浅谈反射裂缝及其防治措施

浅谈反射裂缝及其防治措施
摘要：在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层是改善路面使用性能、提高承载能力和延长服务年限的主要措施之一。

由于旧水泥混凝土路面存在接缝和裂缝，在交通荷载、环境因素以及二者共同作用下扩展并延伸到沥青加铺层中，形成反射裂缝，本文分析沥青加铺层反射裂缝的产生机理及常用防治措施。

关键字：反射裂缝；防治措施；旧水泥混凝土路面
在旧沥青路面上直接加铺沥青混凝土面层是提高路面结构承载力、恢复路面使用性能的有效修复措施，得到了国内外的广泛重视。

由于旧水泥混凝土路面存在接缝和裂缝，在交通荷载、环境因素以及二者共同作用下扩展并延伸到沥青加铺层中，容易形成反射裂缝，因此有必要研究反射裂缝产生的机理及防治措施。

一、反射裂缝产生的机理
反射裂缝是指下层旧水泥混凝土板的接缝或裂缝,由于环境(主要是温度)的不断变化与车轮荷载的反复作用,产生位移, 沥青混凝土面层在对应于旧路面板接、裂缝的位置上出现的裂缝。

旧水泥混凝土接缝或裂缝附近的位移，包括由于环境温度的变化而引起旧面层板的水平向伸缩和由于交通荷载作用而引起的旧面层板边缘的竖向弯沉。

各地区的环境温度状况不同，各阶段的交通情况和现有路面结构状况也不相同，因而，反射裂缝的产生可能主要是环境因素（温度）引起，也可能是交通荷载作用引起，或者是二者共同作用造成的。

旧水泥混凝土板由于温度变化所引起的收缩是围绕在接缝或裂缝间的中线向内进行的，沥青混凝土加铺在旧水泥混凝土板上，由于旧面层与沥青加铺层的层间粘附阻力，旧面层板因温度下降而收缩时，会带动沥青加铺层出现相应的收缩变形。

在接缝或裂缝上方的沥青加铺层出现拉应力集中，如果降温梯度较大，或降温速度较快，面层板的收缩就会较大，产生的温度拉应力是比较大的，这个应力可能会超过沥青混合料的抗拉强度，加铺层便会出现开裂。

温度拉应力大小随旧面层板的收缩变形量和层间的粘附阻力而变化。

旧水泥混凝土面层一般较厚，在寒冷天气中，温度在旧水泥混凝土路面板厚方向不均匀分布，深度越深收缩量越大，会引起混凝土面板的翘曲，而导致裂缝或接缝处沥青面层温度翘曲应力过大而开裂。

这种因为旧水泥混凝土板翘曲而引起的裂缝称之为温度翘曲型反射裂缝。

在我国的南方地区，由于气温较高，可能产生的降温梯度较小，降温速度较慢。

在这种情况下，考虑沥青材料的应力松弛性质，由负温差产生的应力可能会完全松弛，或其差值（温差应力与松弛应力之差）不至于超过材料的抗拉强度，这样沥青路面不可能因为一次降温而开裂。

但是，因为气温是呈周期变化的，在
一天之内要经过降温和升温的交替过程，这样就产生了温度应力的拉压反复过程，有可能导致沥青层因温度疲劳而开裂。

研究表明，路面开裂以后，裂缝尖端的应力强度因子随着面层弹性模量的增大而增大。

另一方面，大量的试验资料证明，温度对沥青混合料的弹性模量具有很大的影响。

温度越低，弹性模量越大，温度越高，弹性模量越小。

因此，同样的路面结构，在北方寒冷地区产生低温收缩的可能性要比南方亚热带地区大得多，因温度而引起的反射裂缝也就较易出现。

二、反射裂缝的不利影响
沥青路面出现裂缝是路况恶化的征兆，会对路面性能和耐久性产生不利的影响。

这些不利的影响包括：
1、防水性降低
路表出现任何裂缝，都会使路表有机会进入路面结构内部，甚至进入对湿度敏感的路基土中。

2、引起路基过大的压应力
由于存在裂缝，造成路面板体不连续，在行车荷载作用下将加大板体边缘的变形，从而在裂缝处传递过大压力至路基顶面。

3、增大路面的应力和变形
上述的路面结构板体边缘变形，会在路面结构内（尤其基层）产生很大的应力和变形，在行车荷载作用下将缩短这些结构层的寿命。

4、磨耗层沿着裂缝的破坏
在车辆、水分、霜冻的因素的综合作用下，磨耗层常会沿着裂缝发生骨料或小块的沥青剥落。

三、防治反射裂缝的措施
在几十年防治反射裂缝的实践中，各地试验了多种防治措施，涉及整个路面结构。

这些措施大致可分为三类:改善沥青混凝土罩面层性能、设置中间夹层和处治旧路面板。

具体采用措施有如下几种：
1、增加沥青加铺层的厚度
增加沥青加铺层厚度，可以增加路面结构的弯曲刚度，减小接缝或裂缝两侧由交通荷载所引起的竖向位移差，美国地沥青协会(AI)试验发现增加加铺层厚度可以降低旧路面接缝或裂缝处的弯沉量,每厘米厚的沥青混凝土加铺层可降低
2%的弯沉(最大可达到4%～5% )。

