瀝青砼罩面補(bǔ)強(qiáng)剪切模式反射裂縫的防護(hù)措施liD摘要闡述了近年來舊水泥砼路面結(jié)構(gòu)在升級(jí)過程中采用瀝青砼罩面補(bǔ)強(qiáng)，反射裂縫的出現(xiàn)主要有斷裂力學(xué)分析中的剪切模式和張開模式兩類，本論文就對剪切模式反射裂縫的成因進(jìn)行分析，并提出瀝青砼罩面補(bǔ)強(qiáng)剪切模式反射裂縫防護(hù)措施。關(guān)鍵詞舊路改造罩面補(bǔ)強(qiáng)剪切模式反射裂縫防護(hù)措施1.概述水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，是以往高等級(jí)、城市道路、重要交通路面的主要類型之一，但它的最大缺陷是脆性大、易開裂、抗溫性差，路面板塊容易受彎折而產(chǎn)生斷裂，所以就要求路面面板應(yīng)有足夠的抗彎、抗拉強(qiáng)度和厚度。隨著交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展,公路的等級(jí)越來越咼，城市道路和國道干線公路上的車輛荷載及密度越來越大，致使路面的損壞也日趨嚴(yán)重起來，由此而來部分病害較多，破損嚴(yán)重的道路就面臨著升級(jí)改造的建設(shè)方向，隨著半剛性基層瀝青路面在高等級(jí)公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用日益廣泛，則瀝青混凝土罩面補(bǔ)強(qiáng)則是眾多改造方案常用措施之一。然而反射裂縫的出現(xiàn)就對瀝青砼罩面補(bǔ)強(qiáng)帶來了一定的技術(shù)難題。其裂縫擴(kuò)展模式根據(jù)斷裂力學(xué)可分為兩種：張開模式和剪切模式。溫度應(yīng)力對應(yīng)著張開模式，荷載應(yīng)力對應(yīng)著剪切模式，溫度應(yīng)力引起反射裂縫的產(chǎn)生，并參與其最初的擴(kuò)展，而荷載應(yīng)力加速了裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展⑴。所以，車輛帶來的豎直荷載成為了形成路面反射裂縫的重要因素之一。本文就對影響反射裂縫進(jìn)一步發(fā)展的剪切模式如何防護(hù)做了闡述。2.瀝青混凝土罩面補(bǔ)強(qiáng)剪切模式反射裂縫的機(jī)理分析2.1反射裂縫機(jī)理大量研究表明，反射裂縫的產(chǎn)生是由于受拉疲勞、受拉屈服與剪切屈服單獨(dú)或聯(lián)合作用。在行車荷載特別是重車、超重車的反復(fù)作用下，瀝青結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了材料的疲勞強(qiáng)度，底面先開裂并逐漸向上裂縫初期擴(kuò)展到路表；或者基層因溫度和含水量變化而造成溫縮和干縮開裂，當(dāng)行車荷載通過時(shí)基層裂縫兩端部之間將會(huì)產(chǎn)生豎向位移差，在面層中引起面層剪切搓動(dòng)和剪切疲勞破壞而導(dǎo)致開裂。【2】裂縫初期圖II圖II反射裂縫中期縫或接縫處的豎向位移、溫度變化引起的水平向伸縮【3】。根據(jù)斷裂力學(xué)中對剪切模式的描述，舊砼路面結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)采用瀝青砼罩面后，原水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)裂縫和接縫處無約束為自由端，由瀝青砼面層傳遞下來的車輛荷載就會(huì)在此處產(chǎn)生應(yīng)力集中見圖I,當(dāng)集中的應(yīng)力大于瀝青砼面層斷裂任,_11H1/\/三三1匚1□=1匚□~□3匸:□1IiI1圖III反射裂縫后期2.2剪切模式反射裂縫成因性指標(biāo)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)瀝青砼下層的開裂見圖II,下層裂縫引起上面層底面先開裂，并由此逐漸貫穿到面層表面的裂縫見圖III，這就為舊砼路面罩面補(bǔ)強(qiáng)后難解決的剪切模式反射裂縫問題?？