瀝青路面裂縫成因及防治措施分析

田建平

（甘肅省張掖公路事業發展中心肅南公路段，甘肅 張掖 734000）

0 引言

瀝青路面裂縫是常見的路面問題，對道路的使用壽命和安全性產生重要影響。通過引入文章所要探討的瀝青路面裂縫成因及防治措施，可以更好地了解瀝青路面裂縫形成的成因，并制定出相應有效的預防和治理策略，以延長路面的使用壽命和提高交通運輸的安全性。

1 瀝青路面裂縫防治的意義

裂縫是瀝青路面老化、劣化和結構破壞的典型標志，嚴重影響車輛行駛的平順性和安全性，如圖1 所示。裂縫和坑洼會導致車輛顛簸，增加剎車距離，降低車輛的穩定性和操控性能[1]。

圖1 公路瀝青路面裂縫

在惡劣天氣條件下，如雨天或雪天，裂縫中積水或結冰更容易導致事故發生。一旦路面出現裂縫，水分和其他外界因素會侵入路面內部，導致瀝青材料的進一步損壞和沉降，加速路面衰敗過程。通過有效裂縫防治措施，可以及時修復已有的裂縫，并預防裂縫再次發生或擴大，從而減緩路面老化速度，延長道路使用壽命，減少維護和養護成本，提升道路的平整度和平順度，減少車輛行駛時的不適感，提高道路的安全性和舒適性。

2 瀝青路面裂縫成因分析

2.1 溫度變化引起的熱脹冷縮應力

2.1.1 溫度變化對瀝青路面的影響

瀝青是一種具有較高溫度敏感性的材料，其特性會隨著溫度的變化而發生改變[2]。在日常氣溫的變化下，瀝青會發生熱脹冷縮的現象，由此產生應力。當溫度升高時，瀝青會因為熱脹而相應膨脹，導致路面表面產生張彎應力，該過程中，瀝青層內部的應力隨溫度的升高而增大，超出其承受范圍，導致裂縫的形成。然而，當溫度降低時，瀝青則會因為冷縮而收縮，使路面受到彎曲拉應力，在路面中產生裂縫，并隨溫度的降低而增加。

2.1.2 熱脹冷縮引起的應力累積

瀝青路面的溫度變化速率較慢，但變化范圍廣，會導致熱脹冷縮應力的積累。在晝夜溫差較大的地區，瀝青路面會經歷晝夜溫度差異的反復作用，不斷重復引起瀝青路面的熱脹冷縮，如果瀝青的應力超過其承載極限，就會導致裂縫的產生和擴展[3]。此外，瀝青層中不同部位的溫度變化速率與幅度也可能不同，使瀝青層內部存在不均勻的熱脹冷縮應力分布。例如，陽光直射的區域溫度升高更快，而陰涼處溫度變化較緩慢，這種不均勻應力分布也容易導致瀝青路面裂縫產生。

2.2 車輛荷載引起的動態荷載應力

2.2.1 車輛荷載對瀝青路面的影響

車輛荷載是瀝青路面裂縫的另一個重要成因。車輛通行時對路面施加動力作用，所產生的荷載會導致路面應力的變化，產生間歇性荷載或沖擊荷載，稱為脈沖荷載。這種荷載會對瀝青路面產生瞬時應力，引起局部彎曲和剪切應力的集中。車輛的靜止負荷（停車或等紅綠燈）也會對路面施加持續的垂直應力，導致路面的擠壓和變形。不同類型的車輛、車輛重量以及車輛速度都會給瀝青路面造成不同程度的影響，包括彎曲應力和剪切應力，導致路面材料的變形和疲勞損傷。

2.2.2 動態荷載引起的應力分布不均

由于車輛行駛速度和方向的變化，動載荷會在路面結構中引起不均勻的應力分布。

一方面，車輛通過瀝青路面時產生的荷載會在結構中產生波動傳遞，導致應力集中。例如，車輛的前后軸之間，由于輪胎與路面的接觸面積有限，荷載會更集中在這些區域，從而增加路面的應力集中風險。

另一方面，由于車輛的不規則行駛，荷載在路面上的分布不均勻[4]。例如，彎道行駛時，車輛的橫向力會導致路面發生橫向位移和變形，引起路肩區域的應力集中。同時，車輛在加速和制動過程中產生的縱向力也會引起路面的應力分布不均，導致瀝青路面中的部分區域承受較大的應力而發生裂縫，尤其在重載車輛或交通繁忙區域。