由于加铺层厚度增加，旧水泥混凝土层的温度变化就会减少，可以降低由温度变化所引起的温度拉应力。

同时，对于较厚的加铺层来说，裂缝由加铺层底面扩展到顶面需要经历较长的距离，即可以延长其使用寿命。

2、在沥青加铺层上锯切横缝
在沥青加铺层上，对应旧水泥混凝土接缝或裂缝处锯切横缝，可以消除加铺层内因温度收缩受阻而产生的温度拉应力。

但这种方法只适用于旧路面结构状况良好，接缝处板边弯沉较小的混凝土路面。

并且必须做好锯缝的密封工作。

3、设置土工合成材料夹层
国内外最普遍的防治反射裂缝的措施在旧混凝土面层和加铺层之间铺设玻纤格栅、铺贴土工布和粘贴改性沥青油卷材等土工合成材料。

格栅的网孔结构对网孔内的混合料起了“紧箍”作用，使裂缝的张开变形受到约束,抑制了裂缝向上发展。

此时，横向筋受到向外的挤压力，纵向筋受拉，如格栅的网孔尺寸较稳定，格栅本身的强度大，则可持续较长时间，抑制裂缝的发展。

栅抗拉强度虽高，但不能解决防水问题。

土工布抗拉力相对稍低,但其综合性能较好，不但可以减少和缓解裂缝处的应力集中，在浸透沥青后又能防止路面雨水下渗形成一层理想的防渗层。

改性沥青油卷材的特点是抗拉强度大,延伸率高,具有良好的弹塑性,可达到防裂又防水的作用。

4、应力吸收层
在旧水泥混凝土板及沥青加铺层之间设置一层橡胶沥青、改性沥青防水毡、改性沥青砂或柔软沥青混凝土这类应力吸收中间层来防止反射裂缝具有一定的效果。

这是一层能与上下层粘结的高塑性形变缓冲层，由于其具有抗变形能力强和劲度模量低的特点，变形通过缓冲层传递至加铺层，可以起到降低裂缝应力峰值的作用，因此能预防或延缓反射裂缝的出现。

加铺应力吸收夹层之后，即使加铺层开裂，而夹层尚未破裂，由于夹层的防渗性能，则能防止水分的进一步下渗。

5、裂缝缓解层
沥青加铺层所需的厚度超过200mm～255mm 时，其下层90mm 可以采用由开级配沥青碎石混合料组成的裂缝缓解层。

混合料含有25%～35%的连通空隙，使旧面层板接缝(或裂缝)处的弯沉差难以影响到沥青加铺层的上层，从而减少反射裂缝产生的可能性。

旧混凝土的面层必须清理干净，裂缝和接缝缝隙应重新填封，破裂板块需修复。

而后，在其表面进行洒粘层油处理，再铺筑开级配沥青碎石混合料。

由于开级配沥青碎石混合料含有大量空隙，需妥善处理表面渗入水的排除。

可以采用设置路面边缘纵向排水系统的方案，汇集和排除渗入此层内的表面水，或者将裂缝缓解层做成全宽式，使表面渗入水横向流出路堤边坡外。

四、结论
1、交通荷载和温度荷载是引起沥青加铺层反射裂缝的两大因素。

加铺层在车轮偏荷载（非对称荷载）作用下，接缝或裂缝处产生剪应力集中，若超过材料的抗剪强度，加铺层会产生剪切破坏，称为剪切型反射裂缝。

温度的变化使路面产生两种破坏，一种是由于温度下降使沥青加铺层及水泥混凝土面板产生收缩，又由于不同材料具有不同的热膨胀系数，在接缝或裂缝处产生拉应力集中，若超过材料的抗拉强度，加铺层会产生开裂，称为温度张开性反射裂缝。

另一种是由于温度在旧水泥混凝土路面板厚方向不均匀分布，造成水泥混凝土板发生翘曲，而使加铺层开裂，称为温度翘曲型反射裂缝。

2、反射裂缝的扩展模式包括纵向扩展和横向扩展，反射裂缝在面层厚度方向上的扩展称为纵向扩展，断裂力学认为，按裂纹的受力特点和位移特点，可以把它们抽象化为三种基本类型：张开型裂缝、滑开（剪切）型裂缝、撕开型裂缝。

反射裂缝在面层表面得扩展称为横向扩展。

3、反射裂缝的产生，可加速整个路面结构的破坏。

4、反射裂缝的防治措施大致可分为三类:改善沥青混凝土罩面层性能、设置中间夹层和处治旧路面板。

六、参考文献
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