表面裂缝的沥青路面疲劳断裂原因分析

表面裂缝的沥青路面疲劳断裂原因分析

叶伟奇

金华市公路管理局浙江金华321000

摘要：随着我国公路交通事业的不断扩展和延伸，沥青路面的疲劳断裂引发了人们的关注和重视，由于沥青路面混合料通常都会有一定程度的表面裂缝或细微缺陷，在长期的、反复的荷载压力作用之下，会使沥青路面的裂缝尖端产生应力集中并扩展的现象，最终导致沥青路面出现疲劳断裂的破坏现象，极大地降低沥青路面的使用寿命。为此，要针对表面裂缝的沥青路面的疲劳断裂原因进行分析，并提出有效性的建议。

关键词：表面裂缝；沥青路面；疲劳断裂；原因

质量是工程的生命。在我国道路工程建设的扩展进程之中，对于沥青路面的实践探索和研究，随着施工自动化程度的不断提高而缓解了沥青路面的早期损害现象，然而对于沥青路面的表面裂缝问题至今还尚未解决，并在长年的交通荷载压力作用之下，导致沥青路面的疲劳断裂和损坏，降低了沥青路面的使用效能和质量。

一、沥青路面的使用现状分析

我国当前的沥青混凝土路面大多数处于良好的使用状态，然而受到技术、经济基础、车辆超载、恶劣天气等因素的影响，导致沥青路的建设不尽如人意，出现了沥青路面早期的开裂、坑槽等损坏现象，这些裂缝呈现出横向、纵向、网状的不同类型和状态，并主要可以从荷载型因素和非荷载型因素两个方面来进行分析：（1）荷载型因素。它是在车辆的荷载作用之下，由于车辆的行驶速度较快、车流量较大，加之一些超载或重型的车辆，使沥青路面表层产生较大的剪应力，当其超出沥青路面的承受标准则会出现剪切型的裂缝，并主要是呈纵向的方式开裂。另外，由于我国大多是半刚性基层路面，其基层模量较大，面层内的剪应力也相应加大，最终导致沥青路面出现剪切疲劳，出现由上至下的损坏。（2）非荷载型因素。沥青路面还会受到温度的影响和干扰，在外界温度变化的条件下，沥青路面会产生横向的温度裂缝，当沥青混凝土层在温度较低时会急剧收缩，导致裂缝变宽，由此可见，在冷热交替的情形之下会增大沥青路面的温度疲劳循环。另外，在沥青路面的宽度比裂缝的间距要大时，还会生成纵向的、块状温度裂缝。

总而言之，沥青路面难免会受到温度、车辆荷载等方面的压力和影响，另外还有一些人为因素，导致沥青路面的裂缝逐渐累积和扩展，最终贯穿整个面层，导致沥青路面无法正常使用。

二、沥青路面的表面裂缝类型成因分析

1、剪切型裂缝

这是一种因路面表层中存在过大的剪应力而出现的路面表层的剪切疲劳裂缝现象，呈现出纵向型和网状型的裂缝，其形成原因主要为以下方面：

（1）车辆的轴重特征。车辆的荷载对于沥青路面的使用有极其重要的影响，其轴重特征主要体现于车辆的总重量、各轴型的轴重、各轮组的轮重等，沥青路面上行驶的车辆轴重及总重最大容许值为：单轴为100；双轴为100、180；三轴为120（单轮）、220（双轮）。车辆总重为400。然而我国的货车超载现象仍是较为突出的问题之一，对于沥青路面造成了较大损害。

（2）超载导致轮胎接地现压力重分布。当出现车辆超载的现象时，轴重的增加会使路面的压力分布发生变化。

（3）超载导致面层中剪应力增加。沥青路面面层在处于较大的荷载之下的受力状态为：上部的面层承受剪切疲劳作用；中部的面层承受竖向的压缩作用；下部的面层承受弯拉疲劳作用。同时，超载的现象还会加大轮载作用力的非均匀性分布，增大沥青路面的最大剪应力。

（4）基层模量对剪应力的影响。沥青路面大多为半刚性基层沥青路面，这种路面减少了路面弯沉的现象，降低了路面底层的拉应力，然而剪切力也提高了，导致沥青路面的面层结构产生剪切破坏。

