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摘要：本文结合笔者多年工作经验，对道路改造中沥青加铺层反射裂缝的形成原因进行了初步的分析，并对SMA面层的反射裂缝提出了相应的控制方案，仅供参考。
关键词：道路改造 混泥土里面 沥青反射裂缝 控制方案
中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：
1 SMA混合料的优良性能
改革开放以来，我国公路进入发展速度最快、规模最大、最具活力的时期，截至2012年底，我国公路通车总里程将突破490万公里，其中高速公路通车里程9.6万公里，位居世界前列。然而，随着我国经济的快速发展，上世纪八、九十年代我国兴建的大量水泥混凝土路面已不能适应当前日益增长的交通运输要求，亟需对其升级改造。在原有的水泥混凝土路面上加铺沥青面层是目前应用较多的改造措施之一。但如前所述，普通沥青面层的路用性能较差，往往使用不久就出现损坏，如重载车辆作用下所造成的车辙、推拥的永久变形、局部龟裂以及反射裂缝等形式的破坏。近年来，在我国新建高等级公路和原有道路改造中，沥青玛蹄脂碎石混和料(SMA)以其优良的抗车辙、抗滑、抗裂性能得到了越来越广泛的应用。该项技术产生于20世纪60年代的德国，世界上第一条SMA路面始建于60年代中期的德国，距今已40余年的历史，至今仍处于较好的服务水平。SMA混合料的出现，为很好的解决沥青路面的低温抗裂性、高温稳定性及抗滑与渗水性能之间的矛盾提供了一个非常有效的途径。国内外研究成果和实践表明，SMA沥青混合料具有以下几方面的优点：
(1)SMA沥青混合料采用间断级配，可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较强的抗车辙能力；
(2)SMA混合料的集料之间填充了相对数量的沥青玛蹄脂，它具有较好的粘结作用，其柔性和韧性使混合料有良好的低温变形能力；
(3)SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，玛蹄脂与集料的粘结力好，可以大大改善混合料的水稳定性；
(4)SMA粗集料含量高，且要求石料坚硬、粗糙、耐磨，路面压实后表面形成较大孔隙，使抗滑性能明显提高；
(5)SMA混合料内部被玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，空隙率又小，沥青与空气的接触少，故混合料的耐老化性能好；
(6)SMA结构可以减少维修养护费用，延长使用寿命。
2沥青加铺层反射裂缝的形成因素
1.1形成因素
(1)由于接缝、裂缝的存在，旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度降低，而且在外力作用下，沥青加铺层处于三维应力状态。车辆通过不连续的板体时，因为接缝、裂缝两侧相邻板块产生竖向反射裂缝位移差，沥青加铺层在相应位置出现较大的剪切应力，这种剪切应力是沥青加铺层产生反射裂缝的主要原因。通常把这种裂缝称为荷载型反射裂缝。
(2)因路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，沥青加铺层和旧水泥棍凝土面板发生缩胀，产生温度应力。由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不连续，因此沥青加铺层同时承受其本身以及旧路面所产生的温度应力，特别是在冬季气温较低时，沥青加铺层在接缝、裂缝处，因为拉应力过大而开裂，形成温度型反射裂缝。
1.2反射裂缝的扩展模式
根据断裂力学理论，裂缝扩展主要有张开型、撕开型、拉断型三种类型。在道路结构中，不同的荷载以及荷载的不同作用方式会导致不同的开裂模式。温度应力对反射裂缝影响的模式为张开模式，行车荷载对反射裂缝影响的主要模式为张开模式和剪切模式。当车轮驶经裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝。在裂缝之前和之后的位置，主要以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在罩面层中不常出现。与张开型模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于薄层面层底部，而后向上逐渐扩展到罩面层顶面。当罩面层为沥青面层或面层较厚且气温较低时，裂缝产生在面层的顶面和底面，而后向面层中间扩展，形成所谓的对应裂缝。对于正荷载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于面层底面，在周期性荷载的作用下垂直向上扩展。在偏荷载作用时，反射裂缝以剪切模式在面层中向上扩展，其扩展路径在罩面层中是沿大约45°角的方向向上扩展。当车轮荷载(偏荷载)和温度应力共同作用于复合面结构时，裂缝的扩展界于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展路径更垂直一些。行车荷载与温度荷载祸合作用对温缩裂缝具有一定的影响，在这两种荷载的共同作用下裂缝扩展模式为复合型裂缝扩展。
