基本介紹
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基本信息
產生機理
半剛性基層瀝青路面由於具有強度高、造價低、整體性及水穩定性好等優點，在我國公路建設中得到了廣泛的運用；但半剛性基層在運營期間易產生乾縮裂縫和低溫收縮裂縫，在交通荷載和溫度荷載的重複作用下，半剛性基層的這種收縮裂縫很容易擴展到瀝青面層而形成反射裂縫。反射裂縫一旦產生，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。關於瀝青路面斷裂分析的理論及抗裂，國內外已開展了大量的研究工作。由於斷裂力學較好的反映了結構內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套用。目前採用斷裂力學對反射裂縫的研究主要集中在縫端應力狀態及縫端應力強度因子的計算上，通過對比不同防裂措施及材料的縫端應力或應力強度因子對防裂效果進行計算比較：而對疲勞壽命的計算及疲勞壽命與路面結構參數的關係研究較少。可以採用斷裂力學有限元模型，通過疲勞斷裂分析，對溫度荷載作用下疲勞斷裂壽命進行了計算；同時對不同面層厚度和模量情況下疲勞斷裂壽命進行了計算比較，為防裂材料和防裂結構的選擇提供了理論依據。
由於舊水泥混凝土路面板接、裂縫處不能承受拉應力和剪應力，所以裂縫和接縫頂面的瀝青罩面層最容易受到損傷，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。如果瀝青罩面層與舊路面板之間有較好的粘結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力集中作用的直接結果，集中的應力使得裂縫直接擴展進入罩面層。一般認為，反射裂縫的產生和發展是由於舊水泥路面板的移動所造成的，而這些移動又主要來源於溫度變化、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，相應地由行車荷載引起的反射裂縫稱之為荷載型反射裂縫。
溫度型反射裂縫：外部環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，由於作用周期較長，瀝青罩面層的頂面與底面溫度較接近。在寒冷的季節，舊混凝土板產生收縮變形，在瀝青罩面層內產生拉應力；在炎熱的夏季，舊混凝土板膨脹，在瀝青罩面層中產生壓應力。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，使瀝青罩面層出現翹曲變形。隨著溫度的下降，在罩面層頂面產生拉應力，底面產生壓應力。溫度變化越大、越快，產生的應力越大，罩面層越容易開裂。
荷載型反射裂縫：當汽車荷載駛經接縫時，可分為3個過程：①軸載位於接縫一側時，接縫兩側產生較大的相對位移，在罩面層中造成較大的剪下應力；②軸載位於接縫頂面時，兩板無相對位移或相對位移較小，罩面層主要承受彎拉應力作用；③軸載駛離接縫時，在罩面層內產生與第一次方向相反的剪下應力，在整個過程中罩面層受到兩次剪下一次彎曲，而且是連續的。如果接縫處設有傳力桿，基層剛度大且無脫空，那么上述3個過程區分不明顯。
2.當通過某種方式消除了舊路面板上接裂縫應力集中的影響，接裂縫的第二個“作用”就是在車輛荷載的作用下使罩面結構在裂縫處產生最大的彎沉，相應地在罩面層中產生最大的應力，從而使接裂縫頂部的瀝青罩面層成為反射裂縫產生的最可能部位。
反射裂縫問題
近年來，各地經濟的迅猛發展，公路上交通量和汽車載重量劇增，對路面結構的損壞日漸加重，越來越多的舊水泥混凝土路面面臨修復工作。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修複比較困難，而加鋪瀝青混凝土罩面層不僅簡單方便，而且能有效地改善舊水泥混凝土路面的使用性能，延長其使用壽命。但由於舊水泥混凝土路面上存在接縫和裂縫等損壞現象，瀝青罩面後的複合結構往往在使用的短時期內，罩面層在對應於舊水泥混凝土板接、裂縫的位置上出現裂縫，即反射裂縫。反射裂縫本身對罩面層使用性能的影響不大，但環境因素（雨水、氧化等）的負效應，常常使得裂縫迅速向四周擴展，縮短罩面層壽命。反射裂縫是舊水泥混凝土加罩面瀝青層所面臨的一大難題。國外早在30年代就開始嘗試套用瀝青罩面層改善舊混凝土路面的使用性能，並對反射裂縫產生機理和發展過程進行調查研究。因反射裂縫問題本身十分複雜，影響因素眾多，因此關於反射裂縫產生和發展的機理至今仍沒有明確一致的結論。然而，對反射裂縫產生和發展的機理認識的程度直接關係到防治反射裂縫措施的選擇，並最終影響到罩面層的使用壽命。
