反射裂縫問題

近年來，各地經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，公路上交通量和汽車載重量劇增，對路面結(jié)構(gòu)的損壞日漸加重，越來越多的舊水泥混凝土路面面臨修復(fù)工作。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修復(fù)比較困難，而加鋪瀝青混凝土罩面層不僅簡單方便，而且能有效地改善舊水泥混凝土路面的使用性能，延長其使用壽命。但由于舊水泥混凝土路面上存在接縫和裂縫等損壞現(xiàn)象，瀝青罩面后的復(fù)合結(jié)構(gòu)往往在使用的短時(shí)期內(nèi)，罩面層在對應(yīng)于舊水泥混凝土板接、裂縫的位置上出現(xiàn)裂縫，即反射裂縫。反射裂縫本身對罩面層使用性能的影響不大，但環(huán)境因素（雨水、氧化等）的負(fù)效應(yīng)，常常使得裂縫迅速向四周擴(kuò)展，縮短罩面層壽命。反射裂縫是舊水泥混凝土加罩面瀝青層所面臨的一大難題。國外早在30年代就開始嘗試應(yīng)用瀝青罩面層改善舊混凝土路面的使用性能，并對反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展過程進(jìn)行調(diào)查研究。因反射裂縫問題本身十分復(fù)雜，影響因素眾多，因此關(guān)于反射裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)理至今仍沒有明確一致的結(jié)論。然而，對反射裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)理認(rèn)識的程度直接關(guān)系到防治反射裂縫措施的選擇，并最終影響到罩面層的使用壽命

[2] 影響因素

除了溫度、行車荷載等外界因素外，路面結(jié)構(gòu)本身特性對反射裂縫的產(chǎn)生也有一定的影響，它包括：①舊路面與罩面層之間的層間粘結(jié)性能；②舊路面狀況性能參數(shù)（如舊路面板厚度、長度、接裂縫寬度、損壞狀況、接裂縫的傳荷能力等）；③罩面層結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料性能。同濟(jì)大學(xué)的于寶明對影響反射裂縫產(chǎn)生的各因素進(jìn)行了三維有限元分析，結(jié)果顯示，影響溫度型反射裂縫的主要因素是舊路面與罩面層間的粘結(jié)狀況、罩面層厚度、舊路面板的長度、縫寬以及水泥混凝土的線收縮系數(shù)。瀝青混凝土與水泥混凝土的模量對罩面層中溫度型反射裂縫的形成也有一定的影響，舊路面板的厚度、基層模量及其線收縮系數(shù)等其他因素的影響是完全可以忽略的。

對于彎拉型反射裂縫，在正中荷載作用下，對罩面層中的應(yīng)力分析結(jié)果表明：正中荷載應(yīng)力隨層間界面模量的減小而增大，隨罩面層厚度的增加而減小，其他因素的影響是較小的。

影響剪切型反射裂縫最zhu yao的因素有：舊路面與罩面層間的粘結(jié)性能、罩面層的勁度模量、罩面層的厚度、舊路面板接裂縫的寬度、舊路面板的厚度以及基層模量。舊路面板的剛度對剪切型反射裂縫的產(chǎn)生也有一定的影響，舊路面板的長度等因素的影響是完全可以忽略的

裝配式

在工廠中制成混凝土預(yù)制板，運(yùn)至工地現(xiàn)場鋪裝而成的路面。裝配式混凝土板一般做成邊長1～2米的正方形或矩形,也可做成邊長1.2米的六角形，板厚12～18厘米；還可做成寬3.5米、長3～6米的大型板，但需有相應(yīng)的運(yùn)輸和吊裝機(jī)具來配合。板的邊緣和角隅可配置鋼筋，也可在全板面配設(shè)鋼筋網(wǎng)。為提高混凝土的質(zhì)量，可采用預(yù)應(yīng)力、真空吸水、機(jī)械振搗和蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝。裝配式混凝土路面板可以全年生產(chǎn)，不受氣候影響，質(zhì)量容易保證；而且鋪裝進(jìn)度快，鋪完即可通車，損壞后易于拆換修理。因此，較適用于停車站場及港口碼頭處，但其接縫多，整體性差，故在公路和城市道路干線上很少采用。

