“校企一體、科教融匯”背景下內部裂隙對瀝青路面力學及路用性能的影響分析

摘 要：內部裂隙是瀝青路面常見的病害之一，對路面的力學性能和路用性能產生顯著影響。本文聚焦于瀝青路面內部裂隙這一關鍵問題，在“校企一體、科教融匯” 的獨特背景下展開深入研究。通過理論剖析、數值模擬與實驗研究的綜合手段，系統分析了內部裂隙的產生根源、發展機制，及其對瀝青路面力學性能（承載能力、疲勞壽命等）和路用性能（抗滑性能、水穩定性等）的多方位影響。研究成果對于提升瀝青路面質量、改進設計與施工方法具有重要指導意義，同時彰顯了校企合作與科教融合模式在解決實際工程難題中的顯著價值。

關鍵詞：內部裂隙 瀝青路面 力學性能 路用性能 校企一體與科教融匯

0 引言

隨著現代交通發展，瀝青路面廣泛用于交通基礎設施，承載繁重荷載。但使用中內部裂隙頻發，影響路面性能和壽命，增加維護成本，威脅行車安全。深入研究其對瀝青路面力學和路用性能的影響，對提高路面質量、延長壽命意義重大。“校企一體、科教融匯” 為研究瀝青路面內部裂隙問題帶來新視角和支持，有助于優化設計、提高施工質量、制定養護策略，還能整合資源，為解決復雜工程問題提供途徑，促進交通基礎設施可持續發展。

1 瀝青路面內部裂隙的產生原因

1.1 材料特性相關因素

瀝青的種類、標號以及質量對路面裂隙的產生有著至關重要的影響。低標號瀝青在低溫環境下容易變脆，柔韌性降低，當路面受到溫度應力或車輛荷載作用時，容易產生裂隙。此外，瀝青的老化也會導致其粘性和彈性模量發生變化，使路面材料的抗裂性能下降。例如，長期暴露在陽光和空氣中的瀝青路面，其瀝青會逐漸老化，表面出現細小裂紋。

集料的形狀、大小、表面紋理以及級配情況直接影響瀝青混合料的內部結構。棱角分明且表面粗糙的集料雖然能夠增加混合料的內摩擦力，但如果級配不合理，如粗集料過多或細集料過少，會導致混合料的孔隙率增大。過大的空隙率使得瀝青混合料在荷載作用下容易產生應力集中，從而引發裂隙。且集料的質量不佳，如含有軟弱顆粒或雜質，也會降低混合料的整體強度，增加裂隙產生的可能性。

1.2 施工工藝與質量控制因素

壓實是瀝青路面施工中的關鍵環節。如果壓實不足，瀝青混合料中的空隙無法有效排出，會在路面內部形成潛在的薄弱區域。壓路機的類型、噸位、碾壓速度、碾壓遍數以及碾壓溫度等都會影響壓實效果。例如，當碾壓速度過快或噸位不足時，混合料無法達到規定的密實度，內部殘留的空氣在車輛荷載反復作用下會逐漸形成裂隙。

施工溫度對瀝青混合料的性能影響顯著。攤鋪溫度過高會加速瀝青的老化，使其粘性降低，而溫度過低則會導致混合料變硬，難以壓實。在溫度不合適的情況下施工，會使瀝青混合料的整體性變差，容易在使用過程中產生裂隙。例如，在寒冷天氣下進行攤鋪，如果沒有采取適當的保溫措施，混合料的壓實度和黏結性都會受到影響。

1.3 荷載與環境因素的綜合作用

車輛的類型、軸重、行駛速度以及交通流量等荷載因素是導致瀝青路面裂隙發展的重要外部原因。超載車輛會使路面承受的應力遠遠超過設計值，加速路面結構的破壞。特別是在車輛頻繁剎車、啟動的路段，這種反復的水平力和垂直力作用會使路面內部產生疲勞損傷，引發裂隙的擴展。例如，在重載交通道路上，車轍和縱向裂隙往往更為嚴重。

溫度變化對瀝青路面的影響不容忽視。瀝青路面在高溫季節會因軟化而產生車轍，同時在溫度梯度作用下產生溫度應力；在低溫季節則會因收縮而產生拉應力，當這些應力超過材料的極限強度時，就會形成裂隙。此外，水分的侵入也是一個關鍵因素。雨水、地下水等通過路面的孔隙、裂隙進入路面結構內部，會削弱瀝青與集料之間的粘結力，導致集料剝落，進而加劇裂隙的發展。而且，在凍融循環地區，水分在凍結和融化過程中產生的體積變化會對路面結構造成進一步破壞。

