沥青面层Top睤own裂缝开裂机理综述

黄贤锦

摘 要：論文通过收集国内外专家学者对Top-Down裂缝（简称TDC）的相关研究资料，对其产生原因进行了综述与总结，希望能对相关的科研工作者以及工程设计人员提供参考。

关键词：沥青路面;Top-Down裂缝;开裂机理

TDC最早由国外学者发现，并进行了相关研究，但是对其形成与扩展机理并没有达成共识，在理论预估模型和设计方法上尚不完善。国内对TDC的研究比较晚，在相关的工程设计规范中也缺乏对该类病害的指标控制。

论文通过查阅国内外学者的研究资料和相关报告，对TDC的开裂机理进行了归纳与总结。

1 国内研究现状

范植昱，徐柏才[1]利用ANSYS有限元软件分析了降温过程对TDC开裂的影响，作者认为气温骤降可能导致面层出现TDC，另外在降温过程中初始裂缝深度越长，路面开裂概率越大，并且随着降温幅度的增加，裂缝扩张的速度也越快。该学者建立的模型排除了边界约束条件对最大拉应力的影响，因此模型比较合理，计算得到的数据比较可靠，对裂缝成因的研究具有一定的参考意义。

张永平等[2]综合考虑沥青老化和降温这两个因素，利用有限元计算结果对比分析了不同条件下沥青路面的力学响应行为。结果表明对于未老化缓慢降温和老化后缓慢降温的沥青路面，剪应力造成TDC的主要原因;对于老化后忽然降温的沥青路面，拉应力导致TDC的主要原因。作者对老化和降温这两个方面可能出现的各种情况都进行了研究。

牛立强[3]（2017）首先采用BISAR软件分析得出交通荷载不是造成TDC的主要原因。然后通过路面温度场实测、沥青老化试验以及对不同老化程度沥青混合料的低温弯曲应变和弯曲劲度模量的分析，作者认为长时间的温度循环疲劳作用是导致TDC的主要原因，路表的拉应力则加剧了这种开裂。

2 国外研究现状

在荷兰，Gerritsen[4]等利用CIRCLY计算机程序研究发现，在刚性基层的路面上，轮胎边缘的荷载诱发的拉应变足以引发TDC，另外他们还指出，热应力和粘合剂的老化也会提高TDC开裂的潜力。

Myers[5]等研究了子午线轮胎和斜交轮胎对TDC的影响并得出了以下结论：（1）在子午线轮胎边缘产生的高拉应力，在路面会引起TDC。（2）面层和基层模量等路面结构特征对路面诱导拉应力的大小影响不大。（3）子午线轮胎和宽基子午线轮胎相对于斜交轮胎，会产生更高的表面拉应力。

Rahman[6]等对俄勒冈州的6条裂缝路面和4条无裂缝路面进行了广泛的现场和实验室研究。学者们认为Top-down裂缝的产生与施工以及材料有关，通过加强对沥青混合料密度和沥青粘结剂选择的控制，可以减少Top-Down裂缝的发生。

3 结论

综上所述，对于沥青混凝土路面TDC的产生原因，工程界目前并没有达成共识，TDC的产生原因可以归纳为以下两类：1.由荷载、温度等因素在沥青面层引起的应力应变;2.由于沥青混合料的性能、粘结剂的老化以及施工实践中的压实等原因造成沥青混凝土面层抗拉强度或抗疲劳性能较低。

目前国内许多学者对TDC的研究主要还是集中在有限元模拟上，将开裂起因主要归咎于剪应力或拉应力，由于开裂准则的限制，学者们得出的研究结果还并不完善。因此，要确定TDC的产生原因，就必须构建一种新的开裂判断准则，该准则可以综合考虑影响裂缝开裂、扩展的各种因素，使研究结论更加完善，进而指导路面的施工与设计，减少沥青路面病害的发生，提高道路的使用寿命。

参考文献：

[1]范植昱，徐柏才.降温过程对沥青路面Top-Down开裂的影响[J].中外公路，2011，31（02）：40-43.

[2]张永平，陆永林，张洪亮，张珊珊，赵全满.基于弹性理论的沥青路面Top-Down开裂机理研究[J].公路交通科技，2014，31（04）：16-21+77.

[3]牛力强.沥青路面Top-Down裂缝产生的原因分析[J].筑路机械与施工机械化，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.