目前，我国公路交通具有2个明显的特点，即交通量迅速增加和重载车辆日益增多。因此，对路面结构使用性能的要求也越来越高。半刚性基层由于具有强度高、承载力大、良好的抗疲劳性能和抗冲刷性等优点，已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。据统
统计，我国90％以上的高等级公路沥青路面基层及底基层都是采用半刚性材料。但半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低、脆性大，在温度或湿度变化时易产生开裂，形成路面反射裂缝，这已成为高速公路沥青路面早期损坏的重要原因之一。
水泥稳定级配集料是当今国内外使用最普遍的一种半刚性基层材料，其中又以水泥稳定碎石性能最为优异。然而水泥稳定碎石基层并没有消除半刚性材料的缺点，因此如何进一步减少其反射裂缝的产生，依然是充分发挥路面结构整体性能的关键之一。考虑到我国作为水泥生产大国，原材料来源广泛且价格低廉，水泥胶结类材料在今后很长一段时间内仍将作为主要的道路建筑材料，因此有必要对水泥稳定碎石基层进行研究，以便能为将来更为广泛的应用提供经验。
1、裂缝形成机理
1.1裂缝产生原因
半刚性基层沥青路面的裂缝形式多种多样，但形成的主要原因可以分为2大类，即荷载型结构性破坏裂缝和非荷载型裂缝，包括反射裂缝和对应裂缝。荷载型结构性破坏裂缝是由汽车动态荷载产生的垂直或水平应力，在基层内部产生超过材料的容许抗拉极限应力的拉应力所造成；非荷载型裂缝则是环境作用的结果，主要是湿度和温度的影响，由干缩、温缩和疲劳作用导致，个别情况下也可能是由于路基不均匀沉陷造成。此外，在冰冻地区的沥青路面上，还可能发现由路基冻胀引起的裂缝。
我国已建高速公路的半刚性路面、刚性路面和刚性组合式路面的承载能力从设计角度看是足够的，然而调查表明，裂缝在我国各个地区的沥青路面上十分普遍，不论南方还是北方，通车后1年最迟第2年均出现大量裂缝。因此，单纯由荷载作用不足以引起面层破坏，沥青路面的开裂应当是多种因素共同作用的结果。
半刚性基层沥青路面裂缝出现的原因有3种可能：一是面层本身性能不良，二是由于基层干缩和温缩开裂而反射到面层产生裂缝，三是由于面层、基层相互作用所引起。国外通常认为半刚性基层沥青路面裂缝是由半刚性基层引起的反射裂缝，且这种反射裂缝主要由半刚性基层材料的干缩裂缝引起的。国内则认为半刚性路面的裂缝有荷载型裂缝，有沥青面层的温度收缩裂缝，还有由半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。
虽然国内外的研究人员对反射裂缝问题已经进行了大量的研究，但至今仍存在不同的认识，包括反射裂缝的产生机理。根本原因在于路面使用性能受环境因素、交通因素、材料组成与结构等多种因素影响，甚至还包括经济因素、采用的研究手段等。
我国地域辽阔，又是多山国家，自然因素千差万别，并且各地区经济水平参差不齐，因此半刚性路面产生反射裂缝的主要原因不可能一致。水泥稳定基层的干缩主要发生在竣工后初期阶段。当基层上铺筑沥青或水泥混凝土面层后，基层的含水量一般变化不大，此时，收缩转化为以温缩为主。而对于温缩，低温收缩在－1℃以上时，其温缩变化不大；当在－10℃以下时，温缩系数才剧增，是－1℃时的几倍甚至几十倍。因此温缩裂缝大多发生在东北等容易形成某一负温度的地区，而就我国南方大部分地区来说，收缩裂缝的产生则主要是由于干缩引起的，可以忽略低温收缩的影响。
1.2裂缝形成过程
对于半刚性基层，裂缝往往不是由交通荷载作用引起的。水泥稳定碎石基层由于水分蒸发及温度变化的影响，很容易产生裂纹，在承受荷载之前，就已经存在大量的微细裂纹和孔洞。因此，实际上它是在带有裂纹的状态下承受交通荷载作用的，基层的温缩和干缩是引起裂缝的内因。
对于反射裂缝的形成，是由于面层底部的拉应力超过沥青混凝土极限强度所致。在基层开裂后，由于基层失去抵抗拉应力的作用，就在开裂位置将应力传递给面层，造成面层在裂缝处的应力集中。如果此时再加上偏荷载主拉应力（或剪应力）的作用，其应力值就有可能超过材料的极限强度，面层随之开裂。偏荷载作用的主拉应力（或剪应力）是促成反射裂缝形成的原因。因此，路面反射裂缝主要是由于基层开裂后的水平与垂直位移引起的。
2、影响路面裂缝的主要因素及其对应措施
影响沥青路面裂缝轻重程度的主要因素包括：沥青和沥青混合料的性质，基层材料的性质，结构类型与组成情况，气候条件（特别是冬季气温及其变化），交通量和车辆类型以及施工因素等。就水泥稳定碎石沥青路面而言，基层材料组成以及施工水平尤为重要。设计合理、施工良好的水泥稳定碎石基层不易在早期出现荷载型裂缝。
自20世纪30年代以来，国内外在防止半刚性基层路面的裂缝方面先后采取了很多措施。抗裂性能和防裂措施的研究可分为3大类：第一类为面层本身抗裂性能和防裂措施的研究，第二类是半刚性基层防裂性能和防裂措施的研究，第三类是面、基层之间作用原理及抗裂性能的研究。目前我国在防治反射裂缝方面主要也分为3大部分：一是改善沥青混凝土面层性能，如增加沥青层厚度、加筋罩面层、使用改性沥青等；二是设置应力／应变消减中间层，如采用SAMI、土工织物、土工格栅、粘接间断层、级配碎石中间层等；三是针对基层材料本身，选择抗冲刷性好、干缩系数和温缩系数小和抗拉强度高的半刚性材料。
尽管已尝试了许多预防措施，但是迄今为止还没有找到能防止沥青混凝土面层产生对应裂缝或反射裂缝的有效措施。虽然以上各种措施都在实践中得到了应用，但目前各类措施的防裂效果在定性、定量上很不一致，这一方面表明对各种措施还缺乏进行系统评价的方法，另一方面也表明目前各种措施的防裂效果都还十分有限。原因可能在于各类措施的防裂效果都与其自身的性能有一定关系，只有满足一定的要求才能有效地防治反射裂缝。 [本文共有 2 页，当前是第 1 页] <<上一页 下一页>>
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