淺析瀝青混凝土路面裂縫的形成機理和評價指標

謝 超

廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司（510507）

0 引言

半剛性基層路面的結構通常由無機結合料層和瀝青面層組成，具有較強的剛度和良好的行車舒適性，且造價較低，在我國的道路施工中廣泛使用。瀝青層與半剛性基層在材料性質方面存在著巨大的差異，導致路面裂縫的形式也具有多樣性。新建半剛性基層路面的開裂一般發生在通車后的5年內，如果不能及時、準確地修補裂縫，開裂路面會在環境作用下產生結構性破壞，直接導致路面壽命的縮短[1]。

1 瀝青路面裂縫分類和形成機理

1.1 按照裂縫形態分類

根據裂縫形態的不同，可將裂縫分為橫向裂縫、縱向裂縫、網塊狀裂縫。橫向裂縫的成因是施工縫處理不合理、溫度濕度耦合作用、基層反射等；縱向裂縫的成因是施工交界面處理不妥、荷載疲勞循環作用等；網塊狀裂縫通常是由橫向裂縫和縱向裂縫經水、溫度以及行車荷載耦合作用發展而來。

1.2 按照裂縫擴展過程分類

根據裂縫擴展發生時的起、終點不同，可以把裂縫分為自下發生向上延展的底-頂裂縫 （Bottom-Up裂縫）和自上發生向下發展的頂-底裂縫（Top-Down裂縫）。Bottom-Up裂縫的形成機理有兩種:一是面層底部產生的拉應變超過容許值，形成疲勞反射裂縫。由于瀝青面層的層厚較小、層間接觸黏結較差、混合料性能較差，或者是外界荷載、雨水、溫度產生的應變等環境因素作用使基層開裂，破壞反射至面層底部，從而引起面層損壞；二是加鋪層易發生反射裂縫，其原因是由于受溫度交替和荷載疲勞作用，原路面裂縫反射至加鋪層。Top-Down裂縫主要是指從上表面向內部擴展的一種裂縫，其產生的主要原因是在環境、荷載等因素作用下，路表應力值超過路面容許值，輪載誘發的徑向拉力及溫度變化導致的瀝青混合料勁度模量的改變使得路面應力作用下的應變更敏感，從而產生開裂。

1.3 按照裂縫活動性分類

根據裂縫形成過程中動態性質不同，可將裂縫分為動態裂縫（Working Crack）和靜態裂縫（Nonworking Crack），其劃分標準為裂縫年水平伸縮量。年水平伸縮量≥3 mm的裂縫為動態裂縫，通常以溫縮裂縫和反射裂縫為主；年水平伸縮量≤3 mm的裂縫為靜態裂縫，縱向裂縫一般屬于此類裂縫。

1.4 按照裂縫成因分類

按照裂縫成因可將裂縫分為荷載型裂縫（Load-Type crack）與非荷載型裂縫（Non-load type crack）。當路面結構無法承受行車荷載時，路面會發生荷載型開裂，這時形成的裂縫即荷載型裂縫，其內在原因是路面結構設計不合理、路用材料不合格或者施工質量有問題，外在原因是路面老化或者超載。非荷載型裂縫主要包括由溫度變化引起的溫縮裂縫、溫度疲勞裂縫及基層反射傳遞上來的反射裂縫。

1.5 按照裂縫寬度分類

我國現行的《公路技術狀況評定標準》[2]以裂縫寬度作為瀝青路面損壞程度評價指標。橫向裂縫和縱向裂縫寬度≤3 mm時，瀝青路面損壞程度為輕度；裂縫寬度>3 mm時，瀝青路面損壞程度為重度。因此，根據裂縫對路面的影響程度，裂縫寬度>3 mm時稱為大裂縫，裂縫寬度在0.5 mm~3 mm時稱為小裂縫，裂縫寬度≤0.5 mm時稱為微裂縫。

2 瀝青路面裂縫評價指標

根據對我國現有規范的檢索結果[3-4]，我國瀝青路面狀況評價僅有路面狀況指數（PCI）這一個指標，PCI指標的參數DR（瀝青路面面破損率）可以用來衡量路面的開裂情況。因此，我國現有規范不能很好地評價路面實際工況。路面綜合破損率計算公式中裂縫病害的計算不僅要考慮縱橫裂縫種類、嚴重程度（裂縫寬度、散落程度、有無支縫、塊度大小等）及長度等指標，而且還應考慮路面結構內部裂縫形態和裂縫數量。首先，半剛性基層對路面結構強度的影響十分嚴重，當此種裂縫產生時會嚴重破壞路面結構強度，同時在外界因素和荷載的綜合作用下，會引發結構性破壞；其次，路面裂縫的位置不同，對道路使用狀況的影響也不盡相同，若裂縫發生在邊緣或中心帶時，影響相對較小。因此，根據裂縫種類及裂縫危害程度，文章提出了關于瀝青路面裂縫的相關評價指標。

1）開裂率（C）

其中，CS為網狀龜裂面積（m2）；L為縱向和橫向裂縫長度 （m）；B為裂縫寬度影響系數，可取0.2～0.4；A 為檢測路段總面積（m2）。

2）修補率（F）

其中，FS為網狀龜裂修補面積（m2），L 為條狀裂縫修補長度（m），B為裂縫寬度影響系數，A為檢測路段總面積（m2）。

3）橫縱裂縫狀況指數（TSL）

其中，TCR為橫向裂縫和縱向裂縫間距（m），L為檢測路段長度 （m），TCN為橫向裂縫和縱向裂縫總數。

3 結語

根據上述分析，瀝青路面裂縫是由路面內在原因和外在環境等多種因素相互耦合后產生的結果，必須對其進行及時、準確、有效的修補，否則裂縫繼續發展可能對路面造成結構性破壞，屆時需要對路面進行大規模的翻修、重建。根據裂縫的破壞性質確定修補的技術方案是很有必要的，合理地選擇修補材料是修補的關鍵。如微小裂縫需要用流動性較強的密封材料進行填充、密封；荷載型裂縫需要使用密封膠灌入路面內部進行補強；而動態裂縫密封材料必須具有良好的彈性恢復性能和較強的黏結性能，以適應裂縫的動態變化。