论沥青路面裂缝的产生机理及防治措施

赵文博 柴亚楠

摘要

沥青路面裂缝是路面常见的病害之一，它严重影响着道路的通行能力以及安全性。本文通过研究裂缝产生的机理，分析几种常见的裂缝类型，并提出防治措施，对工程实际有一定指导意义。

关键词：沥青路面裂缝，裂缝产生机理，断裂理论，裂缝类型，防治措施

1.前言

近年来沥青路面因其独特优势被广泛修筑。但是受各种因素的影响，沥青路面常会出现裂缝病害。随着通行时间的增长，裂缝逐步扩展，会发展成翻浆、沉陷等病害，致使道路结构出现整体性破坏，丧失承载能力。因此，研究裂缝产生的机理，认识分析裂缝的类型及产生的原因，并采取相应的防治措施，是当前的重要工作。

2.裂缝产生机理

2.1传统疲劳强度理论

传统疲劳强度理论认为路面的裂缝是由于荷载引起的重复加载疲劳应力超过沥青混合料的强度而发生的。根据小型疲劳试验得到路面材料的疲劳方程如下：

式中：N—施加循环荷载的次数；

k、n—小型疲劳试验的修正系数；

—施加的应力水平

传统的疲劳强度理论是针对连续完整的结构体系进行的，它往往假设材料或结构中没有缺陷。但是材料、结构内部先天存在的缺陷在使用期内会对路面结构造成的不利影响。这就使得利用传统疲劳强度理论很难真实反映路面裂缝产生的机理。

2.2断裂力学理论

断裂力学是裂纹扩展的应用力学。断裂力学理论假设材料或结构内部存在缺陷，结构的破坏正是由于其内部存在的缺陷引起的应力集中与内部损伤造成的，当这种应力集中与损伤积累超过材料与结构抵抗破坏的容许值时，就造成了内部缺陷的发展，并导致结构的破坏。

断裂力学引入应力强度因子的概念，其单位是，表达式如下：

式中为外加荷载大小，为半裂纹长度，是裂纹与结构的几何形状函数。

路面出现裂缝的判据是应力强度因子小于路面材料断裂时的临界应力强度因子，即断裂韧度。因此可以建立起路面出现裂缝的应力强度因子判据：

式中的是带裂纹路面在外荷载作用下的响应，与荷载形式、支持条件和裂纹长度有关。对于任何有确定形式的荷载，总可以按足够的精度确定出。断裂韧度是一材料常数，是材料本身对裂纹扩展的抵抗能力，可以根据室内实验确定。而，即。

式中是裂纹为2a时路面的断裂应力，如果能够测定出材料的断裂韧度和路面中裂纹的位置和尺寸，便能估算出路面裂纹扩展形成裂缝的临界荷载。对路面裂缝病害的预防与修复都有很大的帮助。

3.沥青路面裂缝的类型及成因

沥青路面在设计施工及使用过程中会受到车辆荷载、自然因素、设计施工、材料结构等因素的影响而出现裂缝，沥青路面裂缝按成因可以分为纵向裂缝、横向裂缝、网状裂缝三种。横向裂缝按成因可以分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两类，非荷载裂缝是横向裂缝的主要形式，它包括面层低温收缩裂缝、半刚性基层干缩，温缩所引起的反射裂缝。

3.1荷载裂缝

荷载裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下，基层的底部要产生拉应力，当拉应力大于材料的抗拉强度时，基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并使沥青面层也产生开裂破坏。

3.2温缩裂缝

沥青面层缩裂多发生在冬季，沥青材料在气温大幅度下降时会逐渐发硬并开始收缩，当沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大，导致沥青面层中产生的收缩拉应力。当拉应力超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。如果沥青面层与基层的附着力不够好，裂缝就更容易发生。

3.3反射裂缝

反射裂缝形成机理是新铺的半刚性基层中水分的减少，会促使干缩应力和干缩应变的产生，导致基层产生干缩裂缝。在已经产生裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会扩张更快，直至贯穿整个面层。

3.4纵向裂缝

纵向裂缝与道路中线大致平行，有时也伴有少量支缝。它产生的原因主要有两种。一种是沥青面层分路幅摊铺时两幅接茬处未处理好，在车辆荷载和外界环境的作用下。沥青混凝土面层产生差异沉降而导致和加速纵向裂缝的产生。另一种是由于路基压实度不均，路基边缘受水侵蚀发生不均匀沉陷或高填方路基和不良土质路基发生下沉致使沥青混凝土路面产生纵向裂缝。

3.5网状裂缝

网状裂缝主要是由于路面整体强度不足而引起的，也可能是由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填，致使水分渗入下层，加剧了路面的破损。沥青在施工期间以及长期使用过程中的老化也是导致沥青面层形成网状裂缝的原因之一。

4.裂缝的防治措施

按照路面设计规范进行路面设计，可基本解决荷载型裂缝产生的问题。对于非荷载型裂缝的防治，应从路面材料、路面结构、道路施工三个方面来进行考虑。

4.1路面材料

（1）选用松弛性能好的优质沥青，掺加纤维或使用改性沥青。严寒地区在高温稳定性满足要求的前提下应采用针入度大，黏度较低的沥青做沥青面层。集料选用吸水率低，石质坚硬，耐磨性强，与沥青黏附性好的材料，尽可能使用机制砂。如果集料呈酸性，则应增加一定数量的抗剥落剂或石灰粉。

（2）半刚性基层集料首先选用抗冲刷性能好，干缩系数和温缩系数小，抗拉强度高的石料。选择水泥稳定碎石比二灰碎石具有更好的抗裂性能。

4.2路面结构

（1）沥青面层采用密实型沥青混凝土。采用合适的沥青面层厚度，确保半刚性基层在使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。为进一步提高表面层抗温度裂缝性能，可采用橡胶沥青或聚合物沥青封层。

（2）通过对反射裂缝形成的原因和试验机理分析，可在基层和面层之间铺设橡胶沥青中间层、砂、石屑等弹性模量小的材料。这些中间层可以均匀吸收由基层反射上来的应力，对减缓反射裂缝的产生和扩散有明显效果。在投资允许的情况下，也可适当增加基层厚度提高道路承载能力。

4.3道路施工

（1）沥青面层施工时，应使摊铺作业连续进行，减少冷接缝。对于冷接缝，应先将已摊铺压实的摊铺带边缘切割整齐，清理碎料，然后用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化。然后铲除敷贴料，对缝涂刷粘层沥青，再铺筑新混合料。在合适的温度，合适机械进行碾压，避免压实度不足或过压。

（2）基层施工时严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许范围内，碾压完成后要及时养生或者立即用乳化沥青做透层或封层。

（3）路基施工时，应精心选择路基材料，不能选用粉质土或有机土。施工中必须严格检测控制路基压实度，使其达到规定值。路床以下80cm是路基的关键部位，它直接承受和吸收路面的扩散应力，要确保其强度和稳定性。

5.结语

对沥青路面裂缝产生的机理进行研究，介绍了沥青路面常见裂缝的类型并对其成因进行分析。从路面材料、路面结构、道路施工等方面提出防治措施。通过实际工程的应用证明以上方法是可行的。

参考文献

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