2 內部裂隙對瀝青路面力學性能的影響

2.1 強度降低

內部裂隙的存在會顯著降低瀝青路面的整體強度。裂隙破壞了瀝青層的連續性，導致路面的抗拉強度和抗剪強度下降。裂隙會使路面的受力分散，增加了應力集中的程度，從而降低了路面對外部荷載的承載能力。此外，裂隙還會影響瀝青層的內聚力和黏結力，導致路面材料之間的粘結失效，進一步削弱了路面的整體強度。

弱化的路面強度會導致路面的變形和破壞加劇。在交通荷載作用下，裂隙容易擴展和加深，從而加劇路面的損壞。裂隙擴展還會進一步削弱路面材料的連續性，導致更多的松散顆粒和空隙出現，進一步破壞了路面的整體結構[1]。這會引發更嚴重的病害，如路面下沉、龜裂和坑洞等，最終導致路面的失效。

2.2 抗剪強度減小

內部裂隙的存在會顯著降低瀝青路面的抗剪強度。裂隙作為一個弱點，會導致瀝青層內部的剪切應力集中于裂隙周圍，使得路面的抗剪能力減小。當交通荷載作用于路面時，裂隙處的剪切變形集中在該位置，增加了該區域的應力和應變，從而進一步加劇裂隙的擴展和發展。

裂隙的存在使得瀝青層無法形成均勻的應力分布，剪切應力難以得到有效分散和承載。由于剪切應力集中在裂隙周圍，導致裂隙附近的瀝青材料承受較大的剪切應力，而其他區域則承受較小的剪切應力[2]。這種剪切應力不均勻的分布會導致瀝青層的剪切破壞和位移的集中，從而加劇裂隙的擴展和發展。

抗剪強度的減小會導致路面的剪切破壞和變形加劇。隨著裂隙的擴展，瀝青層的連續性遭到破壞，砂漿石料之間的粘結力減弱，進一步削弱了路面的整體抗剪強度。

2.3 抗水剝離性能下降

內部裂隙的存在會顯著降低瀝青路面的抗水剝離性能。裂隙破壞了瀝青層的整體結構，使得水分滲透到路面內部。當水分進入裂隙中，與瀝青膠發生反應，導致瀝青膠的老化和降解，進而影響瀝青層的黏結性能和抗水剝離性能。

水分的滲透和瀝青膠的老化會削弱瀝青層的黏結性能。水分進入裂隙后，與瀝青膠中的瀝青分子發生化學反應，導致瀝青膠的硬化和老化。這使得瀝青膠失去了原本的黏結力，無法有效地將石料粒子固定在一起，從而降低了瀝青層的抗水剝離性能[3]。

裂隙的存在還會加劇水分滲透和排水不暢的問題，進一步損害瀝青路面的穩定性和耐久性。水分進入裂隙后，在交通荷載的作用下，會引起水的膨脹和收縮，加劇裂隙的擴展和發展。

2.4 車轍和噪聲問題

內部裂隙對瀝青路面的車轍和噪聲問題產生明顯影響。裂隙破壞了瀝青層的連續性和穩定性，導致路面的不均勻沉降和變形，進而形成車轍和凹凸不平的路面表面。車轍的形成不僅會影響駕駛的舒適性和行車安全性，還會加速裂隙的擴展和損壞，進一步加劇路面的病害發展。此外，裂隙也會增加路面的噪聲產生。當車輛經過裂隙區域時，車輪與路面的接觸不均勻，產生顛簸和振動，引發噪聲的產生。這些噪聲不僅對駕駛員和乘客產生不適，還對周圍環境和居民造成噪聲污染。特別是在頻繁通行的道路和靠近居民區的路段，噪聲問題更加突出，影響到居民的生活質量和健康。

3 內部裂隙對瀝青路面路用性能的影響

3.1 行車舒適性下降

內部裂隙對瀝青路面的行車舒適性產生明顯影響。裂隙破壞了路面的平整性和連續性，導致路面表面不平整。當車輛行駛在裂隙區域時，車輪會受到不均勻的支撐和顛簸的影響，引起車輛的顛簸和震動。這降低了駕駛員和乘客的行車舒適性，使得駕駛過程更加顛簸、不穩定和不舒適。