2.3 瀝青材料屬性和工程施工質量問題

2.3.1 瀝青材料的特性與性能

瀝青作為道路建設和養護中主要使用的材料，其特性和性能，包括黏度、塑性和穩定性等，對于路面裂縫的形成和發展起著重要的作用。黏度反映瀝青的流動性，黏度過高會導致在溫度變化下瀝青路面的應力集中和裂縫形成。瀝青的塑性決定其耐變形能力，強度和柔韌性較差的瀝青容易破裂和開裂。瀝青的穩定性則體現在其抗老化和抗氧化能力，不穩定的瀝青容易在長期使用過程中發生裂縫和劣化[5]。此外，瀝青材料的級配、添加劑和改性技術也會對其性能產生影響，良好的級配可以提供均勻的瀝青顆粒分布，增強路面的密實性和抗水性。

2.3.2 工程施工質量對路面裂縫的影響

工程施工質量問題可能導致瀝青混凝土密實度不充分，使路面存在孔隙和空隙，成為水分和雜質的滲入通道，加速路面破壞和裂縫的產生，降低路面的耐久性和承載能力。瀝青混合料的配合比和質量對路面的穩定性和耐久性起著重要作用，過高或過低的瀝青含量都會導致路面裂縫的形成。同時，混合料攪拌、鋪設和壓實過程中的質量控制問題也會影響路面的整體品質和承載能力。此外，進行瀝青路面鋪設前，預處理、刨銑層處理等工藝步驟也是影響工程施工質量的關鍵環節，如出現未充分清理表面垃圾、軟基處理不當等問題，則可能導致后續瀝青路面的不均勻變形和裂縫的產生。

2.4 外界環境因素對路面的影響

2.4.1 水分滲入與凍融循環

水分滲入通過瀝青路面的微裂縫和孔隙進入瀝青層面內部，這些微裂縫和孔隙可能由各種因素引起，如瀝青老化、車輛荷載和溫度變化。一旦水分進入路面內部，將與瀝青材料發生物理和化學反應，并逐漸破壞瀝青的黏結性能，改變瀝青混合料的力學性能，減弱路面的強度和穩定性。此外，在寒冷地區，水分會在凍結期間膨脹，造成凍融循環的損害，導致路面表面破裂和剝離。凍融循環指水在凍結和解凍過程中的體積變化，當水在低溫下凍結時，其體積會擴大，產生向外的壓力，從而導致瀝青路面層的破裂和變形，甚至引發裂縫。

2.4.2 化學物質侵蝕與污染

化學物質的侵蝕和污染也是影響瀝青路面的重要因素之一[6]。車輛排放物、道路清潔劑、化學草劑等都可能對瀝青材料產生腐蝕和損害，如酸雨、石油產品和氮氧化物，將與瀝青發生反應，導致瀝青的變質和老化，失去其黏結性能，降低路面的強度和穩定性，進而易于形成裂縫。含有氯離子道路清潔劑會溶解瀝青的黏合劑，導致路面松散和破壞。此外，化學草劑可能滲入瀝青路面下層，破壞其結構和穩定性。

3 瀝青路面裂縫防治措施分析

3.1 路面結構設計的優化

3.1.1 彈性層和黏性層的合理配置

彈性層通常采用瀝青混凝土或其他彈性材料，具有較好的柔韌性和變形能力，能夠分散和承受車輛荷載產生的應力，如圖2 所示。在路面結構中，彈性層位于路面表層下方，可以通過減少應力傳遞到下層結構來防止裂縫和變形的形成。合理選擇彈性層的厚度和材料性能是確保路面結構穩定性的重要因素。

圖2 瀝青路面彈性層和黏性層車輛荷載

黏性層，也稱為瀝青黏結層或瀝青封層，主要用于連接路面表層和基層，起到黏結和平整化作用，可以增加路面的平滑度和防水性能，降低水分進入路面的概率。同時，黏性層還可以減震和緩解路面應力，并為上層提供一定的支撐力。合理配置彈性層和黏性層需考慮路面材料的特性和受力情況，根據不同的設計要求，選擇不同的彈性層材料和厚度，以及黏性層厚度，從而提高承載能力和表面質量，延長路面使用壽命。

