低溫AC路面基層反射裂縫的擴展研究

凌升河 劉 琪 秦周傲宇

（1.紹興市城投再生資源有限公司，浙江紹興 312000；2.紹興文理學院土木工程學院，浙江紹興 312000）

瀝青混凝土路面經常出現結構性方面的破壞，反射裂縫是造成破壞的主要原因，也是亟待解決的問題。我國有許多高寒地區，這些地區的道路具有道路建設成本高、日后的維護困難等特點，有必要研究減少瀝青混凝土路面形成反射裂縫可能性的方法。在低溫情況下，瀝青呈脆性，類似脆性材料，低溫瀝青也具有抗壓不抗拉的性質。

徐世法等[1]利用現場實際調查法得出道路表層和面層的溫度關系。石名磊等[2]利用其在現場的實際調查，總結道路的裂縫機制，其中包括兩種失去穩定的種類，第一種為道路基層失衡，第二種為道路強度失衡。孫迪[3]研究軟土地基裂紋的產生原因和擴展機理，根據研究結果提出預防方法，加強對地質條件差的地基道路的預防預報。鄭建龍等[4]在瀝青表面溫度章節以大范圍的冷卻效果計算，研究不同裂紋寬度和不同冷卻速度對溫度應力的影響。周富杰等[5]采用計算機軟件進行有限元計算，研究裂紋端部在氣溫變化下的變化。范植昱[6]采用計算機軟件進行有限元計算，研究道路存在的裂紋情況。張起森[7]采用相關的力學運算對裂紋進行歸納，對反射裂縫進行分析。劉善平等[8]運用力學相關模型理論，研究道路的裂紋問題。

在一些高寒地區，瀝青路面結構表面常出現一些等間距的裂縫，裂縫距離近似，裂縫方向垂直于路面行進方向，貫通整個路面結構，道路裂紋的間隔代表道路的性能強弱[9]。

瀝青路面結構中等間距裂縫現象如圖1所示。

圖1 瀝青路面結構中等間距裂縫現象

文章研究高寒地區不同S/T值（裂縫間距與面層厚度的比值）對瀝青混凝土路面的影響，通過應力與聲發射分析以及累計聲發射的分析，研究高寒地區的聲發射裂縫的擴展規律，為相關工程提供參考。

1 數值模型的建立及邊界條件

在AC路面結構基層的上表面處預設3條等間距且深度相同的裂縫。裂縫間距分別為250、500、750、1 000 mm，對應的S/T的值分別為1.25、2.50、3.75、5.00。預制模型的實際長、厚分別為5 000、1 200 mm，上表層厚度為200 mm，下層結構厚度為1 000 mm。模型面層未施加約束，其他部位施加固定約束。從0開始，每一加載步下降1℃，一直下降至-40℃。

多單元應力分析位置如圖2所示。

圖2 多單元應力分析位置

材料力學參數如表1所示。

表1 材料力學參數

2 應力與聲發射分析

研究裂縫間距為250、500、750、1 000 mm時，在氣溫的影響下，模型應力與聲發射的情況。

不同S/T下拉應力-加載步曲線如圖3所示。

圖3 不同S/T下拉應力-加載步曲線

不同S/T加載步-聲發射曲線如圖4所示。

圖4 不同S/T加載步-聲發射曲線

由圖3、圖4可知，不同S/T值下，加載步-聲發射曲線和拉應力-加載步曲線裂縫間距為250、500、750、1 000 mm時，有一個暴漲點出現，在兩幅曲線中的加載步值約為21。加載步-聲發射曲線和拉應力-加載步曲線中，聲發射與拉應力均在21加載步附近出現最大值。

隨著加載步持續加載，其拉應力與聲發射出現斷崖式下跌。在裂縫間距分別為250、500、750、1 000 mm情況下，曲線基本呈相似趨勢變化，其拉應力與聲發射的最大值也出現在相近的加載步，但最大值不同。將裂縫間距為250、500、750、1 000 mm時的最大拉應力進行匯總整理畫圖，對S/T和峰值應力數據進行擬合。

S/T與最大應力曲線如圖5所示。

圖5 S/T與最大應力曲線

由圖5可知，最大拉應力呈波動下降趨勢，在裂縫間距不斷增大的情況下，道路結構中反射裂縫所需要的最大拉應力呈波動下降趨勢，表明在裂縫間距不斷增加的情況下，更容易出現反射裂縫。S/T=3.75時，最大水平應力69.5 MPa，高于S/T為2.5與5.0時的最大拉應力水平。

3 結語

在裂縫間距不斷增大的情況下，道路結構中反射裂縫所需最大拉應力呈波動下降，更容易出現反射裂縫。S/T值為3.75時，最大水平拉應力為69.5 MPa，高于S/T值為2.5與5.0時的最大拉應力水平，低溫瀝青材料抗壓不抗拉。AC路面工程中，應在基層預制一定間隔的裂縫，可以獲得較好的抗反射裂縫效果，具體的間隔裂縫間距根據具體的工程參數計算。