡胶类）；PE（塑料类）；SBS（聚合物）；EVA（共聚物）；金属皂；聚苯乙烯；SBA（加硫）；CB（碳黑）；GL（复合型乳化剂）及抗剥离剂（消石灰AST）。

3.2.2常见的改性沥青及其特点

一般来说，橡胶沥青的应用较多，其路用性能较为理想，在利用形式上，有的用在表层细料式泥凝土中，或在面层的中上层，多数使用拌和法来进行公路表面维修；采用单层表处时每平方米洒布量为3.5kg。其中最早的废胶粉改性是用在渣油中，掺胶粉量为15%~25%。可提高软化点4~5℃，试验较多的是氯丁橡胶，应用最多的为丁苯橡胶，是以母体或胶乳方式，而胶乳现场拌和，工艺简单，成本尚能接受，一般掺量为2%~3%。

4复合式路面的防裂

复合式路面是用沥青混凝土铺筑在旧水泥路面上。反射裂缝的防治亦如前所叙，采取的技术措施还有：

4.1铺筑20cm全厚式沥青混凝土。

4.2在水泥混凝土和沥青混凝土之间，铺筑应力吸收膜中间层。

4.3采用裂缝固定技术处理后，再铺筑三层体系的防裂沥青混凝土面层。

4.4在原水泥混凝土路面加铺一层3cm厚的钢纤维混凝土，再铺沥青路面。

5沥青路面裂缝的维修

沥青路面裂缝产生后，应及时进行维修，控制裂缝的进一步发展，以防止路面在早期破坏。选用适宜、经济可行维修方法，严格工艺操作是维修裂缝的关键。

5.1常用的维修方法

5.1.1灌油修补法

在深秋冬末季节，将纵横裂缝清扫干净，直接用油壶灌入加热的沥青油，是一种使用多年的方法。但常出现浇灌的沥青油凉后进入不到缝纹深处，与冷的旧油面粘结前就轻易被车轮带走。

5.1.2乳化沥青稀浆封层

用50%石屑、30%粗砂、20%细砂混合成符合级配要求的骨料，按油石比8%~12%掺入乳化沥青，2%普通水泥作填充料，形成稀浆，由专用的封层机铺在旧油路上，厚度为0.5~1.0cm。铺筑过程中，乳化沥青将渗入裂缝中，待其破乳水分蒸发，达到修补裂缝的目的，还可使路面平整。

5.1.3沥青混合料罩面法

这是一种根据路面裂缝严重情况，结合路段使用间隔年限，交通量较大，才选用的一种方法。常用标准的中粒式、细粒式沥青混凝土做罩面材料，一般厚度在1.5~4.0cm。摊铺前原路喷洒粘层沥青。目前已开始应用土工布、土工格栅和喷洒橡胶沥青做为应力吸收层，以提高防裂效果。

5.2现场再生维修法

封层、罩面法虽可利用机械化施工，但对开裂处的沥青混合料末能触动，性能得不到改观，加之覆盖的厚度有限，裂缝在封层、罩面后常会在表层复出对此，我们把沥青路面再生利用的原理，应用于缝的维修上来，即现场再生维修法。

5.2.1裂缝处的再生

沥青路面再生利用技术，目前已普遍应用。就现场再生利用来讲，首先是用再生系列设备，将旧油面加热至混凝土融化松散，加入再生剂、一定数量的沥青和骨料，就地拌和成新的沥青混合料，经摊铺碾压成性能较好的路面。裂缝的再生维修是先用已研制成的轻便型路面加热器，在裂缝处宽5-10cm范围内，加热数分钟后，约1m长的裂缝处混凝土便可变软，缝深则加热时间长，此时，用油壶倒入适量热沥青，掺入少量砂子或石屑，人工就地热拌，使裂缝处自上到下左右两边形成含油量较大的新混合料，找平撒砂养护。这样处理过后的裂缝含油量大而且柔软，可吸收各种因素引起的应力，试验证明，这种方法可消除裂缝，人工操作，无需大型设备，是代替传统灌油缝的好方法。

5.2.2大面积裂缝油面的再生

对于裂缝多的路段，用加热车对旧油面实施两次加热，使表面裂缝深处全部融化变软，喷洒一定数量的再生剂和稀沥青与掺入的适量骨料实施就地拌和或用再生机或用铣刨机或用人工，然后再进行碾压成型。有的是将松散裂缝的旧油面，趁夏季高温刨出，堆成小堆或加热融化或人工破碎或利用溶化剂粉碎，重新加沥青、骨料拌和后，就近摊铺碾压，由于改变了裂缝处的沥青混凝土性能，从而达到消除裂缝的目的。

6结语

沥青路面裂缝采取综合防治，是消除这一病害的有效途径，设计防裂厚度、防裂混合料配比和增设应力吸收层以及应用改性沥青，以消除裂缝的产生。

裂缝一旦出现应及早治理以防发展，维修的方法有灌油法、封层罩面法及现场再生法，而以现场再生维修效果为佳。

参考文献

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[2] 严·桂赛克.柔性沥青路面的施工、养护和改造[J].中国公路学报,1991.