“校企一体、科教融汇”背景下内部裂隙对沥青路面力学及路用性能的影响分析

摘 要：内部裂隙是沥青路面常见的病害之一，对路面的力学性能和路用性能产生显著影响。本文聚焦于沥青路面内部裂隙这一关键问题，在“校企一体、科教融汇” 的独特背景下展开深入研究。通过理论剖析、数值模拟与实验研究的综合手段，系统分析了内部裂隙的产生根源、发展机制，及其对沥青路面力学性能（承载能力、疲劳寿命等）和路用性能（抗滑性能、水稳定性等）的多方位影响。研究成果对于提升沥青路面质量、改进设计与施工方法具有重要指导意义，同时彰显了校企合作与科教融合模式在解决实际工程难题中的显著价值。

关键词：内部裂隙 沥青路面 力学性能 路用性能 校企一体与科教融汇

0 引言

随着现代交通发展，沥青路面广泛用于交通基础设施，承载繁重荷载。但使用中内部裂隙频发，影响路面性能和寿命，增加维护成本，威胁行车安全。深入研究其对沥青路面力学和路用性能的影响，对提高路面质量、延长寿命意义重大。“校企一体、科教融汇” 为研究沥青路面内部裂隙问题带来新视角和支持，有助于优化设计、提高施工质量、制定养护策略，还能整合资源，为解决复杂工程问题提供途径，促进交通基础设施可持续发展。

1 沥青路面内部裂隙的产生原因

1.1 材料特性相关因素

沥青的种类、标号以及质量对路面裂隙的产生有着至关重要的影响。低标号沥青在低温环境下容易变脆，柔韧性降低，当路面受到温度应力或车辆荷载作用时，容易产生裂隙。此外，沥青的老化也会导致其粘性和弹性模量发生变化，使路面材料的抗裂性能下降。例如，长期暴露在阳光和空气中的沥青路面，其沥青会逐渐老化，表面出现细小裂纹。

集料的形状、大小、表面纹理以及级配情况直接影响沥青混合料的内部结构。棱角分明且表面粗糙的集料虽然能够增加混合料的内摩擦力，但如果级配不合理，如粗集料过多或细集料过少，会导致混合料的孔隙率增大。过大的空隙率使得沥青混合料在荷载作用下容易产生应力集中，从而引发裂隙。且集料的质量不佳，如含有软弱颗粒或杂质，也会降低混合料的整体强度，增加裂隙产生的可能性。

1.2 施工工艺与质量控制因素

压实是沥青路面施工中的关键环节。如果压实不足，沥青混合料中的空隙无法有效排出，会在路面内部形成潜在的薄弱区域。压路机的类型、吨位、碾压速度、碾压遍数以及碾压温度等都会影响压实效果。例如，当碾压速度过快或吨位不足时，混合料无法达到规定的密实度，内部残留的空气在车辆荷载反复作用下会逐渐形成裂隙。

施工温度对沥青混合料的性能影响显著。摊铺温度过高会加速沥青的老化，使其粘性降低，而温度过低则会导致混合料变硬，难以压实。在温度不合适的情况下施工，会使沥青混合料的整体性变差，容易在使用过程中产生裂隙。例如，在寒冷天气下进行摊铺，如果没有采取适当的保温措施，混合料的压实度和黏结性都会受到影响。

1.3 荷载与环境因素的综合作用

车辆的类型、轴重、行驶速度以及交通流量等荷载因素是导致沥青路面裂隙发展的重要外部原因。超载车辆会使路面承受的应力远远超过设计值，加速路面结构的破坏。特别是在车辆频繁刹车、启动的路段，这种反复的水平力和垂直力作用会使路面内部产生疲劳损伤，引发裂隙的扩展。例如，在重载交通道路上，车辙和纵向裂隙往往更为严重。

温度变化对沥青路面的影响不容忽视。沥青路面在高温季节会因软化而产生车辙，同时在温度梯度作用下产生温度应力；在低温季节则会因收缩而产生拉应力，当这些应力超过材料的极限强度时，就会形成裂隙。此外，水分的侵入也是一个关键因素。雨水、地下水等通过路面的孔隙、裂隙进入路面结构内部，会削弱沥青与集料之间的粘结力，导致集料剥落，进而加剧裂隙的发展。而且，在冻融循环地区，水分在冻结和融化过程中产生的体积变化会对路面结构造成进一步破坏。

