反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理是什么？

半剛性基層瀝青路面由于具有強(qiáng)度高、造價(jià)低、整體性及水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在我國公路建設(shè)中得到了廣泛的運(yùn)用；但半剛性基層在運(yùn)營期間易產(chǎn)生干縮裂縫和低溫收縮裂縫，在交通荷載和溫度荷載的重復(fù)作用下，半剛性基層的這種收縮裂縫很容易擴(kuò)展到瀝青面層而形成反射裂縫。反射裂縫一旦產(chǎn)生，不僅影響路面的美觀和行車舒適性，更重要的是大大的縮短了路面的使用壽命。關(guān)于瀝青路面斷裂分析的理論及抗裂，國內(nèi)外已開展了大量的研究工作。由于斷裂力學(xué)較好的反映了結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的裂縫之類缺陷，因此在路面反射裂縫的分析方面得到了較好的應(yīng)用。目前采用斷裂力學(xué)對反射裂縫的研究主要集中在縫端應(yīng)力狀態(tài)及縫端應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算上，通過對比不同防裂措施及材料的縫端應(yīng)力或應(yīng)力強(qiáng)度因子對防裂效果進(jìn)行計(jì)算比較：而對疲勞壽命的計(jì)算及疲勞壽命與路面結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系研究較少?？梢圆捎脭嗔蚜W(xué)有限元模型，通過疲勞斷裂分析，對溫度荷載作用下疲勞斷裂壽命進(jìn)行了計(jì)算；同時(shí)對不同面層厚度和模量情況下疲勞斷裂壽命進(jìn)行了計(jì)算比較，為防裂材料和防裂結(jié)構(gòu)的選擇提供了理論依據(jù)

由于舊水泥混凝土路面板接、裂縫處不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，所以裂縫和接縫頂面的瀝青罩面層嘴榮以受到損傷，因此反射裂縫一般情況下與舊水泥混凝土板的裂縫和接縫相對應(yīng)。如果瀝青罩面層與舊路面板之間有較好的粘結(jié)性能那么造成反射裂縫可能有如下兩種情況：

1.反射裂縫是舊路面上裂縫處應(yīng)力集中作用的直接結(jié)果，集中的應(yīng)力使得裂縫直接擴(kuò)展進(jìn)入罩面層。一般認(rèn)為，反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展是由于舊水泥路面板的移動(dòng)所造成的，而這些移動(dòng)又主要來源于溫度變化、行駛車輛及兩者的綜合作用。由溫度變化引起的反射裂縫常常稱之為溫度型反射裂縫，相應(yīng)地由行車荷載引起的反射裂縫稱之為荷載型反射裂縫

[2] 溫度度型反射裂縫：外部環(huán)境對混凝土路面溫度的影響可以按日變化溫度和年變化溫度來考慮。在年變化溫度作用下，由于作用周期較長，瀝青罩面層的頂面與底面溫度較接近。在寒冷的季節(jié)，舊混凝土板產(chǎn)生收縮變形，在瀝青罩面層內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力；在炎熱的夏季，舊混凝土板膨脹，在瀝青罩面層中產(chǎn)生壓應(yīng)力。在日變化溫度作用下，瀝青罩面層頂面溫度變化較大，底面溫度變化較小，使瀝青罩面層出現(xiàn)翹曲變形。隨著溫度的下降，在罩面層頂面產(chǎn)生拉應(yīng)力，底面產(chǎn)生壓應(yīng)力。溫度變化越大、越快，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，罩面層越容易開裂。

荷載型反射裂縫：當(dāng)汽車荷載駛經(jīng)接縫時(shí)，可分為3個(gè)過程：①軸載位于接縫一側(cè)時(shí)，接縫兩側(cè)產(chǎn)生較大的相對位移，在罩面層中造成較大的剪切應(yīng)力；②軸載位于接縫頂面時(shí)，兩板無相對位移或相對位移較小，罩面層主要承受彎拉應(yīng)力作用；③軸載駛離接縫時(shí)，在罩面層內(nèi)產(chǎn)生與第Y次方向相反的剪切應(yīng)力，在整個(gè)過程中罩面層受到兩次剪切一次彎曲，而且是連續(xù)的。如果接縫處設(shè)有傳力桿，基層剛度大且無脫空，那么上述3個(gè)過程區(qū)分不明顯