箯潖?qiáng)度時(shí)，在接縫或裂縫處便會(huì)出現(xiàn)反射裂縫。經(jīng)過研究舊面層越薄，其傳荷能力就越弱，在荷載作用下的彎沉差就越大，瀝青加鋪層就越可能出現(xiàn)反射裂縫。同時(shí)，車輪荷載及作用次數(shù)的增大，也會(huì)加劇反射裂縫的出現(xiàn)。⑷抗彎強(qiáng)度時(shí)，在接縫或裂縫處便會(huì)出現(xiàn)反射裂縫。經(jīng)過研究舊面層越薄，其傳荷能力就越弱，在荷載作用下的彎沉差就越大，瀝青加鋪層就越可能出現(xiàn)反射裂縫。同時(shí)，車輪荷載及作用次數(shù)的增大，也會(huì)加劇反射裂縫的出現(xiàn)。⑷3剪切模式反射裂縫的防治措施實(shí)踐表明，反射裂縫是舊水泥砼路面上的瀝青加鋪層的主要病害，是瀝青砼加鋪層早期破壞的根源。在瀝青加鋪層有了裂縫后要及時(shí)加以維修,保證路面的有效使用壽命。反射裂縫損壞的形式表現(xiàn)為裂縫處面層剝落和碎裂。由此引起的另一個(gè)問題是外界的水分從裂縫處滲入，從而使瀝青加鋪層與基層的粘結(jié)喪失，并發(fā)生唧泥現(xiàn)象，使基層的承載能力降低。對于反射裂縫的研究，國外從1932年就已開始，并嘗試了許多預(yù)防措施，雖然目前還沒有找到能防止瀝青砼加鋪層產(chǎn)生反射裂縫的有效措施。但是，在一定環(huán)境條件下采取的一些措施可以減少或延緩反射裂縫的產(chǎn)生。由于地區(qū)的溫度狀況，路段的交通條件和實(shí)際的路面結(jié)構(gòu)狀況不相同,導(dǎo)致反射裂縫的產(chǎn)生原因也不同。有的主要是溫度變化原因引起的，也有的主要是荷載作用原因引起的，或者是溫度變化和荷載共同作用造成的，因此，在考慮防止反射裂縫的對策時(shí),要對舊路面的損壞原因進(jìn)行正確的分析，對其使用善和承載能力要有確切的評(píng)估，從而根據(jù)各路段的具體情況和條件，分析出現(xiàn)反射裂縫的可能原因，有針對性的提出相應(yīng)的預(yù)防或減緩措施。對于主要因荷載作用而產(chǎn)生的剪切模式反射裂縫的情況，則可采用降低接縫處板邊的彎沉差，增加瀝青加鋪層抗彎拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的措施來進(jìn)行處理?？偟膩碚f，由于水泥砼路面本身強(qiáng)度較高，作為基層，其上再加鋪瀝青砼這種路面結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要防止反射裂縫的產(chǎn)生。防止剪切模式反射裂縫可以舊水泥砼路面處理，降低接縫處板邊的彎沉差，增加瀝青加鋪層抗彎拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的措施來進(jìn)行處理，設(shè)置應(yīng)變消減夾層及提高瀝青加鋪層的抗裂性三個(gè)方面著手。3.1瀝青砼罩面補(bǔ)強(qiáng)前對舊水泥砼的處理措施結(jié)合舊路改造工程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),對舊水泥砼路面的處理工作是道路升級(jí)過程中的一項(xiàng)首要工作。