3 SMA面层的反射裂缝控制方案
3.1消除原有水泥混凝土路面的缺陷
(1)要对原有水泥混凝土路面缺陷(病害)进行全面的调查，对出现的路面病害、部分结构承载力不足等要分析其形成的原因，做到对症下药。一般说来，在调查过程中要对旧水泥路的病害分段进行统计，采用探地雷达、弯沉仪等对混凝土板的脱空和其结构层的均匀情况、路面承载能力进行检测评价。
(2)针对不同种类的病害采取相应的措施进行处理。对边角破碎损坏较深和较宽的路面，先用切割机切除损坏部分，然后澆筑同标号混凝土；对破损较浅、较窄的，凿除5cm以上，然后用细石拌制的混凝土混合料填平；对发生错台或板块网状开裂，在充分考虑路基质量的同时，将整个板全部凿除，重新夯实路基及基层，浇筑同标号混凝土；对于板块脱空、桥头沉陷、板的不均匀沉陷及弯沉较大的部位，钻穿板块，用水泥浆高压灌注处理。
3.2严格控制原材料的质量
3.2.1粗集料
SMA级配组成特点就是粗骨料之间形成互相嵌挤的石一石结构，从而使之具有较高的高温稳定性。为了保证SMA良好的路用性能，充分发挥SMA优良特性。粗集料必须具有以下特点：1)足够的坚韧性；2)具有较好的颗粒形状，严格限制扁平颗粒含量；3)破碎面粗糙，石质致密。
3.2.2细集料
细集料在SMA中占的比例较少，往往不超过10%，但细集料对SMA性能影响也不小，SMA中的细集料，一般应为粗集料加工的机制砂。由于机制砂是采用碎石反复破碎制成，所以它有良好的棱角性和嵌挤性能，且泥土较少，能提高混合料的高温稳定性；尽量少用或不用天然砂及石屑，天然砂棱角性较差，且含泥量无法控制，而石屑为生产集料时粘附在片石上的风化较严重、杂质含量较多、较软弱的部分轧制而得，扁平含量高，石粉中有较多的泥土。
3.2.3矿粉
矿粉在沥青混合料中的作用至关重要，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗、细集料产生粘附作用。在SMA中，矿粉用量比普通的沥青混凝土要多，矿粉的质量尤为重要，必须采用与沥青有较好粘附效果的石灰石磨制。同时矿粉的细度也应符合要求，小于0.075mm的含量应大于75%。
3.2.4沥青
不同油源决定了沥青的性质已为世界所公认。据统计，在我国道路沥青面层的大量反射裂缝的形成与沥青的油源密切相关。稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变，有较低的劲度模量，所以抗裂性能要高得多，说明选择油源是提高道路沥青质量的最根本的手段。我国充分利用国产稠油以及渤海原油中一些环烷基和中间基原油，同时进口了相当数目的中东原油炼制的沥青，在质量上有了相当的提高，己经能够达到重交通道路枷青的技术要求，这是减少沥青路面反射裂缝的最重要的措施之一。
3.2.5纤维稳定剂
SMA中纤维稳定剂的作用主要为吸附沥青，以使沥青用量增加，沥青油膜变厚，从而使玛蹄脂充分填充到骨架空隙中，隆低空气体积率，减少渗水量，以提高混合料的水稳定性和耐久性。因此，纤维稳定剂应满足规范要求的吸油率等指标，且施工添加时易分散，避免成团，SMA中的纤维稳定剂最好采用木质素纤维。
3.3配合比设计
材料选定后，关键的一个工作就是配合比设计，配合比设计必须选择合理的级配及沥青用量，才能铺筑出性能优良的SMA路面。配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法进行，遵循热拌沥青}昆合料配合比设计方法即通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段，确定各规格集料的比例、矿料级配和最佳沥青用量，尤其要注意严格控制粗骨料间隙率、集料孔隙率、空气体积率等指标。
结束语
水泥混凝土路面产生裂缝的原因是复杂的，它和设计、施工及原材料的质量均有密切关系。了解露面产生的裂缝原因，可以采取正确的措施对路面的裂缝进行预防，有利于延长路面使用周期，降低养护成本；同时更要求加强前期准备工作，严格执行操作规程，在施工过程中尽可能采用先进的施工技术、工艺和管理办法。实践证明，如果在各方面把好关，从根本抓起，是可以将裂缝等缺陷降低到最低限度的。
参考文献
[1]梁海勇.玻璃纤维格栅在水泥混凝土路面改造中的应用[J]，建筑安全，2006
