沥青路面裂缝的形成及防治论文.doc

沥青路面裂缝的形成及防治-论文沥青路面裂缝的形成及防治摘要裂缝是路面损坏的一个大问题，由于各种因素的影响，沥青路面初期产生的裂缝对沥青路面使用性能常无明显影响，但由于半刚性基层自身干缩和温缩应变胀缩产生的拉应力超过半刚性基层自身的极限抗拉强度，使其从强度薄弱处产生断裂，随着路面使用时间的延长。已有的裂缝逐渐向上扩展到路表，横向裂缝不断增加。缝宽不断增大，横向裂缝再不断本文源自六维论文网附生纵向裂缝，最终形成大小不等独立板块，在表面水的作用下，致使裂缝附近基层的含水量加大，甚至饱和。其结果是路面强度明显降低在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷、唧浆和沉陷等现象聚终导致路面很快产生结构性破坏，使道路结构逐渐丧失承载能力。因此，在施工时就要防止裂缝的产生，要及早发现并处理路面裂缝，防止裂缝扩大。关键词:沥青路面；裂缝原因；防治措施Asphalt Pavement Cracks Causes and Control MeasuresABSTRACTCrack damage to the road is a big problem, as a result of various factors. Asphalt Pavement Cracks on the asphalt pavement performance often no significant impact However, semi-rigid and self shrinkage strain Pavament expansion and contraction caused by the stress of over semi-rigid self-tensile limit , its strength from the weakness of fracture, with road use of the time extension. The cracks have gradually expand upward to the roadside tables, horizontal cracks growing. Elastically growing, horizontal cracks are further supports longitudinal cracks, ultimately forming an independent board size, in the role of surface water, causing cracks in the water near the grassroots intensify, or even saturation. The result is significantly lower intensity of the road. In a large number of traffic under repeated loading, washing, jack slurry and phenomena such as subsidence. Poly finally led to the road soon produce structural damage, and road structure gradually lose capacity. Therefore, the construction will prevent the creation of cracks, early detection and treatment pavement cracks to prevent the expansion of cracks. Key words: Asphalt Pavement；Cracks ；Preventive Measures 目录前言11 沥青路面裂缝产生的原因21.1沥青路面裂缝的形式、形成及危害21.2 沥青路面裂缝产生的原因31.2.1 荷载型、温度、沉降裂缝31.2.2 横向、纵向、网状和反射裂缝32 沥青路面裂缝的应力分析52.1结构性破坏裂缝52.2温度裂缝52.2.1低温裂缝52.2.2温度疲劳裂缝62.2.3光弹试验62.3半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝62.3.1由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝62.3.2由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝73 影响裂缝产生的主要因素83.1沥青及沥青混合料的性质83.2基层材料的性质83.3气候条件83.4 沥青路面的老化引起裂缝83.5交通量和车辆类型83.6施工因素94 沥青路面裂缝的防治措施104.1 提高路基工作区的强度和稳定性104.2 基层应有合理厚度114.3 修筑防裂路面114.4 选择防裂性能好的材料114.5 设置应力吸收层124.6 新铺半刚性基层的预开裂技术124.7施工控制裂缝发生13致谢14参考文献15前言，近几年，随着汽车工业的不断发展，车辆的行驶速度愈来愈快，车辆对路面行使条件要求也愈来愈高。但是由于沥青路面产生各种裂缝，不仅对路面的连续性和平整性产生了破坏，影响车辆的行驶舒适性，而且还容易造成水等有害物质进入其中，影响了道路的使用寿命，因此，结合本次在沈大连接线改造工程中的实际情况，对一些路面裂缝产生的原因及防治措施谈谈自己的一些经验。1343沥青路面裂缝的形成原因及防治沥青路面裂缝是多年来常见的一种病害，位于苏家屯区境内的沈大连接线是从浑河闸桥至大淑堡，桩号14+50421+845，净里程7.341km。