土基基層

土基與基層的穩(wěn)定與堅(jiān)固對混凝土路面的經(jīng)久耐用有極大關(guān)系。60年代以來，都強(qiáng)調(diào)要用水泥、石灰或?yàn)r青穩(wěn)定土或粒料、工業(yè)廢渣、瀝青混合料或貧混凝土作混凝土路面的基層，厚約15～20厘米，寬度較混凝土板每側(cè)寬出25～35厘米以上。土基上層60厘米深度內(nèi)的壓實(shí)度要達(dá)到最加密實(shí)度的98%以上。在冰凍地區(qū)，還要在基層之下，另設(shè)30～80厘米厚的砂礫或爐渣防凍層。在基層與混凝土面板之間，可鋪設(shè)1～2厘米厚的瀝青砂或塑料薄膜；如基層表面平整，亦可將混凝土直接灌筑于基層上。

材料要求

用作水泥混凝土面層的材料包括普通混凝土，鋼筋混凝土，連續(xù)配筋混凝土，鋼纖維混凝土、碾壓混凝土等。

制備路面用混凝土，要采用軟練425或525號普通硅酸鹽水泥、中砂或粗砂和Ⅰ、Ⅱ級碎（礫）石。混凝土28天極限抗壓強(qiáng)度不低于30～40兆帕，極限抗彎拉強(qiáng)度不低于4.5～5.5兆帕，每立方米混凝土的水泥用量為300～350公斤。對雙層式混凝土路面的下層材料，可適當(dāng)降低要求。為提高混凝土的使用性能，可摻入少量早強(qiáng)劑、加氣劑、增塑劑、減水劑或聚合物等外加劑（見混凝土外加劑）。

在接縫上部所澆灌的填縫料，常用瀝青、礦粉、石棉屑、軟木屑或橡膠粉,按適當(dāng)配比制成的瀝青膠泥（也稱瀝青瑪脂）。亦有采用氯丁橡膠空心帶、塑料嵌條或聚路以西膠泥等作填縫料，效果較好。

路面施工

混凝土路面施工的一般工序是：①安裝邊模、接縫嵌條、傳力桿和鋼筋網(wǎng)等；②拌和混凝土混合料并運(yùn)至工地；③攤鋪與振搗混凝土混合料；④整平混凝土表面并刷毛或刻防劃滑小槽；⑤養(yǎng)生與填縫。此外,還有試用真空吸水、振動碾壓等工藝于混凝土路面施工中。

在早年，混凝土路面的施工使用鋼制軌模，它一方面作為邊模，一方面又可供具有鋼輪的混凝土拌和機(jī)、運(yùn)料車、攤鋪機(jī)和振搗機(jī)等行駛操作。20世紀(jì)40年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家混凝土路面施工已全盤機(jī)械化，從基礎(chǔ)整興、軌模安裝與拆卸、混凝土拌和、攤鋪、搗實(shí)與整面,直到切縫、填縫與養(yǎng)生等工序，都使用專門機(jī)械,進(jìn)行流水作業(yè)。

1960年出現(xiàn)了滑模式水泥混凝土路面鋪筑機(jī)（見水泥混凝土路面鋪筑機(jī)械），機(jī)尾兩側(cè)裝有模板隨機(jī)前進(jìn)，攤鋪、振搗、整面與刻槽等作業(yè)順序完成，成型的路面即在機(jī)后延伸出來。此外，還有一種混凝土路面聯(lián)合鋪筑機(jī)，它行駛一次即能使路基成型，并攤鋪、壓實(shí)基層，再于其上鋪筑混凝土板。

4、裂縫

瀝青路面開裂的主要原因可分為兩大類：一種是由于行車荷載的作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫，一般稱之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱之為非荷載型裂縫。

非荷載型裂縫：

橫向收縮裂縫 位于路面面層的瀝青混合料結(jié)構(gòu)層，直接受到氣溫變化的影響，待溫度應(yīng)力積累到超過瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，路面就將出現(xiàn)裂縫，以便將應(yīng)力釋放出去。另外，接近表面的瀝青比內(nèi)部瀝青更易老化。瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變小，應(yīng)力松馳性變差，也是容易產(chǎn)生裂縫的一個(gè)重要因素。瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮。由于瀝青路面寬度有限，收縮受路面結(jié)構(gòu)的相互約束小，所以低溫裂縫主要是橫向的。 