2 内部裂隙对沥青路面力学性能的影响

2.1 强度降低

内部裂隙的存在会显著降低沥青路面的整体强度。裂隙破坏了沥青层的连续性，导致路面的抗拉强度和抗剪强度下降。裂隙会使路面的受力分散，增加了应力集中的程度，从而降低了路面对外部荷载的承载能力。此外，裂隙还会影响沥青层的内聚力和黏结力，导致路面材料之间的粘结失效，进一步削弱了路面的整体强度。

弱化的路面强度会导致路面的变形和破坏加剧。在交通荷载作用下，裂隙容易扩展和加深，从而加剧路面的损坏。裂隙扩展还会进一步削弱路面材料的连续性，导致更多的松散颗粒和空隙出现，进一步破坏了路面的整体结构[1]。这会引发更严重的病害，如路面下沉、龟裂和坑洞等，最终导致路面的失效。

2.2 抗剪强度减小

内部裂隙的存在会显著降低沥青路面的抗剪强度。裂隙作为一个弱点，会导致沥青层内部的剪切应力集中于裂隙周围，使得路面的抗剪能力减小。当交通荷载作用于路面时，裂隙处的剪切变形集中在该位置，增加了该区域的应力和应变，从而进一步加剧裂隙的扩展和发展。

裂隙的存在使得沥青层无法形成均匀的应力分布，剪切应力难以得到有效分散和承载。由于剪切应力集中在裂隙周围，导致裂隙附近的沥青材料承受较大的剪切应力，而其他区域则承受较小的剪切应力[2]。这种剪切应力不均匀的分布会导致沥青层的剪切破坏和位移的集中，从而加剧裂隙的扩展和发展。

抗剪强度的减小会导致路面的剪切破坏和变形加剧。随着裂隙的扩展，沥青层的连续性遭到破坏，砂浆石料之间的粘结力减弱，进一步削弱了路面的整体抗剪强度。

2.3 抗水剥离性能下降

内部裂隙的存在会显著降低沥青路面的抗水剥离性能。裂隙破坏了沥青层的整体结构，使得水分渗透到路面内部。当水分进入裂隙中，与沥青胶发生反应，导致沥青胶的老化和降解，进而影响沥青层的黏结性能和抗水剥离性能。

水分的渗透和沥青胶的老化会削弱沥青层的黏结性能。水分进入裂隙后，与沥青胶中的沥青分子发生化学反应，导致沥青胶的硬化和老化。这使得沥青胶失去了原本的黏结力，无法有效地将石料粒子固定在一起，从而降低了沥青层的抗水剥离性能[3]。

裂隙的存在还会加剧水分渗透和排水不畅的问题，进一步损害沥青路面的稳定性和耐久性。水分进入裂隙后，在交通荷载的作用下，会引起水的膨胀和收缩，加剧裂隙的扩展和发展。

2.4 车辙和噪声问题

内部裂隙对沥青路面的车辙和噪声问题产生明显影响。裂隙破坏了沥青层的连续性和稳定性，导致路面的不均匀沉降和变形，进而形成车辙和凹凸不平的路面表面。车辙的形成不仅会影响驾驶的舒适性和行车安全性，还会加速裂隙的扩展和损坏，进一步加剧路面的病害发展。此外，裂隙也会增加路面的噪声产生。当车辆经过裂隙区域时，车轮与路面的接触不均匀，产生颠簸和振动，引发噪声的产生。这些噪声不仅对驾驶员和乘客产生不适，还对周围环境和居民造成噪声污染。特别是在频繁通行的道路和靠近居民区的路段，噪声问题更加突出，影响到居民的生活质量和健康。

3 内部裂隙对沥青路面路用性能的影响

3.1 行车舒适性下降

内部裂隙对沥青路面的行车舒适性产生明显影响。裂隙破坏了路面的平整性和连续性，导致路面表面不平整。当车辆行驶在裂隙区域时，车轮会受到不均匀的支撑和颠簸的影响，引起车辆的颠簸和震动。这降低了驾驶员和乘客的行车舒适性，使得驾驶过程更加颠簸、不稳定和不舒适。