因此在舊水泥砼路面的處理前，必須對舊水泥砼路面板塊進(jìn)行逐板測量調(diào)查，以舊水泥砼板塊的單點(diǎn)實(shí)測彎沉值和板間實(shí)測彎沉差為控制因素，逐板把關(guān)控制進(jìn)行修補(bǔ)，采取多種措施進(jìn)行處理,以延緩和減輕剪切模式反射裂縫的產(chǎn)生。3.1.1對水泥砼板塊脫空的處理采取將舊水泥砼面板破碎，清運(yùn),用C15砼修復(fù)松散基層，重新澆筑砼，強(qiáng)度要求不低于原砼強(qiáng)度；對于有貫穿全板的縱，橫，斜向裂縫的板塊，也按脫空板處理方法處理；角隅斷裂,按縫碎裂的處理，圍繞裂縫一定長度和寬度用切割機(jī)切割成矩形，破碎清除，檢查確認(rèn)基層板體性，若板體性較差，則逐層下挖，直到板體性較好的層面，然后按脫空板處理方法處理;錯(cuò)臺(tái)的處理，對于無二灰碎石的路段,錯(cuò)臺(tái)小于或等于10mm的可以不處理，錯(cuò)臺(tái)大于10mm時(shí)，將高出一側(cè)的板塊邊緣30-55cm范圍內(nèi)，用人工削平至下沉板塊邊緣平齊，對鋪設(shè)二灰碎石的路段，錯(cuò)臺(tái)可以不處理。3.1.2水泥砼面板下壓漿對單點(diǎn)實(shí)測彎沉值在20—40之間的水泥砼板進(jìn)行鉆孔壓漿，可以有效地減小接縫或裂縫處板的位移，有助于減少反射裂縫。3.1.3破碎水泥砼板用沖擊錘將舊水泥砼面板破碎成小于30*30cm的砼塊，并用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，使其與下面的基層充分接觸，再用水泥漿進(jìn)行穩(wěn)固。由于板塊尺寸減小，溫度下降時(shí)的砼塊的收縮位移大大減小，從而可以明顯延緩反射裂縫。3.1.4填縫在攤鋪加鋪層之前，不管是否用橡膠瀝青層，土工織物或開級(jí)配混合料，對于寬度大于6mm的裂縫都應(yīng)進(jìn)行填縫處理。填縫的目的是限制路表水進(jìn)入基層，基層的含水量小了，支承能力就大，在荷載作用下的彎沉就小,其結(jié)果是不容易產(chǎn)生反射裂縫，填縫的材料可用橡膠瀝青或聚胺脂等材料。3.1.5改性瀝青油氈貼縫在舊水泥砼路面修補(bǔ)完成，彎沉及彎沉差達(dá)到要求后，采用APP改性瀝青油氈對舊水泥砼面板的所有縱橫縫進(jìn)行貼縫處理，油氈貼縫寬度為50cm。應(yīng)用改性瀝青油氈貼縫可以減少地表水通過舊水泥砼面板接縫滲透入下層的危險(xiǎn)。同時(shí)，改性瀝青油氈鋪設(shè)在舊水泥砼面板與瀝青加鋪層之間，還能起到應(yīng)力吸收夾層的作用，減少接縫區(qū)板塊豎直與水平相對位移而產(chǎn)生的應(yīng)力，減緩反射裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。3?2設(shè)置有效的應(yīng)力消減夾層3?2?3設(shè)置格柵夾層設(shè)置應(yīng)變消減夾層的目的是將恢復(fù)路面表面性能所需的加鋪層厚度減到最小，同時(shí)延緩或防止路面產(chǎn)生反射裂縫。3.2.1設(shè)置橡膠瀝青夾層在瀝青加鋪層鋪筑之前，在已開裂的舊路面上或整下層上，將模量為10-lOOMpa的橡膠瀝青做成一層厚1—3cm膜，這層膜稱作應(yīng)變消減膜夾層。它可以使舊路面的位移不傳遞到瀝青加鋪層，減少加鋪層中由舊路面裂縫造成的應(yīng)力，從而減少反射裂縫。并能有效地阻止表面水滲入基層，從而減少瀝青路面的水損壞。3.2.2設(shè)置土工織物夾層土工織物包括聚丙烯或聚脂織物和聚乙烯，聚丙烯或聚脂無紡織物。大量的工程實(shí)踐表明，使用土工織物可以改善路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，明顯地減少和延緩反射裂縫。