3.1.2 加強支撐和抗剪性能的措施

為提高路面結構的支撐能力和抗剪性能，可以采用加固技術，常見的加固方法包括在路面基層中加入加筋材料，如鋼筋、玻璃纖維等，以增強路面的強度和穩定性。此外，可以采用復合材料加固等現代加固技術，提高路面的承載能力和抗變形性能。選用合適的基層材料對路面結構的支撐能力也起著重要作用，基層材料應具備足夠的剛性和穩定性，以支撐上層結構的載荷并保持平整性。常見的基層材料包括砂石、碎石及混凝土等[7]。設計和施工過程中，需要根據實際情況選擇合適的基層材料，并確保其充分密實。另外，通過合理配置黏性層和基層材料，可以提高路面結構的抗剪強度，使其能夠承受來自車輛荷載和溫度變化引起的剪切力。

3.2 施工工藝和質量控制的改進

3.2.1 瀝青混合料配合比優化

通過優化瀝青混合料的配合比，可以提高路面的強度、穩定性和耐久性。結合實際工程要求和材料特性，通過試驗室試驗和工程實踐，確定出最佳配合比，以提高瀝青混合料的質量和性能。配合比的優化需確定瀝青含量，以保證瀝青與骨料的充分黏結，并提供足夠的柔韌性和抗剪性能。正確選擇骨料的級配和種類，確保骨料間空隙合適，提供良好的力學性能和穩定性。此外，加入適量的填料和添加劑，可以填補骨料間的孔隙，增強材料致密性和抗水性。

3.2.2 施工溫度和壓實控制要求

合理控制施工溫度和壓實過程可以保證瀝青混合料的致密性，提高路面的穩定性和承載能力。施工溫度需要根據瀝青混合料的類型和環境條件進行調節。施工溫度過高會導致瀝青熱變形和流動性增加，降低瀝青的黏結性能和路面質量，施工溫度過低則會延長瀝青凝固時間，難以形成均勻密實的路面結構，影響路面的強度和平整度。因此，施工前需進行溫度控制測試，并準確控制瀝青混合料的施工溫度。壓實過程對于提高路面的密實性和穩定性至關重要。壓實過程需確保瀝青混合料具有足夠的可塑性，以便在振動或滾動作用下產生足夠變形。但同時需要注意不要過度壓實，避免破壞骨料的結構和損壞瀝青的黏結性能。因此，壓實工藝需根據瀝青混合料的特性和設備的類型進行調整，并配合合適的振動頻率和滾輪壓力。

3.3 維護和養護策略的制定

3.3.1 定期檢查和及時維修措施

通過定期檢查路面狀況，可以及時發現和處理裂縫、坑洞、凹陷等問題，包括目視檢查和檢測儀器的應用。目視檢查可以檢查路面的平整度、均勻性和邊緣狀況等，發現明顯的損壞和變形。檢測儀器如振動傳感器、紅外線掃描儀等可以提供更加詳細和準確的信息，從而指導維修和養護工作[8]。一旦發現路面問題，應采取及時維修措施進行修補，維修措施包括裂縫灌縫、熱補修、冷補修、翻新等。需根據具體情況選擇合適的維修方法，并確保維修材料質量和施工工藝的準確性，從而防止損壞擴大，減少交通事故風險，保持路面平整度和安全性。

3.3.2 預防性和提前維護的重要性

通過采取預防性措施，在問題發生前預測和預防路面損壞，提前對路面進行維護。預防性措施包括清理路面上的垃圾、積水、落葉等雜物，防止其堵塞排水系統和引起腐蝕；確保排水系統的暢通，防止水分滲入路面，造成損壞；嚴格執行限載政策，避免過重車輛荷載對路面造成影響；及時進行瀝青封層或微表面翻新，以保護路面，并修復表面裂縫和損壞；合理規劃交通流量，避免交通堵塞和頻繁的制動加速，減少路面磨損和變形[9]。通過上述預防性措施，可以有效降低路面損壞風險，減少修復和養護成本，并延長路面使用壽命。

4 結語

通過分析瀝青路面裂縫成因及防治措施，可以看出預防裂縫是保持路面質量和延長使用壽命的關鍵。采用合理的路面設計、材料選擇和施工工藝，加強支撐能力和抗剪性能，以及定期維護和快速修復等措施，能夠有效預防和治理裂縫，提高路面質量和交通安全性。