2、温度型裂缝

它是一种由上而下的裂缝类型，包括有低温开裂和温度疲劳开裂的两种类型。

（1）低温开裂。这主要是在寒冷的低温地域而产生的路面开裂现象，由于沥青路面的面层模量较高，在荷载的作用力之下产生龟网裂，进而降低路面的平整度，影响沥青道路的使用寿命和质量。沥青路面的沥青结构层，在温度变化时会受到较大的影响，温度的下降会导致沥青结构层收缩和变形，因其没有设置伸缩缝，因而其变形会在沥青面层内部产生拉应力。另外，沥青混凝土结构还具有应力松弛性能，在一定的温度下降条件下，拉应力会因应力松弛而使拉应力减小；而如果温度下降的速度较快，则路面内部的应力还难以及时松弛则造成应力的内部积累，当其超出沥青混合料的极限抗拉强度时，便会生成裂缝，产生断裂现象，释放出累积的应力。因而，初始温度及温度下降速度都对沥青路面产生较大的应力影响，尤其是在沥青面层与基层之间缺乏良好粘结的情形之下，会更容易出现温缩裂缝。

（2）温度疲劳开裂。在温度下降梯度较小的情形之下，沥青路面的应力能够得到完全的松弛，不会超出沥青混合料的抗拉强度，然而，如果温度变化处于反复的、周期性的变化，则会因不断的升温、降温等交变性而出现温度应力反复拉压的疲劳作用，导致沥青路面表层出现温度疲劳开裂。

三、沥青路面疲劳断裂分析

表面裂缝的沥青路面在不同类型及吨位车辆的循环压力作用之下，其裂缝会逐渐扩展呈现出疲劳特征。

1、面层厚度的影响分析

沥青路面的面层直接受到较大的车辆荷载的垂直力、水平力和冲击力，并要受到各种恶劣天气影响和侵蚀，为了避免沥青路面的疲劳断裂现象，要求沥青面层具有适宜的厚度，能够满足沥青路面平整、坚实、抗滑、耐久、稳定的服务性能，既合乎实用性能，又满足最大利益的原则。以我国相关的沥青路面的面层设计规范来看，半刚性基层沥青面层的厚度要综合考虑公路等级、交通量、沥青自身品质、公路质量、自然环境条件等，进行可行性分析和研究，确定当地沥青路面适宜的厚度。一般来说，沥青路面的面层的厚度应当在30mm-300mm之间。

经过对沥青路面面层的厚度计算，当其相对适宜时可以规避应力强度因子的峰值，减少上面层底面出现疲劳断裂的现象。可以选取具有较高断裂韧度和疲劳破坏门槛值的沥青混合料，并选取较低稠度的优质沥青进行表面处治，将聚合物改性沥青作为沥青路面的上面层，并以土工织物缓解面层疲劳断裂的现象，较好地保证面层和基层的良好粘结。

2、面层模量的影响

沥青路面的面层要具有一定的强度和稳定性，才能较好地防止沥青路面的疲劳断裂现象，一般来说，面层模量的分析范围可以取200MPa-5000MPa，面层模量对有效应力强度因子的影响极大，当面层模量增加的条件下，尽管面层的强度有所增加，然而路面极易出现脆断的现象，经过分析发现，在面层模量3000MPa以内，则面层模量的增加无法使路面的疲劳寿命延长，反而会使之遭受断裂破坏。为此，应当选取松弛性能较好、断裂韧度较高的沥青混合料。

3、基层模量的影响

沥青路面的基层主要是承受行车荷载的作用，提升道路的整体强度，增强面层的疲劳抗力。经过研究发现，基层模量的增加其面层裂缝趋于不容易扩展，并随着基层模量的增大，对沥青路面的表面裂缝的扩展不会产生关键性的影响。由此可见，沥青路面结构中的基层模量通常都在1000MPa之上。也即可以这样理解，对于表面裂缝的沥青路面，增加减少基层模量不会对其疲劳特性产生太大影响。

综上所述，沥青路面表面裂缝的疲劳断裂现象对于路面的正常稳定使用有较大的影响，为此，要分析沥青路面表面裂缝形成的原因，并分析不同因素对表面裂缝的沥青路面的疲劳断裂影响，为提升路面质量提供助益。

参考文献：

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