影響因素
除了溫度、行車荷載等外界因素外，路面結構本身特性對反射裂縫的產生也有一定的影響，它包括：①舊路面與罩面層之間的層間粘結性能；②舊路面狀況性能參數（如舊路面板厚度、長度、接裂縫寬度、損壞狀況、接裂縫的傳荷能力等）；③罩面層結構參數與材料性能。同濟大學的於寶明對影響反射裂縫產生的各因素進行了三維有限元分析，結果顯示，影響溫度型反射裂縫的主要因素是舊路面與罩面層間的粘結狀況、罩面層厚度、舊路面板的長度、縫寬以及水泥混凝土的線收縮係數。瀝青混凝土與水泥混凝土的模量對罩面層中溫度型反射裂縫的形成也有一定的影響，舊路面板的厚度、基層模量及其線收縮係數等其他因素的影響是完全可以忽略的。
對於彎拉型反射裂縫，在正中荷載作用下，對罩面層中的應力分析結果表明：正中荷載應力隨層間界面模量的減小而增大，隨罩面層厚度的增加而減小，其他因素的影響是較小的。
影響剪下型反射裂縫最主要的因素有：舊路面與罩面層間的粘結性能、罩面層的勁度模量、罩面層的厚度、舊路面板接裂縫的寬度、舊路面板的厚度以及基層模量。舊路面板的剛度對剪下型反射裂縫的產生也有一定的影響，舊路面板的長度等因素的影響是完全可以忽略的。
反射裂縫擴展
傳統的強度理論認為，當瀝青罩面層中某點的臨界應力超過瀝青混凝土本身的極限強度時，瀝青罩面層即達到破壞狀態。實際上並非如此，瀝青罩面層中的反射裂縫從其產生到整個路面破壞，中間要經歷一個裂縫擴展階段，即反射裂縫在罩面層厚度方向上的縱向擴展和在其表面的橫向擴展。
反射裂縫的縱向擴展
斷裂力學認為，裂縫的擴展有三種位移模式：張開模式、剪下模式和撕開模式。其中溫度應力對反射裂縫影響的模式為張開模式，行車荷載對反射裂縫影響的主要模式是張開模式和剪下模式。當車輪駛經裂縫的正上方時，以張開模式來引起反射裂縫，當車輪駛在裂縫之前和之後的位置時，以剪下模式影響反射裂縫。撕開模式在罩面層中不常出現。與張開模式相對應的溫度型反射裂縫通常產生於罩面層的底部，而後向上逐漸擴展到罩面層頂面。Rigo等人套用SAPLI5程式模擬溫度應力作用下反射裂縫的擴展路徑，幾乎是垂直向上擴展的，但當氣溫非常低時，Haas認為，裂縫產生在罩面層的頂面和底面，而後向罩面層中間擴展，裂縫的這種擴展方式在Button的“罩面試驗”中得到驗證。對於正荷載作用下的張拉位移模式所對應的反射裂縫，一般產生於罩面層的底面，在周期性荷載的作用下垂直向上擴展。Brown和Caltabiano在室內試驗都證實了裂縫的這種擴展模式。在偏荷載作用時，反射裂縫以剪下模式在罩面層中向上擴展，Rigo等人對其擴展路徑進行了分析，認為裂縫在罩面層中是沿45.角的方向向上擴展的。當車輪荷載（偏荷載）和溫度應力共同作用於複合罩面結構時，Rigo等人的分析結果顯示，裂縫的擴展介於偏荷載和溫度應力單獨作用時裂縫擴展路徑之間，比偏荷載作用時的裂縫擴展途徑更垂直一些。
反射裂縫的橫向擴展
反射裂縫在瞬間是不可能貫穿整個路面寬度，除非在應力作用時，裂縫的長度已經等於或大於相對整個路面寬度的臨界長度（這裡的臨界長度是指當裂縫的長度接近或大於該長度時，裂縫的擴展非常快而且是不穩定的）。較為合理的發展過程是裂縫首先在路表面某些位置產生，然後再向兩側擴展。一般情況下，反射裂縫多出現在輪跡處，因為溫度對反射裂縫的影響在整個路面寬度內都是相同的，而行車荷載則是以一定的頻率分布在車道上的，尤其在渠化交通的道路上。與罩面層開裂有關的問題是環境因素的負效應，反射裂縫一經出現，水分的浸入、氧化以及行車的反覆作用，常常使得反射裂縫加速向四周擴展，即使裂縫貫穿整個路面寬度，也不會立即影響到行車的舒適性。同時，如果在罩面層與舊路面板之間加入了防反措施，如土工織物、SAMI等不透水材料，即使反射裂縫出現在罩面層頂面，如果這些不透水材料仍不破裂，那么就可以減少環境因素的影響，使罩面層保持在一定的使用水平，直到反射裂縫處的材料出現惡化。因此，即使罩面層中出現了裂縫，路面並不就因此而“破壞”了，如何定義路面的損壞將直接關係到罩面層的設計壽命。
