瀝青面層Top睤own裂縫開裂機(jī)理綜述

黃賢錦

摘 要：論文通過收集國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)Top-Down裂縫（簡稱TDC）的相關(guān)研究資料，對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行了綜述與總結(jié)，希望能對(duì)相關(guān)的科研工作者以及工程設(shè)計(jì)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;Top-Down裂縫;開裂機(jī)理

TDC最早由國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行了相關(guān)研究，但是對(duì)其形成與擴(kuò)展機(jī)理并沒有達(dá)成共識(shí)，在理論預(yù)估模型和設(shè)計(jì)方法上尚不完善。國內(nèi)對(duì)TDC的研究比較晚，在相關(guān)的工程設(shè)計(jì)規(guī)范中也缺乏對(duì)該類病害的指標(biāo)控制。

論文通過查閱國內(nèi)外學(xué)者的研究資料和相關(guān)報(bào)告，對(duì)TDC的開裂機(jī)理進(jìn)行了歸納與總結(jié)。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

范植昱，徐柏才[1]利用ANSYS有限元軟件分析了降溫過程對(duì)TDC開裂的影響，作者認(rèn)為氣溫驟降可能導(dǎo)致面層出現(xiàn)TDC，另外在降溫過程中初始裂縫深度越長，路面開裂概率越大，并且隨著降溫幅度的增加，裂縫擴(kuò)張的速度也越快。該學(xué)者建立的模型排除了邊界約束條件對(duì)最大拉應(yīng)力的影響，因此模型比較合理，計(jì)算得到的數(shù)據(jù)比較可靠，對(duì)裂縫成因的研究具有一定的參考意義。

張永平等[2]綜合考慮瀝青老化和降溫這兩個(gè)因素，利用有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析了不同條件下瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)行為。結(jié)果表明對(duì)于未老化緩慢降溫和老化后緩慢降溫的瀝青路面，剪應(yīng)力造成TDC的主要原因;對(duì)于老化后忽然降溫的瀝青路面，拉應(yīng)力導(dǎo)致TDC的主要原因。作者對(duì)老化和降溫這兩個(gè)方面可能出現(xiàn)的各種情況都進(jìn)行了研究。

牛立強(qiáng)[3]（2017）首先采用BISAR軟件分析得出交通荷載不是造成TDC的主要原因。然后通過路面溫度場實(shí)測、瀝青老化試驗(yàn)以及對(duì)不同老化程度瀝青混合料的低溫彎曲應(yīng)變和彎曲勁度模量的分析，作者認(rèn)為長時(shí)間的溫度循環(huán)疲勞作用是導(dǎo)致TDC的主要原因，路表的拉應(yīng)力則加劇了這種開裂。

2 國外研究現(xiàn)狀

在荷蘭，Gerritsen[4]等利用CIRCLY計(jì)算機(jī)程序研究發(fā)現(xiàn)，在剛性基層的路面上，輪胎邊緣的荷載誘發(fā)的拉應(yīng)變足以引發(fā)TDC，另外他們還指出，熱應(yīng)力和粘合劑的老化也會(huì)提高TDC開裂的潛力。

Myers[5]等研究了子午線輪胎和斜交輪胎對(duì)TDC的影響并得出了以下結(jié)論：（1）在子午線輪胎邊緣產(chǎn)生的高拉應(yīng)力，在路面會(huì)引起TDC。（2）面層和基層模量等路面結(jié)構(gòu)特征對(duì)路面誘導(dǎo)拉應(yīng)力的大小影響不大。（3）子午線輪胎和寬基子午線輪胎相對(duì)于斜交輪胎，會(huì)產(chǎn)生更高的表面拉應(yīng)力。

Rahman[6]等對(duì)俄勒岡州的6條裂縫路面和4條無裂縫路面進(jìn)行了廣泛的現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室研究。學(xué)者們認(rèn)為Top-down裂縫的產(chǎn)生與施工以及材料有關(guān)，通過加強(qiáng)對(duì)瀝青混合料密度和瀝青粘結(jié)劑選擇的控制，可以減少Top-Down裂縫的發(fā)生。

3 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于瀝青混凝土路面TDC的產(chǎn)生原因，工程界目前并沒有達(dá)成共識(shí)，TDC的產(chǎn)生原因可以歸納為以下兩類：1.由荷載、溫度等因素在瀝青面層引起的應(yīng)力應(yīng)變;2.由于瀝青混合料的性能、粘結(jié)劑的老化以及施工實(shí)踐中的壓實(shí)等原因造成瀝青混凝土面層抗拉強(qiáng)度或抗疲勞性能較低。

目前國內(nèi)許多學(xué)者對(duì)TDC的研究主要還是集中在有限元模擬上，將開裂起因主要?dú)w咎于剪應(yīng)力或拉應(yīng)力，由于開裂準(zhǔn)則的限制，學(xué)者們得出的研究結(jié)果還并不完善。因此，要確定TDC的產(chǎn)生原因，就必須構(gòu)建一種新的開裂判斷準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則可以綜合考慮影響裂縫開裂、擴(kuò)展的各種因素，使研究結(jié)論更加完善，進(jìn)而指導(dǎo)路面的施工與設(shè)計(jì)，減少瀝青路面病害的發(fā)生，提高道路的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]范植昱，徐柏才.降溫過程對(duì)瀝青路面Top-Down開裂的影響[J].中外公路，2011，31（02）：40-43.

[2]張永平，陸永林，張洪亮，張珊珊，趙全滿.基于彈性理論的瀝青路面Top-Down開裂機(jī)理研究[J].公路交通科技，2014，31（04）：16-21+77.

[3]牛力強(qiáng).瀝青路面Top-Down裂縫產(chǎn)生的原因分析[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2017，34（01）：69-72.

[4]Gerritsen A H，van Gurp，C.A.P.M.，vander Heide，J.P.J.，Molenaar，A.A.A.，andA.C.Pronk.Prediction and Prevention of Surface Crackingin Asphaltic Pavements[C]，Proceedings of the 6thInternational Conferenceon Asphalt Pavements，AnnArbor，1987：378-391.

[5]Myers，L.A.，Roque，R.，and B.Birgisson.Propagation Mechanisms for SurfaceInitiated Longitudinal Wheel Path Cracks[J].Transportation Research Record，National Research Council，Washington，D.C.，2001：113-121.

[6]RahmanMS，Podolsky J H，Williams R C.Astudyoftop-downcrackinginthestate of Oregon[J].Road Materials and Pavement Design，2018，19（8），1171-1795.