裂隙導致的路面不平整還會增加車輛的操控難度。車輛在不平整的路面上行駛時，容易產生搖擺和漂移的現象，對駕駛員的操控能力提出更高的要求。這不僅對駕駛員的駕駛體驗造成影響，還可能增加行車事故的風險[4]。

3.2 輪胎磨損加劇

內部裂隙對瀝青路面的輪胎磨損產生明顯影響。裂隙破壞了路面的平整性，使路面表面不平整。當車輛行駛在裂隙區域時，輪胎與路面之間的接觸面積不均勻，摩擦力增加，從而加劇了輪胎的磨損和磨耗。

不平整的路面會導致輪胎受到額外的沖擊和振動，使得輪胎胎面與路面的接觸壓力不均勻，特定區域的輪胎胎面受到更大的壓力和摩擦力，從而加速輪胎的磨損。此外，不平整路面還容易產生尖銳物體和突起，進一步增加了輪胎與路面的摩擦和磨損。

輪胎的磨損不僅會降低輪胎的使用壽命，還會影響車輛的操控性和行駛安全。磨損嚴重的輪胎減少了與路面的摩擦力，降低了牽引力和制動效果，增加了車輛在濕滑路面上的打滑風險。

3.3 維護成本增加

路面的內部裂隙問題不僅導致了病害的發展和擴展，還進一步提高了路面維護和修復的頻率和成本。這些裂隙擴大了破損區域，使水、冰和車輛運行時的振動更容易侵蝕路面結構。由于這種持續的破壞性影響，道路管理機構需要更頻繁地進行維護和修復工作，以防止進一步的惡化和安全隱患。維護成本的增加包括了人力、材料和設備等方面的投入，同時還需要耗費大量的時間和精力。

4 預防內部裂隙的方法

在瀝青路面的設計和施工中，有幾個關鍵方面可以幫助減少內部裂隙的風險并降低維護成本。首先，合理設計路面是關鍵。在設計階段，應考慮交通荷載、氣候條件和材料性能等因素，確定適當的瀝青混合料配合比和施工厚度，以減少應力集中和熱應力的產生。其次，材料的選擇和改進也十分重要。選擇優質的瀝青膠和骨料，確保它們之間的粘結力和相容性。通過改變瀝青的黏度、添加劑和改良劑的使用，可以提高瀝青混合料的抗裂性能和抗老化性能，從而減少內部裂隙的形成。最后，在施工過程中需要進行有效的控制。控制施工溫度和時間，避免溫度變化過大和施工時間過長。合理的施工控制可以降低熱應力和應力集中，減少內部裂隙的發生[5]。通過綜合考慮合理設計、材料改進和施工控制等方面，可以有效降低內部裂隙的風險，減少路面維護成本的增加。

5 修復內部裂隙的方法

在維護和修復內部裂隙時，有幾種有效的方法可供選擇。首先是熱補修技術，通過加熱設備將修復材料熔化填充裂隙，然后冷卻固化，恢復瀝青層的連續性和強度。其次是密封層修復，通過涂覆密封層材料在路面表面形成一層保護層，防止水分滲透和裂隙的擴展，修復現有裂隙并預防新裂隙的形成。

另一種方法是裂縫灌縫，適用于較寬的內部裂隙。通過將填縫材料注入裂隙中，填充裂隙空間并增強路面的連續性。最后是薄層覆蓋，即在瀝青路面表面覆蓋一層薄層材料，修復和保護路面。薄層覆蓋可以填平裂隙，提高路面的平整度和穩定性[6]。

綜合運用熱補修、密封層修復、裂縫灌縫和薄層覆蓋等方法，可以有效修復內部裂隙，延長路面使用壽命，并降低維護成本。根據裂隙的具體情況和路面狀況，選擇適合的修復方法是至關重要的。