裂隙导致的路面不平整还会增加车辆的操控难度。车辆在不平整的路面上行驶时，容易产生摇摆和漂移的现象，对驾驶员的操控能力提出更高的要求。这不仅对驾驶员的驾驶体验造成影响，还可能增加行车事故的风险[4]。

3.2 轮胎磨损加剧

内部裂隙对沥青路面的轮胎磨损产生明显影响。裂隙破坏了路面的平整性，使路面表面不平整。当车辆行驶在裂隙区域时，轮胎与路面之间的接触面积不均匀，摩擦力增加，从而加剧了轮胎的磨损和磨耗。

不平整的路面会导致轮胎受到额外的冲击和振动，使得轮胎胎面与路面的接触压力不均匀，特定区域的轮胎胎面受到更大的压力和摩擦力，从而加速轮胎的磨损。此外，不平整路面还容易产生尖锐物体和突起，进一步增加了轮胎与路面的摩擦和磨损。

轮胎的磨损不仅会降低轮胎的使用寿命，还会影响车辆的操控性和行驶安全。磨损严重的轮胎减少了与路面的摩擦力，降低了牵引力和制动效果，增加了车辆在湿滑路面上的打滑风险。

3.3 维护成本增加

路面的内部裂隙问题不仅导致了病害的发展和扩展，还进一步提高了路面维护和修复的频率和成本。这些裂隙扩大了破损区域，使水、冰和车辆运行时的振动更容易侵蚀路面结构。由于这种持续的破坏性影响，道路管理机构需要更频繁地进行维护和修复工作，以防止进一步的恶化和安全隐患。维护成本的增加包括了人力、材料和设备等方面的投入，同时还需要耗费大量的时间和精力。

4 预防内部裂隙的方法

在沥青路面的设计和施工中，有几个关键方面可以帮助减少内部裂隙的风险并降低维护成本。首先，合理设计路面是关键。在设计阶段，应考虑交通荷载、气候条件和材料性能等因素，确定适当的沥青混合料配合比和施工厚度，以减少应力集中和热应力的产生。其次，材料的选择和改进也十分重要。选择优质的沥青胶和骨料，确保它们之间的粘结力和相容性。通过改变沥青的黏度、添加剂和改良剂的使用，可以提高沥青混合料的抗裂性能和抗老化性能，从而减少内部裂隙的形成。最后，在施工过程中需要进行有效的控制。控制施工温度和时间，避免温度变化过大和施工时间过长。合理的施工控制可以降低热应力和应力集中，减少内部裂隙的发生[5]。通过综合考虑合理设计、材料改进和施工控制等方面，可以有效降低内部裂隙的风险，减少路面维护成本的增加。

5 修复内部裂隙的方法

在维护和修复内部裂隙时，有几种有效的方法可供选择。首先是热补修技术，通过加热设备将修复材料熔化填充裂隙，然后冷却固化，恢复沥青层的连续性和强度。其次是密封层修复，通过涂覆密封层材料在路面表面形成一层保护层，防止水分渗透和裂隙的扩展，修复现有裂隙并预防新裂隙的形成。

另一种方法是裂缝灌缝，适用于较宽的内部裂隙。通过将填缝材料注入裂隙中，填充裂隙空间并增强路面的连续性。最后是薄层覆盖，即在沥青路面表面覆盖一层薄层材料，修复和保护路面。薄层覆盖可以填平裂隙，提高路面的平整度和稳定性[6]。

综合运用热补修、密封层修复、裂缝灌缝和薄层覆盖等方法，可以有效修复内部裂隙，延长路面使用寿命，并降低维护成本。根据裂隙的具体情况和路面状况，选择适合的修复方法是至关重要的。