2.當(dāng)通過某種方式消除了舊路面板上接裂縫應(yīng)力集中的影響，接裂縫的第二個(gè)“作用”就是在車輛荷載的作用下使罩面結(jié)構(gòu)在裂縫處產(chǎn)生最da de 的彎沉，相應(yīng)地在罩面層中產(chǎn)生最da的應(yīng)力，從而使接裂縫頂部的瀝青罩面層成為反射裂縫產(chǎn)生的最可能部位

塊料土路面

塊料混凝土路面是用混凝土預(yù)制塊做面層鋪筑在下承層上的路面結(jié)構(gòu)。大的塊料路面的塊料尺寸可達(dá)1～2m，小的塊體通常為20～30cm。由于可以使用石料打制較小的塊料，因此，認(rèn)為只有較大的塊料路面才能歸于水泥混凝土路面范疇，從而用剛性路面理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。塊料路面常用于城市道路、非機(jī)動(dòng)車道、低等級公路，或用于基礎(chǔ)不穩(wěn)定的道路交叉口、橋頭引道、過水路面等處。

預(yù)應(yīng)力

按路面構(gòu)造的不同分為三種：

①無筋預(yù)應(yīng)力混凝土路面。在混凝土板兩端設(shè)置墩座埋入地基內(nèi)，墩座與板之間設(shè)置彈力縫，放入G T 簧。板長中央設(shè)置加力縫，縫內(nèi)設(shè)千斤頂，對混凝土板逐漸施加壓應(yīng)力至5兆帕，然后塞入混凝土預(yù)制塊，取出前 斤頂，用混凝土填塞縫隙。

②有筋預(yù)應(yīng)力混凝土路面。在混凝土板厚中央預(yù)留孔，穿進(jìn)鋼絲束，張拉后將兩頭錨固，并在孔內(nèi)注入水泥漿使鋼絲束與混凝土粘牢。較窄的板可僅在板的縱向加力，較寬的板需在縱橫向同時(shí)加力，或按與路中線成小于45°角的斜向加力（圖5）。后者可以連續(xù)澆筑很長的板，在板的兩側(cè)施加應(yīng)力。所加預(yù)應(yīng)

:水泥混凝土路面施工

力，在縱向?yàn)?～4兆帕，在橫向?yàn)?.4～1.4兆帕。

③自應(yīng)力混凝土路面。用膨脹水泥制備混凝土鋪筑路面，借配筋或在板的兩端設(shè)置墩座，通過混凝土的膨脹施加預(yù)應(yīng)力。

預(yù)應(yīng)力混凝土路面板厚可減至10～15厘米，縮縫間距可增至100～150米。但因施工工藝復(fù)雜，所需機(jī)具性能要求較高，除在某些飛機(jī)場建設(shè)中獲得成功經(jīng)驗(yàn)外，尚未普遍推廣。

鋼纖維

水泥混凝土路面施工

于混凝土中摻入1.5～2.0%(體積比)的長25～60毫米、直徑0.25～1毫米的鋼纖維，可使其28天極限抗壓強(qiáng)度和極限抗彎拉強(qiáng)度較素混凝土提高50%以上；而且它的抗皮老和抗裂縫能力也較素混凝土高（見纖維混凝土）。與素混凝土路面相比，鋼纖維混凝土路面板厚可減小30～50%，縮縫間距可增至15～30米，縱縫間距可增至8米，脹縫可以不設(shè)。鋼纖維混凝土路面施工工藝尚未定型，仍在試驗(yàn)階段。

4、裂縫

瀝青路面開裂的主要原因可分為兩大類：一種是由于行車荷載的作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫，一般稱之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱之為非荷載型裂縫。

非荷載型裂縫：

橫向收縮裂縫 位于路面面層的瀝青混合料結(jié)構(gòu)層，直接受到氣溫變化的影響，待溫度應(yīng)力積累到超過瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，路面就將出現(xiàn)裂縫，以便將應(yīng)力釋放出去。另外，接近表面的瀝青比內(nèi)部瀝青更易老化。瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變小，應(yīng)力松馳性變差，也是容易產(chǎn)生裂縫的一個(gè)重要因素。瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮。由于瀝青路面寬度有限，收縮受路面結(jié)構(gòu)的相互約束小，所以低溫裂縫主要是橫向的。 

