防反射裂缝措施在旧水泥砼路面沥青加铺层中的应用

祝潇

摘要：公路作为一项基础设施在社会生活中具有重要的作用，为了改善路面状况、提高路面承载能力、延长公路的服务时间，需要在旧水泥砼路面加铺沥青层，但是由于环境因素及物质作用使得路面形成反射裂缝。文章对防反射裂缝措施在旧水泥砼路面沥青加铺层中的应用进行了探讨。

关键词：反射裂缝；旧水泥路面；沥青加铺层；防反射裂缝措施；公路建设 文献标识码：A

中图分类号：U416 文章编号：1009-2374（2016）23-0098-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.23.047

水泥砼路面是指以混凝土为主要材料做成的路面。该路面具有较大的刚度、较强的扩散荷载能力、较好的稳定性及较长的使用寿命等特性。正是由于水泥砼路面的这些特性，目前我国绝大部分地区采用的都是水泥砼路面。随着经济的不断发展，我国陆路运输业也逐渐发展起来。大幅度增加的运输量和汽车载重量，使得过去修建的水泥砼路面遭到了严重的破坏，导致其性能下降，为道路行驶安全埋下了隐患，因此旧水泥砼道路的修补已经成为道路建设的重要问题之一。在水泥砼道路的修补措施中，加铺沥青层是主要措施之一。但是在旧的水泥砼路面的接缝、缝隙处加铺沥青层时，其上部的找面层会在短时间内出现对应裂缝，所以反射裂缝问题是旧水泥砼路面沥青加铺层中最关键的问题。

1 反射裂缝的产生及扩展分析

反射裂缝是指，为修补路面，在旧水泥砼路面上加铺一层沥青时，当水泥砼路面层位移产生的拉力超过沥青层的抗拉度时，沥青层所产生的裂缝。

1.1 原因分析

使水泥砼路面层发生位移的原因主要包括两个方面，一般来讲，水泥砼路面可以同时受两种因素的影响，所以反射裂缝产生的原因既有可能是其中之一，又有可能是二者共同作用的结果。

1.1.1 外界环境温度变化所引起的旧路面层水平伸缩。但在我国南方地区，气温较高，温差较小，降温速度比较缓慢。在这种环境下，沥青路面不可能因为一次降温而裂开。但是气温变化是呈周期性的，可能会出现在一天内升温、降温交替进行的过程，使得温度应力的拉压反复进行，就有可能导致沥青层因温度疲劳而开裂。但是在北方地区，特别是寒冷地区，产生低温收缩的可能性要比南方地区大得多，因此温度造成的反射裂缝现象更易出现。

1.1.2 车辆在经过路面接缝时会对加铺的沥青层产生连续的弯拉、剪切作用。当车辆行驶至接缝定面时，加铺层主要承受的是弯拉应力；当车行驶至接缝或者裂缝一侧时，板端会出现竖向位移差。

1.2 反射裂缝的扩展分析

按照断裂力学的观点，沥青加铺层反射裂缝的扩展过程可以分为三个阶段：第一阶段是起裂阶段。是指由路面接缝或裂缝引起的；第二阶段是稳定扩展阶段。是指由外界环境温度和重力作用引起的整个加铺层的裂缝；第三阶段是破裂阶段。是指经过一段时间的运营后开始出现的裂缝。按照受力、位移特点可抽象为三种基本类型（如图1所示）：张开型（a）、滑开型（b）和撕开型（c）。

2 反射裂缝带的危害

沥青铺加层出现裂缝是道路状况恶化的表现之一，其会影响公路的性能和耐用性。其产生的危害主要包括以下四点：

2.1 降低路面防水性

路面出现的裂缝，为路面表层的水深入公路内部提供了途径，缩短了路面内部结构的使用年限。

2.2 对路基造成不平衡的压力

由于裂缝的出现，导致了路面不连续，当车辆行驶至断裂尖端时，会在断裂处形成大于路基顶面的过大压力。

2.3 导致路面应力增加和变形

由于行车荷载的作用，会使路面结构边缘出现变形，从而缩短路面内部结构的使用寿命。

2.4 磨耗层剥裂

在荷载、温度、湿度等因素的共同作用下，会导致磨耗层逐渐沿着裂缝沿着骨裂或者出现小块沥青脱落的状况。

3 防反射裂缝措施分析

目前，应用于实际工程的防反射裂缝措施除了常用的增加沥青加铺层的厚度，提高沥青质量和抗裂性能外，还采用了增加夹层和缓解层，吸收和消散裂缝尖端应力。本文主要从五个方面来分析防反射裂缝措施：

3.1 增加沥青铺加层厚度

增加沥青铺加层的厚度，可以通过增强路面结构的弯曲刚度来减少接缝或裂缝两侧由于重力作引起的反射裂缝。根据美国地沥青协会的研究结果发现：每加厚1cm的沥青加铺层可以降低旧水泥砼路面2%的弯沉。同时由于沥青铺加层的加厚，也会使得水泥砼路面的温度变化减少，从而降低由温度变化所引起的应拉力。增加沥青层的厚度在一定程度上可以防止和减缓反射裂缝的产生，但是这一措施也会产生明显的缺点，例如路面超高、费用增大，此外在夏天高温天气沥青路面容易产生车辙，所以综合来看这一方法具有很大的局限性。

