早期横向裂缝的原因分析及预防

刘冰

摘 要：调查与分析沥青路面早期横向裂缝的产生原因与预防措施。裂缝是沥青路面最常见的病害之一。从裂缝形成的时间看，有些裂缝是在路面铺筑完成、开放交通后不久就形成的，称为早期裂缝。它以横裂缝居多，纵向裂缝和网状裂缝较少。它的形成与路面所用的材料及铺筑工艺关系极大。早期裂缝对路面损害的持续时间长、影响大，研究它形成的原因，探索其预防措施，对指導路面施工有重要意义。

关键词：沥青路面;横裂缝原因;措施

1 裂缝产生的原因分析

横向裂缝就其产生的原因可分为两类。一类是荷载裂缝，是道路长期处在荷载作用下形成的。在正常设计、施工与营运条件下，它一般大量产生于公路营运时间的中晚期。一类是非荷载裂缝，是由于设计施工不当所形成的。它在公路竣工不久就可能出现。以辛大公路为例，该公路是一条乡道，施工质量优良，在全市地方道路评比中获得好评，自通车以来，交通量没有超过设计负荷，重型车辆很少，调查时不可能大量产生荷载裂缝，因此可以断定，它所出现的裂缝主要是非荷载裂缝，应从道路的设计和施工方面去找原因。

裂缝出现在沥青面层的表面，但通过钻芯检验及分析，造成早期裂缝的原因主要是路面基层的原因。基层的反射裂缝是指半刚性基层先于沥青面层出现的裂缝。在荷载应力和温度应力的共同作用下，在基层开裂处的面层底部，出现应力集中现象而形成裂缝，而后逐渐向上扩张，使裂缝贯穿所形成的裂缝。因此反射裂缝是以基层裂缝为出发点的。我们主要从基层裂缝的原因上去研究和把握。

（1）从水泥稳定砂砾所用的材料来看，水稳砂砾基层的裂缝与水泥的品种与剂量、砂砾的粒径、含泥量等因素有关，其中同水泥剂量的关系最为密切。

水泥与水接触后，会发生一系列化学反应，在放出热量的同时形成水化物，水化物的体积是水泥体积的2.2倍，它填充了混合料的孔隙，把混合料粘结起来，并使水泥浆体失去塑性而硬结。如果水泥剂量过大，在水泥硬结之后继续大量产生水化物，所造成的体积膨胀能使已硬结的水泥面内部产生张拉应力，它可能降低水泥的抗拉强度，甚至导致裂缝。因此规范规定水泥稳定砂砾用做基层时，水泥剂量不宜超过6%，水泥剂量过高，必然造成裂缝增加。以北环路为例，设计的水泥剂量为6%，而在实际施工中用EDTA滴定法检测，水泥剂量高达7.9%，这样就造成了大量裂缝的产生。水泥稳定砂砾的水泥剂量应视水泥标号、粒料的级配与粒径、气温高低而有所调整，并通过试验而加以确定，不能囿于经验或死扣设计文件。

（2）水泥品种和性质对裂缝的产生也有影响。规范要求初凝时间3 h以上和终凝时间宜在6 h以上，如果初凝时间过短，施工时间超过了初凝时间，使一部分已硬结的水泥水化物受到扰动，降低了基层的抗拉强度，造成基层裂缝。如果使用的是矿渣水泥，干塑性强，如养护不当，在未充分水化前即已干燥，就容易产生裂缝。

（3）填充料粒径偏大，也是造成基层裂缝的原因之一。水泥稳定砂砾是以水泥胶结级配砂砾，以其水泥胶体充填级配砂砾的空隙而形成的具有一定强度的路面基层混合料。粒径偏大，一方面减少了表面积及空隙，减少了对水泥的需要量，容易使水泥剂量相对偏高，另一方面，在混合料碾压成型以后，在较大粒径的砾石周围，可能存在细微裂缝，在温度应力和荷载作用下，微裂缝可能发展，经过一段时间，微裂缝可能相接、延长、形成贯通基层的裂缝。砂砾料的粒径大，形成裂缝的可能性也就大。此外，砂砾中含泥量大，含硫酸盐及活性氧化硅等杂质多，都是造成路面基层开裂的原因。尤其是有粘土团块存在时，影响将更为严重。

