裂縫對瀝青混凝土路面耐久性的影響分析

李玥瑛

【摘 要】為了研究裂縫對半剛性基層瀝青路面破壞的影響，在考慮水因素的條件下，研究了裂縫及裂縫滲水對瀝青路面的破壞機理。研究結果表明：裂縫的出現造成了路面結構受力的應力重分布，使得路面整體受力的格局遭到破壞，在車載的重復作用下，造成路面的局部破壞，如果修補不及時可能造成大面積的破壞；裂縫的出現使得水分滲入到路面結構內，在水-力耦合作用下造成路面的破壞。因此對瀝青砼路面裂縫的產生、發展、裂縫處受力狀況以及水-力耦合作用的分析，闡述其對瀝青路面耐久性的影響是很有指導意義的。

【關鍵詞】裂縫；瀝青路面；耐久性；半剛性基層；水-力耦合作用

1 裂縫形成機理

1.1 裂縫的分類

無論在高速公路、低等級公路以及城市道路，我們都不難看到瀝青路面上的裂縫，如網狀龜裂、橫向裂縫、縱向裂縫。裂縫的出現，有很多的因素制約，主要可分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫兩大類。其中荷載型裂縫一般都與車輛的荷載作用有著直接的關系，通過調查發現，在重車或者超重車比較多的路段，其裂縫的數量和損壞程度遠遠大于普通車通行的路段；非荷載型裂縫主要包括溫度裂縫和反射裂縫兩類。此外，在一些地基不良路段，路基的不均勻沉降會產生裂縫；在季節性凍土地帶修建的公路，常常出現路基凍脹裂縫；還有就是由于瀝青路面暴露與環境當中，隨著時間的推移，瀝青會產生老化現象從而出現瀝青老化裂縫；以上這些裂縫也屬于非荷載裂縫[1]。

1.2 荷載型裂縫

荷載型裂縫與車輛荷載之間有著很明顯的關系，有學者通過大量的實際調查發現，荷載型裂縫大都發生在輪跡帶處。半剛性基層瀝青路面的基面層模量相差較大，在車輛荷載的作用下，瀝青路面面層極易出現各種裂縫。其中，橫向水平拉應力會使半剛性基層瀝青路面層底開裂，從而產生各種Down-Top的反射裂縫；縱向水平拉應力、豎向剪應力會使輪胎作用帶開裂，從而形成裂縫。

1.3 非荷載型裂縫

非荷載型裂縫主要有溫度裂縫、路基不均勻沉降裂縫、路基凍脹裂縫以及瀝青老化裂縫等。其中以溫度裂縫最為常見，由于瀝青路面暴漏在自然環境中，經歷著高溫-低溫-高溫的溫度循環，在經歷長時間溫度升降循環以后，瀝青混凝土路面會產生疲勞，其會在小于極限抗拉強度的條件下產生開裂破壞；瀝青混凝土還會產生收縮裂縫、溫度梯度裂縫等非荷載型裂縫。有學者研究得知，瀝青混凝土勁度模量與溫度的關系[2]，如圖1：

圖1 瀝青砼勁度模量與溫度的關系圖

通過瀝青砼勁度模量與溫度的關系圖，擬合出它們之間的關系式如式（1）：

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

2 裂縫-水-力對瀝青路面的破壞

瀝青路面產生裂縫以后，在降雨的環境下，路表面的水進入裂縫中；首先，水浸入瀝青中使瀝青黏附性減小，導致混合料的強度和勁度減小；其次，水進入瀝青薄膜和集料之間，阻斷瀝青與集料的相互黏結，由于集料表面對水比對瀝青有更強的吸附力，從而使瀝青與集料表面的接觸面減小，使瀝青與集料表面剝落[3]。

在有水的情況下，行車荷載的重復作用使得瀝青路面裂縫內部產生高孔隙水壓力，致使瀝青與集料剝離， 進而導致瀝青路面的松散、泛油等一系列病害[4]。行車荷載作用下瀝青路面內部先后產生正動水壓力和真空負壓的泵吸作用，這一過程的反復沖刷會加速瀝青路面的破壞[5]。

3 裂縫對瀝青路面耐久性的影響

瀝青路面應該具有抵抗各種環境或者氣候因素影響的能力，如在水、空氣、溫度、陽光等各種因素的作用下，瀝青路面的性質不會在短時間內發生惡化；如果耐久性不好，瀝青路面的性質會在短時間內發生惡化，即瀝青結合料失去黏性、瀝青混凝土路面失去彈性而變脆，這樣在車輛的動荷載作用下，極易發生破裂或者導致瀝青粘結料與集料之間脫離，從而導致路面的松散、裂縫等破壞形式。

瀝青路面裂縫位置，在水-荷載的長期耦合作用下，會使裂縫處的瀝青混凝土老化而產生疲勞破壞，是瀝青路面極易出現損壞的地方。如果在裂縫處剛開始破壞時得不到及時有效的補救措施，該處會產生更加嚴重的破壞，從而對瀝青路面的耐久性產生一定的影響，降低半剛性基層瀝青路面的長期使用性能。

4 結語

1）無論荷載型或者非荷載型裂縫，其對瀝青路面耐久的影響都是很顯著的，應對各種裂縫產生的原因進行仔細的分析，并采取相應的措施進行預防，或者對于已經投入使用的高速公路、低等級公路以及城市道路中已經出現的裂縫，應該采取及時有效的補救措施，防治裂縫損壞程度的進一步加強，從而對路面產生嚴重的破壞，影響路面的使用耐久性性能。

2）水對于瀝青路面出現早期損壞的作用非常顯著，應該從設計、施工和養護等環節加強其對水分的抵抗能力，減小瀝青路面裂縫的產生，從而降低水進入瀝青路面面層內部的可能性，提高路面的使用性能和耐久性。

3）水-荷載耦合作用是瀝青路面實際的受力狀態，正負壓的循環使得瀝青路面產生破壞，應盡量減少裂縫的產生和及時修補已經產生的裂縫，阻止水分通過裂縫滲入到瀝青路面結構層內部對路面結構造成更大的損害，從而大大降低瀝青路面的耐久性。

【參考文獻】

[1]楊成忠.瀝青混凝土路面非荷載性裂縫形成機理研究[J].四川建筑科學研究，2006，32（3）：82-84.

[2]顧凱鋒，黃靖波，王金昌.溫度變化對瀝青混凝土路面裂縫的影響[J].中外公路，2004，24（3）：41-44.

[3]鄧學鈞.路基路面工程[M].3版.北京：人民交通出版社，2008.

[4]董澤蛟，譚憶秋，曹麗萍，鐘陽.水-荷載耦合作用下瀝青路面孔隙水壓力研究[J].哈爾濱工業大學學報，2007，39（10）：1614-1617.

[5]歐金秋.瀝青路面水損壞的動水壓力驅動機理研究[D].山東，山東大學，2012.

[責任編輯：楊玉潔]