沿线均为平原水田，2001年市处投资将原7米路面改建加宽到12米，而现在由于裂缝产生后,路表水顺缝渗入路面内部，雨天在的作用下形成动水压力，冲刷油石界面，久而久之使油石分离，面层松散，出现坑槽，渗水后同时使面层产生冻融，也使面层松散。水分渗入底基层后还使基层承载力降低，出现结构破坏。裂缝造成了路面的早期破坏，缩短了路面的使用年限。因此弄清沥青路面裂缝产生原因及防治措施是保证行车质量，延长道路使用周期的关键。1 沥青路面裂缝产生的原因1.1沥青路面裂缝的形式、形成及危害沥青路面开裂是世界各国沥青路面使用中均会遇到的主要病害之一，无论是冰冻地区，还是非冰冻地区，只是各自的裂缝严重程度不同而已。沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，但就沥青路面开裂的主要原因而论，裂缝可分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。荷载型裂缝，即主要由于交通荷载作用下产生的疲劳裂缝。在半刚性基层沥青路面设计合理、施工质量良好的条件下，单纯由荷载作用引起面层开裂的可能性不大。非荷载型裂缝，主要为温度型裂缝。沥青路面温缩型开裂包括低温收缩开裂与温度疲劳开裂，均体现为张开型开裂方式。对于沥青路面基层存在裂缝情形，按沥青面层裂缝开裂部位，又可以分为反射裂缝与对应裂缝。由于环境温度、交通荷载等因素的影响，沥青路面初期产生的裂缝对沥青路面使用性能常无明显影响，但由于半刚性基层自身干缩和温缩应变胀缩产生的拉应力超过半刚性基层自身的极限抗拉强度，使其从强度薄弱处产生断裂，随着路面使用时间的延长。已有的裂缝逐渐向上扩展到路表，横向裂缝不断增加。缝宽不断增大，横向裂缝再不断附生纵向裂缝，最终形成大小不等独立板块，在表面水的作用下，致使裂缝附近基层的含水量加大，甚至饱和。其结果是路面强度明显降低在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷、唧浆和沉陷等现象聚终导致路面很快产生结构性破坏，使道路结构逐渐丧失承载能力。沥青路面的开裂表现形式是多种多样的，主要有横向、纵向、网状和反射裂缝。 横向裂缝现象为：裂缝与路中心线基本垂直，缝宽不一，缝长有的贯穿整个路幅，有的贯穿部分路幅，裂缝弯弯曲曲、有枝有叉。横向裂缝中的唧浆导致裂缝两侧凹陷，桥头跳车处的路面横向裂缝，在路面积水的作用下加速跳车发展的速度，同时会对路基造成冲刷。 纵向裂缝现象为：裂缝走向基本与行车方向平行，裂缝长度和宽度不一。一般都发生在高填方的路基上。纵向裂缝容易形成沿行车方向呈台阶状，影响行车舒适性。 网状裂缝现象为：裂缝纵横交错，将面层分隔成若干多边形的小块，一般缝宽1mm以上，缝距40cm以下。网状裂缝导致沥青路面松散或坑槽，严重影响沥青路面的综合服务水平。 反射裂缝现象为：基层产生裂缝后，在温度和行车荷载作用下，裂缝将逐渐反射到沥青表面，路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。对于半刚性基层以横向裂缝居多，对于柔性路面上加罩的沥青结构层，裂缝形式不一，主要取决于下卧层。1.2 沥青路面裂缝产生的原因1.2.1 荷载型、温度、沉降裂缝由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝。在车轮荷载的作用下，当路面结构层底部产生的拉应力大于其材料的抗拉强度时，产生的开裂称之荷载型裂缝。 由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝，称之非荷载裂缝。 经常出现在桥涵两端的横向裂缝，或在路段上出现较长的纵缝，主要是由填土固结沉陷或地基沉陷引起，称为沉降裂缝。尽管沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，但其中的行车荷载作用、沥青面层温度变化是产生裂缝的主要原因。1.2.2 横向、纵向、网状和反射裂缝 横向裂缝（1）沥青质量没有达到本地区施工气候要求或者没有达到相关技术标准，致使沥青混凝土面层温度收缩或温度疲劳应力大于沥青混凝土的抗拉强度，产生横向裂缝。 （2）施工缝处理不当，接缝不紧密，造成不同部位结合不良，从而产生横向裂缝。 （3）半刚性基层由于水泥剂量、施工质量等综合因素产生的路面收缩裂缝，通过横向裂缝形式表现出来。 （4）桥梁、涵洞等结构物回填部位没有按照要求进行施工，或处理不得当，从而产生不均匀沉降，导致路面产生横向裂缝。 纵向裂缝（1）路基填筑使用了不合格材料，路基吸水膨胀引起路面开裂。 （2）纵向加宽没有按照要求进行施工，或者碾压没有达到要求，从而造成加宽部位沉降，产生纵向裂缝。 （3）路基边坡坡度小于设计值，路基边坡压实度不足产生滑坡。 （4）边沟过深，使实际填土高度加大从而产生滑坡，造成路面开裂。 （5）面层前后摊铺相接处的冷接缝没有按照相关要求进行处理，结合不紧密而相互脱离，产生纵向裂缝。 网状裂缝（1）纵横裂缝出现后，继续扩展，尤其是在北方地区，经过冰冻水的侵入发展而成。 （2）沥青混合料质量差，拌和时间过长，拌和温度过高或者在储料仓中存储时间过长，沥青本身老化，导致混合料抗变形能力降低而易产生的裂缝。 （3）沥青的性能差，尤其是低温抗变形能力过低。 （4）路面结构中含有软弱夹层，粒料层松动，水稳定性差，从而形成网状裂缝。 （5）沥青层的厚度不足，水分侵入。导致层间结合较差，加速了网状裂缝的形成。 （6）沥青总体强度不足，在损坏初期形成网裂，裂缝逐步扩展，缝间距变小。 反射裂缝（1）在已经开裂的旧沥青、旧水泥路面上加铺沥青面层，由于温度的变化（降低），老路面的裂缝继续拉开，从而使新铺层在旧裂缝处断开。 （2）由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝。 （3）新铺半刚性基层随着混合料中水分的减少产生干缩和干缩应力，从而产生开裂，反射到沥青面层。 沥青路面裂缝的形成及防治沥青路面裂缝的应力分析2.1结构性破坏裂缝(1)沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下，大于半刚性基层材料的抗拉强度时，半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并使沥青面层也产生开裂破坏。影响拉应力主要因素有面层的厚度、基层本身的厚度、基层的回弹模量和下承层的回弹模量。选取不同的沥青面层厚度和半刚性基层厚度，通过试验得出半刚性基层底部的拉应力与半刚性材料回弹模量间的关系曲线。(2)在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层，可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小，甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力，这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。2.2温度裂缝沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。2.2.1低温裂缝沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松驰性能，温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力，当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时，裂缝就更容易发生。由于沥青路面宽度有限，收缩受路面结构的相互约束小，所以低温裂缝主要是横向的。2.2.2温度疲劳裂缝这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松驰性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。2.2.3光弹试验在面层和基层均无裂缝的情况下，表面降温30，在沥青面层中产生的温度应力分布。在面层已有裂缝时，光弹试验得到的温度应力分布状况。一方面温度向沥青面层底部传递需要一定的时间，不是瞬时完成的，而且沥青面层内部和底部的温度不可能与其暴露表面的温度相同，始终有温度差，即沥青面层中会产生较大的温度梯度。沥青面层愈厚，表面温度与底部温度差愈大，层间温度梯度也愈大。另一方面沥青面层表面的温度应力随着面层的增厚而增加，面层内的应力随深度而很快减小，同时面层表面的温度应力随降温幅度变小而减小。沥青面层的表面一旦开裂，随着持续低温或另一次降温，在裂缝尖端会产生较大的应力集中，使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层；由于面层底部与基层表面的粘结作用，裂缝呈现上宽下窄现象。2.3半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝2.3.1由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝通常假设导致反射裂缝的机理是处于沥青面层下的半刚性基层已经开裂，并且允许有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行车荷载引起的下卧路面结构在裂缝处的差动位移，水平位移是由温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。冬季或在寒冷地区，在结合得好的沥青面层下，开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变，由于在较低温度下沥青面层通常较硬，它只能承受小的拉应力或拉应变，因此容易被拉裂，并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄，反射裂缝形成的愈早和愈多。2.3.2由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩和干缩应力；水分减少得愈多愈快，产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，在较薄沥青面层的情况下，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会形成得更快。在较厚沥青面层的情况下，由于温度应力在表面最大，基层的裂缝将促使面层先从表面开裂，然后逐渐向下传播形成对应裂缝。以上结论已被长沙交通学院光弹模型试验所证实，表面降温30时，不同厚度沥青面层内下层裂缝上方的温度应力分布规律。不同的应力分布规律不难推断，通过进一步的试验或计算，将会得到一个临界面层厚度。面层厚于此临界厚度时，裂缝将主要从表面开始；薄于此临界厚度时，裂缝可能主要从底部开始。此临界厚度与气候条件、面层混合料的劲度模量、温缩性以及基层混合料的温缩性有关。沥青路面裂缝的形成及防治影响裂缝产生的主要因素3.1沥青及沥青混合料的性质沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因，沥青是路面矿料的粘结材料，要求有较高物理吸附和化学吸附能力，同时要有温度稳定性，夏季高温不软，冬季低温不裂。沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性能指标中，影响更大的是温度敏感性，温度敏感性大的沥青更容易开裂。3.2基层材料的性质基层材料的收缩性愈小，面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的，基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。3.3气候条件极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环数次数是气候条件影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。3.4 沥青路面的老化引起裂缝 由于沥青含量偏小时，混合料中的自由沥青很少。暴露在大自然中的沥青路面，屡屡遭受风吹、日晒、雨淋、热胀冷缩等自然现象的损害，再加上车论的反复碾压，使沥青混合料中有限的地沥青质、地沥青酸等胶结构物质受到大气中各种化学反应而产生的老化，有没有更多的自由沥青进行补充，所以使沥青失去粘结力，因此产生沥青路面裂缝。3.5交通量和车辆类型半刚性基层中的最大拉应力，通常是由最重的车轮荷载产生的；并且对于半刚性路面，不同轴载对路面的破坏作用远不是4次方的关系，而1113次方的关系，即使是通过次数较少的重荷载也对路面破坏起着决定性的作用。超载车辆影响更大，沥青路面设计标准的抗压强度是0.7Mpa，超载车的轮胎压强，可达到近2Mpa,它所产生的路面弯沉值，大大超过了路面设计时的允许弯沉，在车辆两侧所产生的剪力超过沥青路面面层的抗剪强度，所以产生裂缝。另外，车轮下的下面层也产生很大的弯拉应力，超过了设计抗应力，也产生裂缝。3.6施工因素 主要指半刚性基层材料的碾压含水量，半刚性基层完成后的暴晒时间等因素。4 沥青路面裂缝的防治措施4.1 提高路基工作区的强度和稳定性路基是路面的基础，路基工作区又是路基经受行车荷载影响较大的深度区域，该深度区域具有足够的强度和整体稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要，否则将产生不均匀沉降使路面发生开裂。因此，必须采取有效措施处理好影响路基工作区的稳定性和强度的关键环节，最大限度地减小路基完工后沉降量。(1)路基工作区的强度主要是在填筑过程中形成的。必须严格控制路基的填筑工艺，确保路基强度。填筑材料首选石、砾、砂类土，其次选用含砾、砂低液限粘土，再次选用低液限粘土。粉质土和有机土不能用于填筑路基。 从上式可以看出，车辆荷载P越重，路基工作区的深度z 就越大。而在路基路面设计时，车辆荷载是按标准的额定轴(BZZ一100)考虑的，当公路建成后，路基工作区的深度已经是固定成型了。公路交付使用后，当公路上车辆超载运行时路基工作区的深度Za必将会随之加大。由于超载的缘故。路基工作区的实际深度超出了预设深度，这样未经处理的超出部分的路基强度、稳定性、刚度明显不足，在实际使用中，路基路面就会产生裂缝、沉陷、车辙、变形过大等病害。因此，面对当前高速公路超载现象十分普遍的情况下，笔者建议在路基施工时对路基工作区的控制深度最好是大于路基工作区的设计深度，以防患于未然。(2)压实度是反映路基强度的重要指标，也是提高路基强度和稳定性的最经济、最有效的技术措施，施工中必须严格检测控制。使其达到规定值。填土层的厚度对压实度有直接的影响，施工中要插杆挂线，每层的松铺厚度不应大于30 cm。检测压实度试坑要打到下一层顶面，凡是检测结果达不到规定值的要加压处理，或推除重填。(3)降低地下水位是提高路基强度的重要措施。路面底以下80 cm路床是路基的关键部位，它直接承受和吸收路面的扩散应力，要有足够的强度和稳定性。当开挖后发现底下渗水，不论流量大小都要处理。填方地段要采用较好的材料填筑，土质差的地段要进行换填处理，确保其强度和稳定性。 4.2 基层应有合理厚度当基层厚度增加时，其承载能力也迅速增加，试验证明，半刚性基层厚度由10 cm增加到25 cm时，其承载力提高为原来的3倍。4.3 修筑防裂路面研究表明，面层反射裂缝明显地受沥青面层厚度的影响，厚度超过150 cm的面层可以有效的防止受拉疲劳所产生的裂缝，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100 cm的沥青面层时，在形成反射裂缝前可累积通过标准轴载1010 次。如果沥青面层加厚到150 cm，则可通过2010 次。如沥青面层加厚到175 cm则可放心使用。4.4 选择防裂性能好的材料(1)选用抗冲刷能力好，干缩、温缩系数小、抗拉能力高的半刚性材料作基层，最好使用温度膨胀系数低的骨料。(2)选用松弛性能好的优质沥青做面层，保证沥青的针入度、延度等指标；在缺少优质沥青的情况下。应采用某些添加剂或聚合物。以提高沥青的低温抗裂性能及高温稳定性能。(3)在稳定度满足要求的前提下。选用针人度较大的沥青作两层。美国和英国的研究表明。在沥青混凝士中使用软的沥青可以阻止低温收缩及高温疲劳作用两种机理引起的裂缝扩展。(4)采用密实型沥青混凝土面层 空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响，密实型沥青混合料在使用中沥青硬化缓慢，同时也延缓了裂缝的扩展。(5)沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘沥青路面裂缝的形成及防治附性好的材料。如果集料呈酸性，则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低集料的含水量，尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂。(6)沥青混合