【技术】沥青路面裂缝产生的原因与维修
摘要：沥青路面受到气候环境与车辆荷载的综合作用，其病害形式复杂多样且路面性能衰减速率快。通过对南阳地区沥青路面病害调研，分析了南阳地区沥青路面裂缝类病害的特征，针对沥青路面最常见的裂缝类破损，并对裂缝填封修补材料及其养护维修工艺进行了分析研究，并提出了裂缝类病害的基本处治步骤。
关键词：沥青路面；裂缝破损；裂缝填封
裂缝是沥青路面常见的病害类型，裂缝可以分为线性裂缝和网状裂缝，线性裂缝主要是指横向裂缝和纵向裂缝；网状裂缝主要为块状裂缝和网状裂缝。横向裂缝是与路面中线近于垂直、线宽不一的裂缝。按照裂缝最初出现的位置的不同可以分为三类: 一是地基的原因，这类裂缝主要是路基的不均匀差异沉降所产生; 二是基层的原因，这类裂缝主要是基层材料的干缩或者温缩产生裂缝随时间推移反射到路面上形成裂缝; 三是面层的原因，这类裂缝主要是因为沥青材料对温度的敏感性，在低温下产生拉应力导致路面开裂。裂缝的出现会直接影响路面的耐久性以及行车舒适性。裂缝病害在前期对路面影响不大，但是在车辆荷载和外界环境（特别是雨天）综合作用下，会导致路面网裂、唧泥、坑槽等严重病害，降低路面寿命，增加养护成本。本文探讨裂缝类病害的特征，分析裂缝类病害的处治措施，为沥青路面建设与养护提供参考。
1.裂缝调查结果与分析
1.1调查结果
本次观测沥青路面路段随机抽选于省道103和国道312部分损坏严重路段; 主要包括红泥湾段、南阳城区信臣路破坏严重路段。路面结构类型为半刚性沥青路面，沥青面层两层，水泥稳定碎石基层和水泥稳定碎石底基层，天然砂砾垫层，属于二级路。本路段重车超载严重，交通量大，经过调查发现病害类型如图1所示。
图1 路面病害调查结果
路面不均匀沉降变形与裂缝类病害是调查路段的主要路面病害形式。路面发生不均匀沉降变形的路段都伴随着裂缝类病害，说明这些裂缝的产生与路基、路面的不均匀沉降变形有直接关系。另外，从沥青路面出现裂缝时开始，不间断的测量裂缝的宽度。根据调研结果，经过统计，在温度降低的过程中，裂缝逐渐出现并且伴随宽度逐渐变大，而温度升高后裂缝宽度逐渐变小并趋于稳定，通过对裂缝经历冬季后达到的最大宽度以及后期裂缝稳定宽度进行统计，得出一定的规律性，如图1 反映了路面横向裂缝宽度在温度升高后裂缝稳定后裂缝宽度分布概率图。
图2 路面横向裂缝宽度分布概率
如图2 所示，调查路段早期裂缝宽度在温度升高稳定后集中分布在1.5mm～4.5mm之间，而在7.5mm～ 9mm 之间也出现一个分布高峰。根据《公路沥青路面公路沥青路面养护技术规范》中对路面破损类型中对裂缝类严重程度的界定，本次调研路面横向裂缝分级指标可知，该地区沥青路面经历一次低温后路面横缝严重程度为轻。不同宽度缝壁粒料脱落情况不同。裂缝宽度越大，在行车道上经受反复车辆荷载，缝壁粒料脱落越严重，沥青混合料中的大粒径粒料脱落，进而影响裂缝两侧粒料的持续散落，逐渐呈现一种松散的状态。裂缝宽度较窄时，行车道上有少部分的小粒径粒料脱落，但路面仍然可以看成完整的。不同宽度裂缝缝壁粒料脱落情况，可以明显看到（1）裂缝粒料脱落不明显; （2）裂缝粒料有脱落; （3）裂缝粒料脱落较多; （4）裂缝粒料脱落严重。
1.2 结果分析
该地区裂缝类病害主要以横向裂缝为主，且由于该地区雨季集中，沥青路面水损坏严重，水分逐渐侵入沥青与集料界面，沥青膜从集料表面剥离，造成集料之间的黏结力降低，沥青混凝土变得松散，也发生剥落、坑槽等病害。另外，超载和重载车辆的数量也较大，从而加速了公路沥青路面使用性能的衰减。
对于这些早期出现的裂缝，裂缝宽度能达到8mm～10mm，经受冻融循环以及行车荷载反复作用下，粒料脱落是难免的。为减少因为路面开裂而导致的缝壁处粒料脱落，降低对路面的使用性能的影响，应当及时进行养护。
2. 沥青路面裂缝类病害处治
2.1 裂缝填封类材料
沥青路面出现裂缝破损时,必须结合裂缝填封修补的时机、施工地区的气候条件及裂缝破损的状况,选择确定恰当、合理的填封材料。沥青路面大多数裂缝开始时皆为微、小裂缝（缝宽<19mm），而对裂缝破损的填封修补应及时,不要等到裂缝变得更宽、更严重时再去填封修补。对于微、小裂缝通常采用沥青结合料或以沥青为基质材料的密封胶作为填封材料。而对于出现比例较少的或尽量避免出现的中、大裂缝（缝宽>19mm），可采用砂粒式或细粒式沥青混合料进行填封修补。
