裂缝对沥青混凝土路面耐久性的影响分析

李玥瑛

【摘 要】为了研究裂缝对半刚性基层沥青路面破坏的影响，在考虑水因素的条件下，研究了裂缝及裂缝渗水对沥青路面的破坏机理。研究结果表明：裂缝的出现造成了路面结构受力的应力重分布，使得路面整体受力的格局遭到破坏，在车载的重复作用下，造成路面的局部破坏，如果修补不及时可能造成大面积的破坏；裂缝的出现使得水分渗入到路面结构内，在水-力耦合作用下造成路面的破坏。因此对沥青砼路面裂缝的产生、发展、裂缝处受力状况以及水-力耦合作用的分析，阐述其对沥青路面耐久性的影响是很有指导意义的。

【关键词】裂缝；沥青路面；耐久性；半刚性基层；水-力耦合作用

1 裂缝形成机理

1.1 裂缝的分类

无论在高速公路、低等级公路以及城市道路，我们都不难看到沥青路面上的裂缝，如网状龟裂、横向裂缝、纵向裂缝。裂缝的出现，有很多的因素制约，主要可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两大类。其中荷载型裂缝一般都与车辆的荷载作用有着直接的关系，通过调查发现，在重车或者超重车比较多的路段，其裂缝的数量和损坏程度远远大于普通车通行的路段；非荷载型裂缝主要包括温度裂缝和反射裂缝两类。此外，在一些地基不良路段，路基的不均匀沉降会产生裂缝；在季节性冻土地带修建的公路，常常出现路基冻胀裂缝；还有就是由于沥青路面暴露与环境当中，随着时间的推移，沥青会产生老化现象从而出现沥青老化裂缝；以上这些裂缝也属于非荷载裂缝[1]。

1.2 荷载型裂缝

荷载型裂缝与车辆荷载之间有着很明显的关系，有学者通过大量的实际调查发现，荷载型裂缝大都发生在轮迹带处。半刚性基层沥青路面的基面层模量相差较大，在车辆荷载的作用下，沥青路面面层极易出现各种裂缝。其中，横向水平拉应力会使半刚性基层沥青路面层底开裂，从而产生各种Down-Top的反射裂缝；纵向水平拉应力、竖向剪应力会使轮胎作用带开裂，从而形成裂缝。

1.3 非荷载型裂缝

非荷载型裂缝主要有温度裂缝、路基不均匀沉降裂缝、路基冻胀裂缝以及沥青老化裂缝等。其中以温度裂缝最为常见，由于沥青路面暴漏在自然环境中，经历着高温-低温-高温的温度循环，在经历长时间温度升降循环以后，沥青混凝土路面会产生疲劳，其会在小于极限抗拉强度的条件下产生开裂破坏；沥青混凝土还会产生收缩裂缝、温度梯度裂缝等非荷载型裂缝。有学者研究得知，沥青混凝土劲度模量与温度的关系[2]，如图1：

图1 沥青砼劲度模量与温度的关系图

通过沥青砼劲度模量与温度的关系图，拟合出它们之间的关系式如式（1）：

S（T）=1701.8-80.9T+0.0062T4+0.017T3-1.29T2 （1）

2 裂缝-水-力对沥青路面的破坏

沥青路面产生裂缝以后，在降雨的环境下，路表面的水进入裂缝中；首先，水浸入沥青中使沥青黏附性减小，导致混合料的强度和劲度减小；其次，水进入沥青薄膜和集料之间，阻断沥青与集料的相互黏结，由于集料表面对水比对沥青有更强的吸附力，从而使沥青与集料表面的接触面减小，使沥青与集料表面剥落[3]。

在有水的情况下，行车荷载的重复作用使得沥青路面裂缝内部产生高孔隙水压力，致使沥青与集料剥离， 进而导致沥青路面的松散、泛油等一系列病害[4]。行车荷载作用下沥青路面内部先后产生正动水压力和真空负压的泵吸作用，这一过程的反复冲刷会加速沥青路面的破坏[5]。

3 裂缝对沥青路面耐久性的影响

沥青路面应该具有抵抗各种环境或者气候因素影响的能力，如在水、空气、温度、阳光等各种因素的作用下，沥青路面的性质不会在短时间内发生恶化；如果耐久性不好，沥青路面的性质会在短时间内发生恶化，即沥青结合料失去黏性、沥青混凝土路面失去弹性而变脆，这样在车辆的动荷载作用下，极易发生破裂或者导致沥青粘结料与集料之间脱离，从而导致路面的松散、裂缝等破坏形式。

沥青路面裂缝位置，在水-荷载的长期耦合作用下，会使裂缝处的沥青混凝土老化而产生疲劳破坏，是沥青路面极易出现损坏的地方。如果在裂缝处刚开始破坏时得不到及时有效的补救措施，该处会产生更加严重的破坏，从而对沥青路面的耐久性产生一定的影响，降低半刚性基层沥青路面的长期使用性能。

4 结语

1）无论荷载型或者非荷载型裂缝，其对沥青路面耐久的影响都是很显著的，应对各种裂缝产生的原因进行仔细的分析，并采取相应的措施进行预防，或者对于已经投入使用的高速公路、低等级公路以及城市道路中已经出现的裂缝，应该采取及时有效的补救措施，防治裂缝损坏程度的进一步加强，从而对路面产生严重的破坏，影响路面的使用耐久性性能。

2）水对于沥青路面出现早期损坏的作用非常显著，应该从设计、施工和养护等环节加强其对水分的抵抗能力，减小沥青路面裂缝的产生，从而降低水进入沥青路面面层内部的可能性，提高路面的使用性能和耐久性。

3）水-荷载耦合作用是沥青路面实际的受力状态，正负压的循环使得沥青路面产生破坏，应尽量减少裂缝的产生和及时修补已经产生的裂缝，阻止水分通过裂缝渗入到沥青路面结构层内部对路面结构造成更大的损害，从而大大降低沥青路面的耐久性。

【参考文献】

[1]杨成忠.沥青混凝土路面非荷载性裂缝形成机理研究[J].四川建筑科学研究，2006，32（3）：82-84.

[2]顾凯锋，黄靖波，王金昌.温度变化对沥青混凝土路面裂缝的影响[J].中外公路，2004，24（3）：41-44.

[3]邓学钧.路基路面工程[M].3版.北京：人民交通出版社，2008.

[4]董泽蛟，谭忆秋，曹丽萍，钟阳.水-荷载耦合作用下沥青路面孔隙水压力研究[J].哈尔滨工业大学学报，2007，39（10）：1614-1617.

[5]欧金秋.沥青路面水损坏的动水压力驱动机理研究[D].山东，山东大学，2012.

[责任编辑：杨玉洁]