溫度疲勞裂縫 產(chǎn)生低溫裂縫的是瀝青混凝土層，這種裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區(qū)。由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變（或勁度模量）變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度贈膏，應(yīng)力松馳性能降低，最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。

反射裂縫 瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不至于產(chǎn)生過高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時(shí)，土基和路面基層由于受溫度變化，冬季冰凍產(chǎn)生的膨脹，導(dǎo)致路基和基層產(chǎn)生裂縫并反射到瀝青面層，瀝青混合料的應(yīng)力松弛趕不上溫度應(yīng)力的增長，同時(shí)勁度急劇增大，超過混合料的極限強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng)變，便會產(chǎn)生開裂。那就是由于水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定類的半剛性基層的收縮中，或者已經(jīng)開裂了的半剛性基層在裂縫部位的應(yīng)力集中與瀝青面層的低溫收縮、荷載作用產(chǎn)生的綜合作用，使溫度裂縫較多地產(chǎn)生。這些裂縫實(shí)際上是溫縮裂縫和半剛性基層收縮裂縫的反射裂縫的反射性裂縫的綜合裂縫。

（1）半剛性路面的反射裂縫和對應(yīng)裂縫：

冬季或在寒冷地區(qū)，在結(jié)合得好的瀝青面層下，開裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內(nèi)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬，它只能承受小的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴(kuò)展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。

由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫

對于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產(chǎn)生干縮和干縮應(yīng)力；水分減少得愈多愈快，產(chǎn)生的干縮應(yīng)力和干縮應(yīng)變就愈大。在已經(jīng)產(chǎn)生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會由于溫度應(yīng)力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。

凍縮裂縫：

凍縮裂縫主要是路基凍脹及收縮產(chǎn)生的開裂。這種裂縫在路面與路肩交界處最常見。

影響瀝青混合料低溫抗裂性的因素 影響瀝青混合料低溫抗裂性的主要因素有：材料特性如瀝青的感溫性、敢時(shí)性、老化性能等，路面結(jié)構(gòu)幾何尺寸如面層的厚度等，氣溫等環(huán)境因素如溫差等。

荷載型裂縫：

（1）瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在車輪荷載作用下，大于半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，半剛性基層的底部就會很快開裂。在行車荷載的反復(fù)作用下，底部的裂縫會逐漸擴(kuò)展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開裂破壞。影響拉應(yīng)力主要因素有面層的厚度、基層本身的厚度、基層的回彈模量和下承層的回彈模量。選取不同的瀝青面層厚度和半剛性基層厚度，通過試驗(yàn)得出半剛性基層底部的拉應(yīng)力與半剛性材料回彈模量間的關(guān)系曲線。

在半剛性基層下采用半剛性材料做底基層，可使基層底面由行車荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這對半剛性基層承受行車荷載的反復(fù)作用是十分有利的。

裂縫產(chǎn)生因素有：1、瀝青和瀝青結(jié)合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開裂的罪豬妖原因。瀝青的品種和等級也是影響瀝青路面開裂的重要因素。在長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，選用高粘度、低稠度的瀝青，其溫度敏感性較低，能延遲溫度裂縫的產(chǎn)生。

2、基層材料的性質(zhì)基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少?；鶎由嫌型笇佑鸵约訌?qiáng)與面層的粘結(jié)對抗開裂是有好處的，基層材料種類對瀝青面層的裂縫率有明顯影響。

3、氣候條件 ：

瀝青未達(dá)到適合本地區(qū)氣候條件和使用要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，低溫抗變形能力較差，致使瀝青面層在低溫下產(chǎn)生收縮開裂。地基處理不當(dāng)，路基碾壓不均勻，造成路基沉降不均勻。

3、交通量和車輛類型 

隨著交通運(yùn)輸?shù)母咚侔l(fā)展。原有的路面強(qiáng)度日趨不足，路面滿足不了交通量迅速增長和汽車載重明顯增大的需求，瀝青路面過早產(chǎn)生疲勞破壞，瀝青路面很快開裂。

4、原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，未充分考慮到各種不利因素，施工質(zhì)量不好，瀝青路面面層厚度不足，瀝青路面原材料的品質(zhì)不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，路面強(qiáng)度明顯不能滿足行車要求。在行車作用下，特別是超大噸位車輛的頻繁碾壓，瀝青路面很快開裂。

 施工因素主要指半剛性基層材料的碾壓含水量，半剛性基層完成后的暴曬時(shí)間等因素。