沥青结合料在常温下呈固体或半固体状态，为了使沥青结合料及以其为基本物质的填封材料很好地填封到裂缝中，并能与裂缝壁面良好粘结，沥青结合料在使用时必须呈现为液态。沥青变为液态的方法一般有：通过加热（制成热沥青）;或利用轻质油类溶解（制成稀释沥青）；或与水融合（制成乳化沥青）。其中，稀释沥青由于在使用中要白白消耗大量昂贵的轻质油，而且它们在空气中易于挥发，造成环境污染,故目前己很少被采用。对于热沥青和乳化沥青，有时为了提高某些方面的性能，而给它们中掺入某种添加剂或改性剂制成改性沥青。下面便逐一对可用作裂缝填封材料的热沥青、乳化沥青及改性沥青进行分析。
2.2裂缝填缝料施工工艺
沥青路面裂缝填封的施工工艺主要针对纵向裂缝、横向裂缝、块状裂缝以及反射裂缝等较规则的线状裂缝，而对于局部网裂、龟裂和滑移裂缝必须采取坑槽修补的工艺方法来施工。结合国内外现有的裂缝填封工艺，本文按永久性（即耐久性）修补要求，将裂缝填封的主要施工工艺过程归纳为以下四大步:（1）裂缝的开槽;（2）裂缝的清理和干燥;（3）填封材料的准备和填装;（4）封边修整工作。
（1）裂缝的开槽
沿着裂缝开一条凹槽，主要是为正在开裂和即将合拢的裂缝提供一个充足的空间，使填入裂缝中的填封材料免于受到过分的拉、压应力的作用及交通荷载对其的破坏。特别是，对于那些预计由于气温变化而产生较大水平位移的裂缝（主要是针对横向裂缝）必须进行开槽填封修补，以适应因水平位移而使填封材料受到的应力。对这类裂缝不开槽填封修补，虽不如开槽填封修补，但其效果也较好。而如果进行裂缝填封是为了应急或施工环境条件非常恶劣，按永久性修补工艺过于耗时或无法实施时，可考虑采取应急性（即临时性）修补工艺，省去这道开槽工艺，直接采用适于应急修补的材料（改性乳化沥青）对破损裂缝进行填封修补。但是对于那些较宽的成熟裂缝，最好是将破损裂缝开槽后修补。因为只有开槽到适当宽度时，才能顺利地将填封材料填入裂缝底部，增加填封材料与裂缝壁面间的接触面积，提高其粘结性能,使填封材料不易脱出，延长填封裂缝的寿命。
（2）裂缝的清理和干燥
裂缝不论开过槽还是未开过槽，裂缝中或多或少都有一些水分、灰尘、碎屑和杂物,只不过开过槽的裂缝内（特别是裂缝壁面上）水分、碎屑、杂物少了许多。所以，开槽裂缝的清理和干燥相对较容易。为了保证填封材料与裂缝（或凹槽）壁面具有良好的粘附性，裂缝（或凹槽）壁面必须摆脱潮湿、灰尘、松散颗粒和其他残余物，其壁面应彻底清洁并完全干燥。未清洁和干燥的裂缝壁面会导致其与填封材料的粘附性能下降，易造成填封材料脱出而使填封裂缝失效。
清缝的方法一般有用压缩空气吹、喷砂处理、钢丝刷扫、用高压水喷等。而其中较为有效、简单的方法有下面两种，它们比较适宜开槽后裂缝壁面的清洁和干燥。
（3）填封材料的准备和填装
通常填封材料都是先装在储料罐中。对于乳化沥青，有时为了防止在存放期间过早出现分解破乳，在储料罐中安装搅拌装置。对于未改性沥青（如热沥青）一般可不对材料进行搅拌，但对于聚合物改性沥青和纤维改性沥青、则必须进行搅拌、加热，使改性沥青填封材料保持均匀和温度一致。一般对填封材料的加热、升温，都是用丙烷或柴油先加热导热油，再通过导热油循环间接对填封材料加热，直至加热升温到填封材料推荐的使用温度，使填封材料具有一定的流动性，并确保不能过热。不同填封材料推荐的使用温度是不同的，一般热沥青为140~160℃，改性沥青为180~200℃，而乳化沥青则为50~65℃左右。
（4）封边修整工作
填封材料填装和成型完成后，为了保护未凝固的裂缝填封材料，防止其出现轮印或溜滑问题，应立即使用吸收材料，以使它们能粘到填封材料表面，作为其暂时的覆盖物。特别是对乳化沥青或改性乳性沥青作为填封材料时，若其破乳固化时间较长，为缩短开放交通的时间，此步工艺更为重要。
筛好的干净细砂或石屑是最常用的一类吸收材料，通常将其均匀地撒在裂缝填封材料上，形成一个薄薄的上覆层，吸收多余的填封材料，有效地防止轮印，并增加路表面的抗滑能力。待填封材料冷却凝固后,可扫去多余的细砂或石屑，恢复交通。还有一种较为简单、实用的吸收方式，即在新填封的裂缝上滚铺一层单层卫生纸，将填封材料完全覆盖。所铺的一层卫生纸，可以有效地防止灰尘、碎屑被吹入或扫入新填封的裂缝中，并可加快填封材料表面的凝固，提早开放交通的时间，并减轻了行车在新填封裂缝上留下轮印。
3 小结
沥青路面破坏主要以裂缝和坑槽破损破坏为主，占路面早期病害的60%以上，这些病害的产生与路基、路面的不均匀沉降变形有直接关系。根据其产生的原因与机理可以结合裂缝填封修补的时机、施工地区的气候条件及裂缝破损的状况，选择确定恰当、合理的填封材料。