沥青路面温度裂缝成因与抗裂措施初探

沥青路面温度裂缝成因与抗裂措施初探

何涛1杨武斌2

何涛1杨武斌2

1.西安高新建设监理有限责任公司陕西宝鸡721000;

2.宝鸡市市政工程公司陕西宝鸡721000

摘要：在北方地区,沥青路面的低温破坏是其主要病害之一。主要表现为在负温作用下产生的收缩破坏,或是在气温循环升降的过程中,温度应变累积产生的非荷载性的疲劳开裂。而环境因素、施工工艺、材料组成等都显著影响低温开裂的程度。本文分析了沥青路面温度裂缝的成因，并提出了相应的抗裂措施。

关键词：温度裂缝；沥青路面；碾压

一、沥青路面温度裂缝

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简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。

（一）低温裂缝

沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松弛性能，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弛赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大。由于沥青面层的路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力的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。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。

（二）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。

二、沥青路面温度裂缝成因

（一）原材料

一方面沥青混合料低温劲度指标是决定是否开裂的根本因素，沥青劲度又决定沥青混合料劲度的关键。沥青老化越严重，劲度越大，裂缝就越容易出现；另一方面沥青的温度敏感性也对裂缝的产生造成直接的影响，温度敏感性大的沥青易开裂。通常，沥青的含蜡量越高，其拉伸应变就越小，沥青的脆性越大，温度敏感性也越大，温度稍有变化，就容易产生裂缝。

骨料组成级配也与开裂有一定关系，一般情况下，沥青含量偏低、石粉石屑含量偏高易产生裂缝。

沥青未达到适合本地区气候条件和使用要求的质量标准,低温抗变形能力较差,致使沥青面层在低温下产生收缩开裂。

（二）施工工艺

刚性基层(粉煤灰三渣)较之级配碎石、沥青稳定碎石等柔性基层，热容量小，与沥青表面层的附着粘结性能差，尤其是本身收缩的附加影响，使面层的横向裂缝要多一些。特别是由于现在的城市道路大多不按定额工期进行施工，施工周期缩短，有相当部分的三渣基层养生不足，直接造成摊铺不久后就产生了裂缝，这些裂缝在荷载和温度的作用下，由基层逐渐反射到表面，引发沥青面层产生裂缝。

沥青面层厚度增加，裂缝就减少。这是指用同一种沥青混合料时，厚度大的比薄的裂缝率要小。但采用质量好的沥青即使铺筑较薄的路面其横向裂缝也可能少于沥青质量差但厚度大的路面。

施工冷接缝未处理好,接缝不紧密,结合不良。

三、沥青路面温度裂缝的抗裂措施

（一）原材料管理

1、沥青较稀,粘度较高有利于减少温度裂缝

在其他条件相同的情况下,采用较稀(针入度较大)的沥青有利于减少温度裂缝。国外试验表明,用针入度300/400的低粘度沥青铺筑的试验路的横缝为针入度150/200低粘度沥青路段的30%。用针入度150/200,高粘度沥青铺的试验路,使用5年后无裂缝。用针入度150/200低粘度沥青铺筑的试验路产生了很多横向裂缝。

2、提高面层沥青混凝土的强度

大幅度降温时,面层表面产生的温度应力大于表层沥青混凝土的拉应力时,面层就会开裂,因此,表层沥青混凝土的抗拉强度愈大,面层愈不容易开裂,反之亦然。

影响沥青混凝土抗拉强度大小的因素在沥青质量、矿料级配(密实级配优于开级配和半开级配),沥青混凝土空气率和压实度,通常压实度或空气率小的沥青混凝土的抗拉强度大。

3、提高沥青混凝土的均匀性

沥青混凝土的均匀性包括矿料级配的一致性,拌和的均匀性,在无细集料离析和离析现象的轻重程度,沥青混凝土压实度或空气率的一致性以及层厚的一致性。沥青混凝土的均匀性愈好,其强度就愈均匀,面层表面的薄弱处就愈少。因此,在其他条件相同的情况下,沥青混凝土面层的均匀性愈好,表面产生温度裂缝的时间可能愈晚,温度裂缝的数量也会愈少。