[2]李纪德，半刚性基层沥青路面反射裂缝形成机理及防治裂缝分析[J]，交通标准化，2006
[3]沈康鉴，SMA主要性能指标及施工质量控制浅析[J]，公路，2008
关键词：道路改造 混泥土里面 沥青反射裂缝 控制方案
中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：
1 SMA混合料的优良性能
改革开放以来，我国公路进入发展速度最快、规模最大、最具活力的时期，截至2012年底，我国公路通车总里程将突破490万公里，其中高速公路通车里程9.6万公里，位居世界前列。然而，随着我国经济的快速发展，上世纪八、九十年代我国兴建的大量水泥混凝土路面已不能适应当前日益增长的交通运输要求，亟需对其升级改造。在原有的水泥混凝土路面上加铺沥青面层是目前应用较多的改造措施之一。但如前所述，普通沥青面层的路用性能较差，往往使用不久就出现损坏，如重载车辆作用下所造成的车辙、推拥的永久变形、局部龟裂以及反射裂缝等形式的破坏。近年来，在我国新建高等级公路和原有道路改造中，沥青玛蹄脂碎石混和料(SMA)以其优良的抗车辙、抗滑、抗裂性能得到了越来越广泛的应用。该项技术产生于20世纪60年代的德国，世界上第一条SMA路面始建于60年代中期的德国，距今已40余年的历史，至今仍处于较好的服务水平。SMA混合料的出现，为很好的解决沥青路面的低温抗裂性、高温稳定性及抗滑与渗水性能之间的矛盾提供了一个非常有效的途径。国内外研究成果和实践表明，SMA沥青混合料具有以下几方面的优点：
(1)SMA沥青混合料采用间断级配，可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较强的抗车辙能力；
(2)SMA混合料的集料之间填充了相对数量的沥青玛蹄脂，它具有较好的粘结作用，其柔性和韧性使混合料有良好的低温变形能力；
(3)SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，玛蹄脂与集料的粘结力好，可以大大改善混合料的水稳定性；
(4)SMA粗集料含量高，且要求石料坚硬、粗糙、耐磨，路面压实后表面形成较大孔隙，使抗滑性能明显提高；
(5)SMA混合料内部被玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，空隙率又小，沥青与空气的接触少，故混合料的耐老化性能好；
(6)SMA结构可以减少维修养护费用，延长使用寿命。
2沥青加铺层反射裂缝的形成因素
1.1形成因素
(1)由于接缝、裂缝的存在，旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度降低，而且在外力作用下，沥青加铺层处于三维应力状态。车辆通过不连续的板体时，因为接缝、裂缝两侧相邻板块产生竖向反射裂缝位移差，沥青加铺层在相应位置出现较大的剪切应力，这种剪切应力是沥青加铺层产生反射裂缝的主要原因。通常把这种裂缝称为荷载型反射裂缝。
(2)因路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，沥青加铺层和旧水泥棍凝土面板发生缩胀，产生温度应力。由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不连续，因此沥青加铺层同时承受其本身以及旧路面所产生的温度应力，特别是在冬季气温较低时，沥青加铺层在接缝、裂缝处，因为拉应力过大而开裂，形成温度型反射裂缝。
1.2反射裂缝的扩展模式
根据断裂力学理论，裂缝扩展主要有张开型、撕开型、拉断型三种类型。在道路结构中，不同的荷载以及荷载的不同作用方式会导致不同的开裂模式。温度应力对反射裂缝影响的模式为张开模式，行车荷载对反射裂缝影响的主要模式为张开模式和剪切模式。当车轮驶经裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝。在裂缝之前和之后的位置，主要以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在罩面层中不常出现。与张开型模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于薄层面层底部，而后向上逐渐扩展到罩面层顶面。当罩面层为沥青面层或面层较厚且气温较低时，裂缝产生在面层的顶面和底面，而后向面层中间扩展，形成所谓的对应裂缝。对于正荷载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于面层底面，在周期性荷载的作用下垂直向上扩展。在偏荷载作用时，反射裂缝以剪切模式在面层中向上扩展，其扩展路径在罩面层中是沿大约45°角的方向向上扩展。当车轮荷载(偏荷载)和温度应力共同作用于复合面结构时，裂缝的扩展界于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展路径更垂直一些。行车荷载与温度荷载祸合作用对温缩裂缝具有一定的影响，在这两种荷载的共同作用下裂缝扩展模式为复合型裂缝扩展。
