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2013年巖土工程師考試專業(yè)知識知識點10

據(jù)統(tǒng)計，我國90%以上的高等級公路瀝青路面基層及底基層都是采用半剛性材料。但半剛性基層材料的缺點是抗變形能力低、脆性大，在溫度或濕度變化時易產(chǎn)生開裂，形成路面反射裂縫，這已成為高速公路瀝青路面早期損壞的重要原因之一。

水泥穩(wěn)定級配集料是當今國內(nèi)外使用最普遍的一種半剛性基層材料，其中又以水泥穩(wěn)定碎石性能最為優(yōu)異。然而水泥穩(wěn)定碎石基層并沒有消除半剛性材料的缺點，因此如何進一步減少其反射裂縫的產(chǎn)生，依然是充分發(fā)揮路面結(jié)構(gòu)整體性能的關(guān)鍵之一?？紤]到我國作為水泥生產(chǎn)大國，原材料來源廣泛且價格低廉，水泥膠結(jié)類材料在今后很長一段時間內(nèi)仍將作為主要的道路建筑材料，因此有必要對水泥穩(wěn)定碎石基層進行研究，以便能為將來更為廣泛的應用提供經(jīng)驗。

1、裂縫形成機理

1.1 裂縫產(chǎn)生原因

半剛性基層瀝青路面的裂縫形式多種多樣，但形成的主要原因可以分為2大類，即荷載型結(jié)構(gòu)性破壞裂縫和非荷載型裂縫，包括反射裂縫和對應裂縫。荷載型結(jié)構(gòu)性破壞裂縫是由汽車動態(tài)荷載產(chǎn)生的垂直或水平應力，在基層內(nèi)部產(chǎn)生超過材料的容許抗拉極限應力的拉應力所造成;非荷載型裂縫則是環(huán)境作用的結(jié)果，主要是濕度和溫度的影響，由干縮、溫縮和疲勞作用導致，個別情況下也可能是由于路基不均勻沉陷造成。此外，在冰凍地區(qū)的瀝青路面上，還可能發(fā)現(xiàn)由路基凍脹引起的裂縫。

我國已建高速公路的半剛性路面、剛性路面和剛性組合式路面的承載能力從設(shè)計角度看是足夠的，然而調(diào)查表明，裂縫在我國各個地區(qū)的瀝青路面上十分普遍，不論南方還是北方，通車后1年最遲第2年均出現(xiàn)大量裂縫。因此，單純由荷載作用不足以引起面層破壞，瀝青路面的開裂應當是多種因素共同作用的結(jié)果。

半剛性基層瀝青路面裂縫出現(xiàn)的原因有3種可能：一是面層本身性能不良，二是由于基層干縮和溫縮開裂而反射到面層產(chǎn)生裂縫，三是由于面層、基層相互作用所引起。國外通常認為半剛性基層瀝青路面裂縫是由半剛性基層引起的反射裂縫，且這種反射裂縫主要由半剛性基層材料的干縮裂縫引起的。國內(nèi)則認為半剛性路面的裂縫有荷載型裂縫，有瀝青面層的溫度收縮裂縫，還有由半剛性基層的溫縮裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或?qū)芽p。

雖然國內(nèi)外的研究人員對反射裂縫問題已經(jīng)進行了大量的研究，但至今仍存在不同的認識，包括反射裂縫的產(chǎn)生機理。根本原因在于路面使用性能受環(huán)境因素、交通因素、材料組成與結(jié)構(gòu)等多種因素影響，甚至還包括經(jīng)濟因素、采用的研究手段等。

我國地域遼闊，又是多山國家，自然因素千差萬別，并且各地區(qū)經(jīng)濟水平參差不齊，因此半剛性路面產(chǎn)生反射裂縫的主要原因不可能一致。水泥穩(wěn)定基層的干縮主要發(fā)生在竣工后初期階段。當基層上鋪筑瀝青或水泥混凝土面層后，基層的含水量一般變化不大，此時，收縮轉(zhuǎn)化為以溫縮為主。而對于溫縮，低溫收縮在-1℃以上時，其溫縮變化不大;當在-10℃以下時，溫縮系數(shù)才劇增，是-1℃時的幾倍甚至幾十倍。因此溫縮裂縫大多發(fā)生在東北等容易形成某一負溫度的地區(qū)，而就我國南方大部分地區(qū)來說，收縮裂縫的產(chǎn)生則主要是由于干縮引起的，可以忽略低溫收縮的影響。

1.2 裂縫形成過程

對于半剛性基層，裂縫往往不是由交通荷載作用引起的。水泥穩(wěn)定碎石基層由于水分蒸發(fā)及溫度變化的影響，很容易產(chǎn)生裂紋，在承受荷載之前，就已經(jīng)存在大量的微細裂紋和孔洞。因此，實際上它是在帶有裂紋的狀態(tài)下承受交通荷載作用的，基層的溫縮和干縮是引起裂縫的內(nèi)因。

對于反射裂縫的形成，是由于面層底部的拉應力超過瀝青混凝土極限強度所致。在基層開裂后，由于基層失去抵抗拉應力的作用，就在開裂位置將應力傳遞給面層，造成面層在裂縫處的應力集中。如果此時再加上偏荷載主拉應力(或剪應力)的作用，其應力值就有可能超過材料的極限強度，面層隨之開裂。偏荷載作用的主拉應力(或剪應力)是促成反射裂縫形成的原因。因此，路面反射裂縫主要是由于基層開裂后的水平與垂直位移引起的。

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