6 “校企一體、科教融匯”在研究中的作用與實踐

6.1 校企合作的實踐優勢互補

企業在瀝青路面的建設、維護和管理過程中積累了豐富的實踐經驗和大量的實際工程數據。這些數據包括不同地區、不同等級道路的瀝青路面在使用過程中內部裂隙的出現時間、位置、形態以及發展趨勢等信息。通過與企業合作，學校研究人員可以獲取這些寶貴的數據資源，為建立更準確地理論模型和分析方法提供依據。以河南交通職業技術學院為例，學校擁有“校中廠、廠中校”的校企合作單位以及先進的實驗設備、專業的科研人才和系統的理論研究方法。學校利用優勢，對企業提供的數據進行深入分析，從理論層面解釋內部裂隙的產生和發展機制。同時，學校可以開展針對性的實驗研究，模擬不同條件下瀝青路面內部裂隙的情況，為企業提供科學的解決方案。例如，學校利用材料力學實驗設備對含有裂隙的瀝青混合料試件進行力學性能測試，為企業改進施工工藝提供理論支持。

6.2 科教融合的創新研究模式

科教融合促使學校將先進的科學理論應用于瀝青路面內部裂隙問題的研究。例如，利用斷裂力學理論，可以更準確地分析裂隙的拓展路徑和速率；運用流變學理論，可以深入研究瀝青在不同溫度和應力條件下的變形特性，從而更好地理解裂隙產生的機理。同時，學校將現代信息技術引入研究中，如利用數字圖像處理技術對路面裂隙進行定量分析，通過BIM計算機模擬技術對不同工況下的路面性能進行預測，為企業提供更精確的決策依據。

6.3 人才培養與產業需求對接

在 “校企一體、科教融匯” 的模式下，學校培養的人才能夠更好地滿足產業發展的需求。學生在參與瀝青路面內部裂隙問題研究的過程中，不僅掌握了扎實的理論知識，還通過與企業的合作實踐，了解了實際工程中的問題和解決方案。這種培養模式使得畢業生能夠迅速適應企業工作，為企業提供高素質的專業人才，促進交通基礎設施建設行業的持續發展。

7 結語

內部裂隙對瀝青路面的力學性能和路用性能產生顯著影響。在“校企一體、科教融匯” 的背景下，本研究全面深入地解析了瀝青路面內部裂隙對其力學和路用性能的影響。通過政行企校四方合作，對裂隙產生原因的分析，明確了材料、施工、荷載和環境等因素在裂隙形成和發展過程中的關鍵作用。通過對內部裂隙的形成機理和對瀝青路面性能的影響進行分析，以及預防和修復內部裂隙的方法進行探討，希望可以有效改善瀝青路面的力學性能和路用性能，這不僅可以提高路面的承載能力和耐久性，還可以提升行車舒適性和安全性，今后更好應用于實驗研究與教學案例。

基礎項目：1.2024 年度河南省高等教育教學改革研究與實踐項目《交通運輸類高職院校“校企一體、科教融匯”育人模式研究與實踐》（2024SJGLX0677）2.河南省高等學校重點科研項目（25B440006）《地下水位變化高鐵采空區地基失穩破壞機制及預警技術研究》 3. 河南省高等學校重點科研項目（24B580002 ） 《 基于綠色低碳理念的高速公路團霧監測預警體系及治理策略研究 》 4. 2025 年度河南省高校人文社會科學研究一般項目《基于職業能力遞進的高職智能網聯汽車專業課程體系構建研究》 項目編號：2025-ZDJH-128 5.河南交通職業技術學院校級教改項目《基于融合融通融匯理念的雙創課程體系構建與實施》（2023JG42）；6.河南交通職業技術學院校級教改項目《高等職業學校“校中廠”產教融合協同育人研究與實踐》（2023JG47）；7.2023年河南省職業教育教學改革研究與實踐項目，項目編號：豫教[2024]05753。

參考文獻：

[1]尹力勃.混合料內部裂隙對瀝青路面路用性能的影響[J].交通世界，2023（13）：41-44.

[2]鄭嬋娟，黃建華.濕熱環境下瀝青路面裂隙治理技術探究[J].交通世界，2021（22）：120-121+136.

[3]姜勇.混合料內部裂隙對瀝青路面疲勞性能影響研究[D].重慶：重慶交通大學，2021.

[4]職子涵.基于連續—非連續理論的損傷結構力學響應數值模擬分析[D].鄭州：鄭州大學，2020.

[5]車宗原，游征宇.基于PFWD的半剛性路面基層裂隙檢測及描述技術探究[J].中國公路，2019（23）：112-113.

[6]錢尼貴.基于格子Boltzmann方法的路面路基細觀滲流特性及試驗研究[D].廣州：華南理工大學，2018.