在舊水泥路面的縱，橫縫上粘貼無紡?fù)凉げ?，還能有效的減少路表水通過接縫滲入基層。與橡膠瀝青相比，土工織物具有彈性模量高，極限應(yīng)變大的性能，其抗裂性優(yōu)于橡膠瀝青。格柵包括聚丙烯或聚脂土工格柵,玻纖格柵和金屬格柵。玻纖格柵是一種性能優(yōu)良的新型土工建材。這具有很高的耐熱性和優(yōu)良的耐寒性，強(qiáng)度大，模量高，化學(xué)穩(wěn)定性好，膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。設(shè)置玻纖格柵夾層能夠起到減少車轍，推遲疲勞裂縫的產(chǎn)生及延緩反射裂縫發(fā)展的作用。同時(shí)，它的耐高溫穩(wěn)定性好，攤鋪熱瀝青砼時(shí)不會(huì)產(chǎn)生變形，便于施工。3?2?4設(shè)置開級(jí)配瀝青砼底層開級(jí)配瀝青砼底層能在一定程度消減舊水泥砼路面裂縫所產(chǎn)生的應(yīng)力,從而減少和延緩反射裂縫。但是，當(dāng)設(shè)置薄層開級(jí)配瀝青砼時(shí)，效果不明顯，一般認(rèn)為開級(jí)配瀝青砼底層厚度不得小于8cm。3?2?5設(shè)置二灰碎石基層在舊水泥砼路面上設(shè)置二灰碎石基層，能在一定程度上減少和延緩反射裂縫。二灰碎石基層應(yīng)視舊路面的損壞程度而定，一般厚度不宜小于15cm。3?3提高瀝青加鋪層的抗裂性影響瀝青砼加鋪層抗裂性的因素如下：3.3.1瀝青的稠度和氧化速度瀝青的稠度是延緩反射裂縫的一個(gè)重要因素。瀝青的溫度敏感性，周圍的氣候條件，瀝青用量及其抵抗硬化的能力也都影響裂縫的發(fā)展速度；另外，反射裂縫的發(fā)展速度還取決于瀝青氧化的速度，瀝青混合料采用低稠度（針入度200—300）的優(yōu)質(zhì)瀝青，并保證瀝青混合料在拌和過程中不過多氧化（溫度不過高和加溫時(shí)間不過長）可以增加瀝青面層材料抗拉開裂性能。3.3.2瀝青混合料的孔隙率孔隙率明顯影響瀝青混合料的疲勞壽命。壓實(shí)效果好的瀝青混合料不僅可以延緩裂縫的展開，還可以減輕路面使用過程中瀝青的硬化。3?3?3瀝青混合料中瀝青的含量增加瀝青的含量，可以提高瀝青混合料抗疲勞開裂能力，同時(shí)還可以使瀝青混合料更密實(shí)，使瀝青不容易老化。SMA路面具有瀝青含量高，孔隙率小，變形能力大等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的瀝青加鋪層面層結(jié)構(gòu)。它由間斷級(jí)配集料與礦粉，纖維和瀝青組成。SMA中粗集料組成一個(gè)緊密嵌鎖的骨架結(jié)構(gòu)，它幫助消散對下層的沖擊力,這是SMA能夠抵抗磨耗和永久形變的原因之一，由于纖維的存在，使瀝青結(jié)合料保持高粘度，避免在儲(chǔ)存，運(yùn)輸，攤鋪過程中流出，這樣可以使用較多瀝青，使裹復(fù)每個(gè)礦料的瀝青膜較厚，以減少氧化，水分滲透，瀝青剝落和集料破碎，使面層有較長的使用壽命。⑸⑹4結(jié)語瀝青砼罩面是舊水泥砼路面改造補(bǔ)強(qiáng)有效的方法之一，隨之面對的是道路補(bǔ)強(qiáng)升級(jí)后長時(shí)間使用反射裂縫的出現(xiàn)問題，影響反射裂縫的因素有很多，但本文針對剪切模式反射裂縫的成因提出了一下防治措施：1） 瀝青砼罩面補(bǔ)強(qiáng)前對舊水泥砼的處理措施；2） 設(shè)置有效的應(yīng)力消減夾層；3） 提高瀝青加鋪層的抗裂性；從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看來，利用以上措施只能對剪