3.2 设置土工合成材料夹层

土工合成材料是指以人工合成的聚合物为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或者各种土体之间，常见的有土工布、土工格、土工网等。土工合成材料夹层一般置于沥青铺加层和旧水泥砼路面表层之间。土工合成材料具有较强的变形能力，在水平上可承受较大的拉应力，但是在垂直方向上的抗弯沉和抗剪切力较低。土工合成材料在防止反射裂缝的作用主要表现在：第一，隔断作用。使得沥青加铺层与旧水泥砼路面隔离开来，通过降低水泥砼路面接缝、裂缝的末端应拉力来减缓裂缝反应到沥青路面的速度；第二，提高抗拉度。由于土工合成材料夹层具有一定的强度，可以承受一定的裂缝拉应力，这样就间接地增强了铺加的沥青层的抗拉强度，缓解裂缝张开变形状况的出现；第三，增强传递荷载的能力。将土工合成材料铺于接缝上，可以使得当接缝一层承受荷载时，能够将这一端的荷载传递至另一侧，分散接缝处的承受荷载，从而减少弯沉差，降低荷载对裂缝产生剪应力。但是，由于土工合成材料的模量低、厚度薄，所以借助该材料来减少由于车辆荷载造成的外力作用不明显，其于防反射裂缝的作用还是主要体现在减少由于温度差异产生的反射裂缝上。

3.3 加设应力吸收夹层

通过在旧水泥砼和加铺的沥青层之间设置中间层来防止出现反射性裂缝，例如橡胶沥青层、改性沥青防水毡层、柔软沥青混凝土层等。此类夹层一般对于上下层都具有较好的粘黏性，由于其具有较强的抗变形能力，所以当面对上层传来的应力时，可以形成一个缓冲层。通过比较可以看出，设置夹层和使用土木合成材料的机理是大致类似的。但是不一样的是，由于夹层具有防渗水性，即使加铺层出现断裂，只要夹层没有断裂，就能防止水分的进一步渗。此外，从抗撕开型反射裂缝角度来讲，应力吸收夹层要优于土工合成材料。

3.4 铺设裂缝缓解层

目前采用的缓解层种类主要是大粒径沥青混合料裂缝缓解层。大粒径沥青混合料裂缝缓解层之所以能够有效缓解水泥砼路面沥青加铺层的反射裂缝的原因主要在于：首先，大粒径沥青混合料裂缝缓解层的大粒矿粒多、空隙大，沥青含量少的特性在一定程度上可以阻断裂缝尖端的扩展路径，削弱拉应力的同时也可以消散和吸收由于上文（1.1）所造成的应力。此外，大粒径沥青混合料裂缝缓解层有较强的变形能力，可以充分利用接缝处产生的应变能力，减少接缝处的应力作用，从而减缓反射裂缝向加铺沥青层的扩展速度；其次，一般来讲，造成反射性裂缝的主要原因是外界环境温度变化引起的。由于大粒径沥青混合料裂缝缓解层的厚度一般为8～12cm，一定厚度的缓解层可以改善旧水泥砼路面的温度，减少了温度变化对于加铺层的影响；最后，从力学上来讲，大粒径沥青混合料裂缝缓解层可以增强路面结构的强度，从而减少加铺层表面的荷载力和接缝处两侧弯沉程度，有效地防止反射裂缝的产生与扩展。美国沥青协会建议采用AM-75、AM-63、AM-50特粗粒径作为大粒径沥青混合料裂缝缓解层的原料。2002年济枣西线实验路段采用AM-40特粗粒径铺筑，其级配范围见表1。在这里要强调的是，在试验段的铺筑过程中，应该有监理工程师和施工单位共同参加。

表1

3.5 铺筑级配碎石过渡层

此方法在加拿大、南非、我国的沪宁高速公路部分试验段均已得到应用，结果证明此方法在防止反射裂缝方面效果良好级配碎石的散粒结构不仅能够中断拉应力的传递，而且能够降低气温对于路面的影响，从而使温度变化引起的张开型裂缝和由重力引起的撕开型裂缝减缓扩展。

4 结语

如何有效地修复旧水泥砼路面，目前尚没有有效的评价机制可供参考。但是从当前国内外的经验来看，在水泥砼表面加铺沥青层的方法最为常见。本文从反射裂缝产生的原因入手，主要分析了现有的防裂措施在水泥砼路面沥青加铺层中的应用，希望对于解决公路修复问题有所助益。

参考文献

[1] 廖卫东.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构与材料研究[D].武汉理工大学，2007.

[2] 黄国威.防反射裂缝措施在旧水泥砼路面沥青加铺层中的应用[J].公路与汽运，2014，12（2）.

[3] 张泽鹏，王钊.旧水泥路面沥青加铺层防反射裂缝措施的应用与分析[J].广东公路交通，2014，6（30）.

（责任编辑：王 波）