溫度疲勞裂縫 產(chǎn)生低溫裂縫的是瀝青混凝土層，這種裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區(qū)。由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變（或勁度模量）變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度贈膏，應(yīng)力松馳性能降低，最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。

反射裂縫 瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不至于產(chǎn)生過高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時(shí)，土基和路面基層由于受溫度變化，冬季冰凍產(chǎn)生的膨脹，導(dǎo)致路基和基層產(chǎn)生裂縫并反射到瀝青面層，瀝青混合料的應(yīng)力松弛趕不上溫度應(yīng)力的增長，同時(shí)勁度急劇增大，超過混合料的極限強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng)變，便會產(chǎn)生開裂。那就是由于水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定類的半剛性基層的收縮中，或者已經(jīng)開裂了的半剛性基層在裂縫部位的應(yīng)力集中與瀝青面層的低溫收縮、荷載作用產(chǎn)生的綜合作用，使溫度裂縫較多地產(chǎn)生。這些裂縫實(shí)際上是溫縮裂縫和半剛性基層收縮裂縫的反射裂縫的反射性裂縫的綜合裂縫。

（1）半剛性路面的反射裂縫和對應(yīng)裂縫：

冬季或在寒冷地區(qū)，在結(jié)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(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。

由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或?qū)?yīng)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(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由于溫度應(yīng)力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。

凍縮裂縫：

凍縮裂縫主要是路基凍脹及收縮產(chǎn)生的開裂。這種裂縫在路面與路肩交界處最常見。

影響瀝青混合料低溫抗裂性的因素 影響瀝青混合料低溫抗裂性的主要因素有：材料特性如瀝青的感溫性、敢時(shí)性、老化性能等，路面結(jié)構(gòu)幾何尺寸如面層的厚度等，氣溫等環(huán)境因素如溫差等。

荷載型裂縫：

（1）瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在車輪荷載作用下，大于半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，半剛性基層的底部就會很快開裂。在行車荷載的反復(fù)作用下，底部的裂縫會逐漸擴(kuò)展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開裂破壞。影響拉應(yīng)力主要因素有面層的厚度、基層本身的厚度、基層的回彈模量和下承層的回彈模量。選取不同的瀝青面層厚度和半剛性基層厚度，通過試驗(yàn)得出半剛性基層底部的拉應(yīng)力與半剛性材料回彈模量間的關(guān)系曲線。

在半剛性基層下采用半剛性材料做底基層，可使基層底面由行車荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這對半剛性基層承受行車荷載的反復(fù)作用是十分有利的。

裂縫產(chǎn)生因素有：1、瀝青和瀝青結(jié)合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開裂的罪豬妖原因。瀝青的品種和等級也是影響瀝青路面開裂的重要因素。在長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，選用高粘度、低稠度的瀝青，其溫度敏感性較低，能延遲溫度裂縫的產(chǎn)生。

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?；鶎由嫌型笇佑鸵约訌?qiáng)與面層的粘結(jié)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、氣候條件 ：

瀝青未達(dá)到適合本地區(qū)氣候條件和使用要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，低溫抗變形能力較差，致使瀝青面層在低溫下產(chǎn)生收縮開裂。地基處理不當(dāng)，路基碾壓不均勻，造成路基沉降不均勻。

3、交通量和車輛類型 

隨著交通運(yùn)輸?shù)母咚侔l(fā)展。原有的路面強(qiáng)度日趨不足，路面滿足不了交通量迅速增長和汽車載重明顯增大的需求，瀝青路面過早產(chǎn)生疲勞破壞，瀝青路面很快開裂。

4、原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，未充分考慮到各種不利因素，施工質(zhì)量不好，瀝青路面面層厚度不足，瀝青路面原材料的品質(zhì)不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，路面強(qiáng)度明顯不能滿足行車要求。在行車作用下，特別是超大噸位車輛的頻繁碾壓，瀝青路面很快開裂。

 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。