瀝青路面結(jié)構(gòu)水損破壞機(jī)理研究現(xiàn)狀分析

摘要：針對(duì)當(dāng)前瀝青路面結(jié)構(gòu)水損壞現(xiàn)象日益突出的實(shí)際問(wèn)題，本文從瀝青路面結(jié)構(gòu)水損影響評(píng)價(jià)和防治措施、瀝青路面水損細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化、瀝青路面結(jié)構(gòu)損傷演化規(guī)律等方面對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)水損破壞機(jī)理的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析論述，并指出了研究成果中的不足和進(jìn)一步研究的方向。

關(guān)鍵詞：瀝青路面 影響因素分析 水損破壞 細(xì)觀結(jié)構(gòu) 損

傷演化規(guī)律

1 概述

近年來(lái)，由于環(huán)境的破壞致使雨水災(zāi)害頻發(fā)，瀝青路面結(jié)構(gòu)水損壞現(xiàn)象越來(lái)越突出，致使路面結(jié)構(gòu)的使用壽命和性能大幅下降，該問(wèn)題已逐步引起學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注。

目前，我國(guó)的瀝青路面采用多層的結(jié)構(gòu)形式，各層在材料組成、壓實(shí)程度等方面存在一定差異，另外，層內(nèi)不同材料在熱學(xué)、物理、力學(xué)等方面的特性也不盡相同，導(dǎo)致層間或?qū)觾?nèi)不同材料的交界面存在各種形狀的微裂縫、微缺陷。投入運(yùn)營(yíng)后，在降雨-蒸發(fā)循環(huán)、雨水侵蝕、車(chē)輛載荷等因素的共同作用下，材料的性能和材料間的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，結(jié)構(gòu)內(nèi)微裂縫、微缺陷的狀態(tài)也會(huì)逐步劣化，進(jìn)而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生各種形式的損壞。有資料表明，由雨水引發(fā)的瀝青路面微細(xì)結(jié)構(gòu)損傷主要體現(xiàn)在材料內(nèi)聚力和材料間粘著力的降低，以及雨水對(duì)結(jié)構(gòu)的腐蝕、沖刷等方面。考慮到雨水對(duì)路面結(jié)構(gòu)影響的嚴(yán)重性，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者從不同層面對(duì)其進(jìn)行了研究。

2 現(xiàn)狀綜述

2.1瀝青路面結(jié)構(gòu)水損影響因素分析 為明確瀝青路面結(jié)構(gòu)水損的影響因素，評(píng)價(jià)其影響情況，學(xué)者們?cè)诖朔矫孢M(jìn)行了一些研究，如Lytton.R.L等人認(rèn)為路面結(jié)構(gòu)水損壞可歸結(jié)為水分進(jìn)入瀝青與集料交界面或進(jìn)入瀝青材料內(nèi)部引起結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性降低兩個(gè)方面，并借助表面能理論和動(dòng)力學(xué)理論，提出了一個(gè)可用來(lái)解釋瀝青混合料動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)損壞程度的新方法；G.D.Airey等人針對(duì)瀝青材料的粘結(jié)性受時(shí)間影響顯著這一實(shí)際情況，提出了一個(gè)老化瀝青混合料水損試驗(yàn)方法（SATS），并將該法用于分析集料、填充材料、瀝青等材料對(duì)路面水損的影響情況；沙慶林院士通過(guò)分析水破壞的現(xiàn)象和原因，提出從控制瀝青路面結(jié)構(gòu)面層空氣率（不大于5%）、增強(qiáng)瀝青與礦料的粘結(jié)力、提高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、增設(shè)排水層或防水層等方面來(lái)降低雨水對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的破壞程度。