3 SMA面层的反射裂缝控制方案
3.1消除原有水泥混凝土路面的缺陷
(1)要对原有水泥混凝土路面缺陷(病害)进行全面的调查，对出现的路面病害、部分结构承载力不足等要分析其形成的原因，做到对症下药。一般说来，在调查过程中要对旧水泥路的病害分段进行统计，采用探地雷达、弯沉仪等对混凝土板的脱空和其结构层的均匀情况、路面承载能力进行检测评价。
(2)针对不同种类的病害采取相应的措施进行处理。对边角破碎损坏较深和较宽的路面，先用切割机切除损坏部分，然后澆筑同标号混凝土；对破损较浅、较窄的，凿除5cm以上，然后用细石拌制的混凝土混合料填平；对发生错台或板块网状开裂，在充分考虑路基质量的同时，将整个板全部凿除，重新夯实路基及基层，浇筑同标号混凝土；对于板块脱空、桥头沉陷、板的不均匀沉陷及弯沉较大的部位，钻穿板块，用水泥浆高压灌注处理。
3.2严格控制原材料的质量
3.2.1粗集料
SMA级配组成特点就是粗骨料之间形成互相嵌挤的石一石结构，从而使之具有较高的高温稳定性。为了保证SMA良好的路用性能，充分发挥SMA优良特性。粗集料必须具有以下特点：1)足够的坚韧性；2)具有较好的颗粒形状，严格限制扁平颗粒含量；3)破碎面粗糙，石质致密。
3.2.2细集料
细集料在SMA中占的比例较少，往往不超过10%，但细集料对SMA性能影响也不小，SMA中的细集料，一般应为粗集料加工的机制砂。由于机制砂是采用碎石反复破碎制成，所以它有良好的棱角性和嵌挤性能，且泥土较少，能提高混合料的高温稳定性；尽量少用或不用天然砂及石屑，天然砂棱角性较差，且含泥量无法控制，而石屑为生产集料时粘附在片石上的风化较严重、杂质含量较多、较软弱的部分轧制而得，扁平含量高，石粉中有较多的泥土。
3.2.3矿粉
矿粉在沥青混合料中的作用至关重要，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗、细集料产生粘附作用。在SMA中，矿粉用量比普通的沥青混凝土要多，矿粉的质量尤为重要，必须采用与沥青有较好粘附效果的石灰石磨制。同时矿粉的细度也应符合要求，小于0.075mm的含量应大于75%。
3.2.4沥青
不同油源决定了沥青的性质已为世界所公认。据统计，在我国道路沥青面层的大量反射裂缝的形成与沥青的油源密切相关。稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变，有较低的劲度模量，所以抗裂性能要高得多，说明选择油源是提高道路沥青质量的最根本的手段。我国充分利用国产稠油以及渤海原油中一些环烷基和中间基原油，同时进口了相当数目的中东原油炼制的沥青，在质量上有了相当的提高，己经能够达到重交通道路枷青的技术要求，这是减少沥青路面反射裂缝的最重要的措施之一。
3.2.5纤维稳定剂
SMA中纤维稳定剂的作用主要为吸附沥青，以使沥青用量增加，沥青油膜变厚，从而使玛蹄脂充分填充到骨架空隙中，隆低空气体积率，减少渗水量，以提高混合料的水稳定性和耐久性。因此，纤维稳定剂应满足规范要求的吸油率等指标，且施工添加时易分散，避免成团，SMA中的纤维稳定剂最好采用木质素纤维。
3.3配合比设计
材料选定后，关键的一个工作就是配合比设计，配合比设计必须选择合理的级配及沥青用量，才能铺筑出性能优良的SMA路面。配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法进行，遵循热拌沥青}昆合料配合比设计方法即通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段，确定各规格集料的比例、矿料级配和最佳沥青用量，尤其要注意严格控制粗骨料间隙率、集料孔隙率、空气体积率等指标。
结束语
水泥混凝土路面产生裂缝的原因是复杂的，它和设计、施工及原材料的质量均有密切关系。了解露面产生的裂缝原因，可以采取正确的措施对路面的裂缝进行预防，有利于延长路面使用周期，降低养护成本；同时更要求加强前期准备工作，严格执行操作规程，在施工过程中尽可能采用先进的施工技术、工艺和管理办法。实践证明，如果在各方面把好关，从根本抓起，是可以将裂缝等缺陷降低到最低限度的。
参考文献
[1]梁海勇.玻璃纤维格栅在水泥混凝土路面改造中的应用[J]，建筑安全，2006
[2]李纪德，半刚性基层沥青路面反射裂缝形成机理及防治裂缝分析[J]，交通标准化，2006
[3]沈康鉴，SMA主要性能指标及施工质量控制浅析[J]，公路，2008