6 “校企一体、科教融汇”在研究中的作用与实践

6.1 校企合作的实践优势互补

企业在沥青路面的建设、维护和管理过程中积累了丰富的实践经验和大量的实际工程数据。这些数据包括不同地区、不同等级道路的沥青路面在使用过程中内部裂隙的出现时间、位置、形态以及发展趋势等信息。通过与企业合作，学校研究人员可以获取这些宝贵的数据资源，为建立更准确地理论模型和分析方法提供依据。以河南交通职业技术学院为例，学校拥有“校中厂、厂中校”的校企合作单位以及先进的实验设备、专业的科研人才和系统的理论研究方法。学校利用优势，对企业提供的数据进行深入分析，从理论层面解释内部裂隙的产生和发展机制。同时，学校可以开展针对性的实验研究，模拟不同条件下沥青路面内部裂隙的情况，为企业提供科学的解决方案。例如，学校利用材料力学实验设备对含有裂隙的沥青混合料试件进行力学性能测试，为企业改进施工工艺提供理论支持。

6.2 科教融合的创新研究模式

科教融合促使学校将先进的科学理论应用于沥青路面内部裂隙问题的研究。例如，利用断裂力学理论，可以更准确地分析裂隙的拓展路径和速率；运用流变学理论，可以深入研究沥青在不同温度和应力条件下的变形特性，从而更好地理解裂隙产生的机理。同时，学校将现代信息技术引入研究中，如利用数字图像处理技术对路面裂隙进行定量分析，通过BIM计算机模拟技术对不同工况下的路面性能进行预测，为企业提供更精确的决策依据。

6.3 人才培养与产业需求对接

在 “校企一体、科教融汇” 的模式下，学校培养的人才能够更好地满足产业发展的需求。学生在参与沥青路面内部裂隙问题研究的过程中，不仅掌握了扎实的理论知识，还通过与企业的合作实践，了解了实际工程中的问题和解决方案。这种培养模式使得毕业生能够迅速适应企业工作，为企业提供高素质的专业人才，促进交通基础设施建设行业的持续发展。

7 结语

内部裂隙对沥青路面的力学性能和路用性能产生显著影响。在“校企一体、科教融汇” 的背景下，本研究全面深入地解析了沥青路面内部裂隙对其力学和路用性能的影响。通过政行企校四方合作，对裂隙产生原因的分析，明确了材料、施工、荷载和环境等因素在裂隙形成和发展过程中的关键作用。通过对内部裂隙的形成机理和对沥青路面性能的影响进行分析，以及预防和修复内部裂隙的方法进行探讨，希望可以有效改善沥青路面的力学性能和路用性能，这不仅可以提高路面的承载能力和耐久性，还可以提升行车舒适性和安全性，今后更好应用于实验研究与教学案例。

基础项目：1.2024 年度河南省高等教育教学改革研究与实践项目《交通运输类高职院校“校企一体、科教融汇”育人模式研究与实践》（2024SJGLX0677）2.河南省高等学校重点科研项目（25B440006）《地下水位变化高铁采空区地基失稳破坏机制及预警技术研究》 3. 河南省高等学校重点科研项目（24B580002 ） 《 基于绿色低碳理念的高速公路团雾监测预警体系及治理策略研究 》 4. 2025 年度河南省高校人文社会科学研究一般项目《基于职业能力递进的高职智能网联汽车专业课程体系构建研究》 项目编号：2025-ZDJH-128 5.河南交通职业技术学院校级教改项目《基于融合融通融汇理念的双创课程体系构建与实施》（2023JG42）；6.河南交通职业技术学院校级教改项目《高等职业学校“校中厂”产教融合协同育人研究与实践》（2023JG47）；7.2023年河南省职业教育教学改革研究与实践项目，项目编号：豫教[2024]05753。

参考文献：

[1]尹力勃.混合料内部裂隙对沥青路面路用性能的影响[J].交通世界，2023（13）：41-44.

[2]郑婵娟，黄建华.湿热环境下沥青路面裂隙治理技术探究[J].交通世界，2021（22）：120-121+136.

[3]姜勇.混合料内部裂隙对沥青路面疲劳性能影响研究[D].重庆：重庆交通大学，2021.

[4]职子涵.基于连续—非连续理论的损伤结构力学响应数值模拟分析[D].郑州：郑州大学，2020.

[5]车宗原，游征宇.基于PFWD的半刚性路面基层裂隙检测及描述技术探究[J].中国公路，2019（23）：112-113.

[6]钱尼贵.基于格子Boltzmann方法的路面路基细观渗流特性及试验研究[D].广州：华南理工大学，2018.