2.2 瀝青路面水損細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化分析 為探討瀝青混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列，及其與整體宏觀性能間的關(guān)系，學(xué)者們進(jìn)行了一些研究，如WANG L B[4]基于瀝青混凝土X- ray CT切片圖像，提出了一種進(jìn)行三維細(xì)觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)的圖像差值方法，并用對(duì)3種瀝青混凝土內(nèi)部孔隙的大小、空間分布、損傷面積、損傷張量等進(jìn)行了定量研究；李曉軍通過(guò)不同掃描參數(shù)下的CT掃描，從CT數(shù)和CT圖像兩方面分析了試件內(nèi)部的初始結(jié)構(gòu)，著重對(duì)比了試件內(nèi)部不同層面孔隙的分布，為評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)顆粒材料初始損傷奠定了基礎(chǔ)；Jonathan Howson等人通過(guò)分析集料與瀝青粘結(jié)面的微觀損傷過(guò)程、粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性，從組成材料的基本特性方面對(duì)瀝青混合料的水損破壞過(guò)程進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。

2.3 瀝青路面結(jié)構(gòu)損傷演化規(guī)律 在結(jié)構(gòu)損傷演化方面，學(xué)者們也進(jìn)行了一些研究，如周志剛通過(guò)研究認(rèn)為瀝青類(lèi)路面疲勞開(kāi)裂的實(shí)質(zhì)是結(jié)構(gòu)層在交通荷載循環(huán)作用下內(nèi)部逐漸損傷劣化形成宏觀裂縫的過(guò)程，裂縫擴(kuò)展階段的壽命直接影響路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。Q.Z.Zhu等采用熱力學(xué)分析方法對(duì)于拉、剪和拉剪組合應(yīng)力狀態(tài)下，脆性材料裂紋滑動(dòng)與損傷演化的相互作用進(jìn)行了研究。

3 現(xiàn)狀分析

綜觀上述各方面研究，盡管各研究均具有一定的實(shí)用價(jià)值和理論指導(dǎo)意義，但受試驗(yàn)設(shè)備、研究手段、研究側(cè)重點(diǎn)等方面因素的限制，現(xiàn)有的研究成果尚難全面揭示瀝青路面結(jié)構(gòu)水損問(wèn)題，主要體現(xiàn)在：①關(guān)于瀝青路面水損方面的研究成果主要基于對(duì)宏觀物理力學(xué)指標(biāo)的分析，提出的評(píng)估模型和防治措施的細(xì)觀理論支撐不足。②涉及水損狀況下微結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化、微裂紋（微缺陷）發(fā)展、材料粘結(jié)力降低等方面的研究成果很少，難以揭示結(jié)構(gòu)破壞的細(xì)部原因。③關(guān)于瀝青路面結(jié)構(gòu)水損演化規(guī)律方面的研究成果不多，且損傷因子定義中對(duì)材料內(nèi)聚力、材料間粘結(jié)力、微裂縫（微缺陷）等因素的考慮不足。④所建立的損傷演化規(guī)律評(píng)估模型中未考慮細(xì)觀指標(biāo)的不確定性，影響評(píng)估結(jié)論的可靠性。

4 討論

鑒于現(xiàn)在研究成果中的欠缺，有必要在如下幾方面開(kāi)展進(jìn)一步的研究：①?gòu)暮?、微?xì)觀試驗(yàn)研究入手，研究瀝青路面結(jié)構(gòu)水損過(guò)程中細(xì)觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)、微裂縫（微缺陷）發(fā)展等細(xì)觀指標(biāo)的變化，以及材料內(nèi)聚力和材料間粘結(jié)力降低情況，揭示瀝青路面結(jié)構(gòu)水損破壞機(jī)理。②根據(jù)水損的實(shí)際情況，從微觀角度對(duì)結(jié)構(gòu)損傷過(guò)程進(jìn)行分析，建立瀝青路面結(jié)構(gòu)水損演化方程和損傷狀態(tài)評(píng)估模型。③進(jìn)一步完善路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和水損防治理論，在研究方法和理念上有所創(chuàng)新與突破。

參考文獻(xiàn)：

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