（4）从施工工艺角度看，形成基层裂缝的主要原因是其初期养护不好和横向接缝处理不当。

水泥稳定砂砾基层铺筑完成后，应该及时养护，主要是保湿保温和防止承受过大的荷载。保湿不够，没有足够的水分，不能生成足够的水泥水化物，影响了基层的强度，还会使基层产生干塑，从而导致裂缝的出现。铺筑水稳砂砾基层后没有及时铺筑沥青面层，使基层长期暴露在大气之中，当温度发生较大变化时，也会使温度应力超过水稳砂砾的抗拉强度而形成裂缝。过早开放交通，使半刚性的基层失去柔性路面对荷载的缓冲作用，荷载直接冲击路面基层，对基层的损害是严重的。规范规定，在养生期间内的未采用覆盖的水泥稳定土层，应封闭交通，不能封闭时应采取覆盖措施，并限制重车通行和限速通行。

（5）横向接缝处理不好，也是造成裂缝的原因之一。在基层施工中，由于停工待料、机械故障、上下班等原因，会出现横向接缝，这些接缝如未严格按技术规范操作，接缝处会产生裂缝，这些裂缝又名施工裂缝，这是一种整齐笔直的贯通裂缝，十分醒目。

（6）此外，由于台背填筑不当、路基铺筑不当造成搓板等，也容易出现裂缝。出现裂缝也和设计有关。不如设计标准偏低，沥青面层较薄等。

2 早期横裂缝的预防

早期裂缝的出现，对道路有明显的破坏作用。由于它在早期出现，其破坏作用贯穿于道路设计使用年限的全过程。早期裂缝出现时，裂缝可能是细小的，但在温度变化与荷载作用下，裂缝会逐渐扩大，形成贯穿路面直达路基的贯通缝，在雨水的浸润下，会破坏路面基层和沥青面层的整体性，软化路面基层或路基，导致冻融破坏，从而加速了路面的破坏。预防早期裂缝的产生，是延长道路使用寿命的重要途径。

早期裂缝是由于路面铺筑过程中所形成的内应力超过路面抗拉应力而形成的。减少早期裂缝的基本途径是使路面铺筑过程中所形成的内应力低于路面抗拉应力。具体来说有下述方面。

（1）提高路面强度。通过精心设计精心施工，保证路面基层有足够的强度和刚度。尤其是交通量大、重载车辆多的主干线，更要注意提高道路等级标准。

（2）合理施工，以减少内应力的产生。在选材上要严格把关，如重视沥青材料的温度稳定性，控制沥青蜡含量，重视砂砾的级配，减小水泥剂量，清除杂质，减少超粒径颗粒，要选购初凝时间较长、干缩率较低的水泥等。在施工中要严格执行技术规范，如做好标准试验，控制好水泥剂量与含水量，加强碾压以减少微裂缝，提高路面平整度，减少荷载对路面的冲击作用，认真处理施工接缝，加强路面基层的养生，及时铺筑沥青面层等。

（3）采取设置假缝的办法释放内应力。在路面基层的施工过程中，完全避免内应力的产生是不可能的，可以通过在路面基层设置假缝的方法，把一部分内应力释放出来，达到减少裂缝的目的。比如可在路面基层每隔6 m切割一条假缝，切割深度可为基层厚度的1/3～1/4。切缝中应灌注塑性防水材料，以防雨水渗入。

现在也有一些公路采用柔性基层的设计，也有效的防止了裂缝的产生。

3 结语

综上所述，裂缝的产生原因是多种多样的，各方面原因之间有着复杂的联系，有些问题至今还很难作定量分析。我们只是通过对施工过程的一些调查，翻阅了一些原始资料，提出一些粗浅的看法，望大家指正。

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