4、根据当地的气候条件选择沥青的标号

在冬季寒冷的气候条件，应该选用软质沥青，但是由于我国大部分地区不仅冬季寒冷，而且夏季炎热，所以沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性是一个很难调和的矛盾，无法二项路用性能都满足要求，只能兼顾。因此，在条件允许的情况下，尽量采用抗裂性能更好的沥青玛蹄脂碎石路面（SMA）和改性沥青。

5、含蜡量

基质沥青的含蜡量一定要控制在规范规定的极限范围之内，含蜡量是导致沥青混合料低温抗裂性不好的一大因素。

6、基层材料

基层材料优先选用强度高、收缩性小和抗冲刷能力强的水泥稳定粒料或二灰稳定粒料，以减少低温收缩裂缝的发生。

（二）路面结构

路面结构也是影响裂缝的关键因素之一，例如采用15cm厚和10cm厚沥青混凝土分别与40cm粒料基层结构的道路，前者裂缝相对较少。这主要是因为较厚的沥青面层在结构上强度较大，在温度拉应力作用下不易产生开裂。沥青混凝土应尽量用骨架空隙结构或骨架密实结构，当路面的结构类型相同时，砂土路基则比黏土路基产生的收缩裂缝多。

1、强度组合

路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合。规范要求基层同面层之间的模量比不应小于0.35土基与基层的模量比应在0.08~0.40的范围内。

2、合理的层间组合

各结构层材料具有不同的特性，在组合时，应注意相邻层次的互相影响，采取措施限制或消除所产生的不利影响。层间结合应尽量紧密，避免产生层间滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。

3、适当的层数和厚度

沥青路面通常为多层结构，为了便于施工，路面结构层的层数不宜过多。

4、设置应力分散中间层

在基层与面层之间铺橡胶沥青中间层、土工格栅中间层、低粘度细粒式沥青混凝土层等，可以均匀分散应力。设置应力分散层，可使裂缝相对位移产生的应力传到面层时大为减少，明显降低应力强度。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低，是控制裂缝的有效方法。

（三）控制沥青面层的施工质量

必须严格按照沥青混合料的配合比设计阶段进行配合比设计。严格按验证后的生产配合比进行沥青混合料的拌和，控制油石比、拌和温度、拌和时间，不合格的混合料必须废弃。面层施工时，制备沥青混合料时控制好加热时间和加热温度，不使沥青老化。

要认真检查基层的施工质量，及时清除泥灰等杂物，处理好软弱层，确保基层稳定。

尽量采用全幅摊铺，分幅摊铺时，采用两台摊铺机前后幅紧跟摊铺，避免前摊铺幅混合料冷却后才摊铺后半幅，确保热接缝。

在规定时间内及时碾压，使沥青混合料达到规定的压实度，碾压时，压路机在已压实的横幅上，钢轮伸入新铺层15cm左右，每压一遍向新铺层移动15-20cm，直到压路机全部在新铺层为止，再改为纵向碾压。

合理地组织施工,摊铺作业应连续进行,尽量减少冷接缝。冷接缝的处理,应先将已摊铺压实的路面端部切割整齐,清除碎料,然后用热拌沥青混合料敷贴接缝处,使其预热软化;铲除敷贴料,对缝壁涂刷0.3～0.6kg/m2粘层沥青,再铺筑新的混合料。充分压实横向接缝。碾压时,压路机在已压实的横幅上,钢轮伸入新铺层15cm,每压一遍向新铺层移动15～20cm,直到压路机全部在新铺层为止,再改为纵向碾压。

碾压完成后要及时养生，并及早用乳化沥青做透层或封层，完成后尽快铺筑沥青面层，以减少因干缩而产生的裂缝。

参考文献

[1]董贤芸.沥青路面裂缝及预防措施研究[D].建筑与土木工程:山东大学,2009.

[2]莫剑鹏.沥青路面裂缝相关问题探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2012年10期.