“校企一體、科教融匯”背景下內(nèi)部裂隙對瀝青路面力學(xué)及路用性能的影響分析

摘 要：內(nèi)部裂隙是瀝青路面常見的病害之一，對路面的力學(xué)性能和路用性能產(chǎn)生顯著影響。本文聚焦于瀝青路面內(nèi)部裂隙這一關(guān)鍵問題，在“校企一體、科教融匯” 的獨特背景下展開深入研究。通過理論剖析、數(shù)值模擬與實驗研究的綜合手段，系統(tǒng)分析了內(nèi)部裂隙的產(chǎn)生根源、發(fā)展機制，及其對瀝青路面力學(xué)性能（承載能力、疲勞壽命等）和路用性能（抗滑性能、水穩(wěn)定性等）的多方位影響。研究成果對于提升瀝青路面質(zhì)量、改進(jìn)設(shè)計與施工方法具有重要指導(dǎo)意義，同時彰顯了校企合作與科教融合模式在解決實際工程難題中的顯著價值。

關(guān)鍵詞：內(nèi)部裂隙 瀝青路面 力學(xué)性能 路用性能 校企一體與科教融匯

0 引言

隨著現(xiàn)代交通發(fā)展，瀝青路面廣泛用于交通基礎(chǔ)設(shè)施，承載繁重荷載。但使用中內(nèi)部裂隙頻發(fā)，影響路面性能和壽命，增加維護(hù)成本，威脅行車安全。深入研究其對瀝青路面力學(xué)和路用性能的影響，對提高路面質(zhì)量、延長壽命意義重大?！靶Ｆ笠惑w、科教融匯” 為研究瀝青路面內(nèi)部裂隙問題帶來新視角和支持，有助于優(yōu)化設(shè)計、提高施工質(zhì)量、制定養(yǎng)護(hù)策略，還能整合資源，為解決復(fù)雜工程問題提供途徑，促進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)發(fā)展。

1 瀝青路面內(nèi)部裂隙的產(chǎn)生原因

1.1 材料特性相關(guān)因素

瀝青的種類、標(biāo)號以及質(zhì)量對路面裂隙的產(chǎn)生有著至關(guān)重要的影響。低標(biāo)號瀝青在低溫環(huán)境下容易變脆，柔韌性降低，當(dāng)路面受到溫度應(yīng)力或車輛荷載作用時，容易產(chǎn)生裂隙。此外，瀝青的老化也會導(dǎo)致其粘性和彈性模量發(fā)生變化，使路面材料的抗裂性能下降。例如，長期暴露在陽光和空氣中的瀝青路面，其瀝青會逐漸老化，表面出現(xiàn)細(xì)小裂紋。

集料的形狀、大小、表面紋理以及級配情況直接影響瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。棱角分明且表面粗糙的集料雖然能夠增加混合料的內(nèi)摩擦力，但如果級配不合理，如粗集料過多或細(xì)集料過少，會導(dǎo)致混合料的孔隙率增大。過大的空隙率使得瀝青混合料在荷載作用下容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)裂隙。且集料的質(zhì)量不佳，如含有軟弱顆?；螂s質(zhì)，也會降低混合料的整體強度，增加裂隙產(chǎn)生的可能性。

1.2 施工工藝與質(zhì)量控制因素

壓實是瀝青路面施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果壓實不足，瀝青混合料中的空隙無法有效排出，會在路面內(nèi)部形成潛在的薄弱區(qū)域。壓路機的類型、噸位、碾壓速度、碾壓遍數(shù)以及碾壓溫度等都會影響壓實效果。例如，當(dāng)碾壓速度過快或噸位不足時，混合料無法達(dá)到規(guī)定的密實度，內(nèi)部殘留的空氣在車輛荷載反復(fù)作用下會逐漸形成裂隙。

施工溫度對瀝青混合料的性能影響顯著。攤鋪溫度過高會加速瀝青的老化，使其粘性降低，而溫度過低則會導(dǎo)致混合料變硬，難以壓實。在溫度不合適的情況下施工，會使瀝青混合料的整體性變差，容易在使用過程中產(chǎn)生裂隙。例如，在寒冷天氣下進(jìn)行攤鋪，如果沒有采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?，混合料的壓實度和黏結(jié)性都會受到影響。

1.3 荷載與環(huán)境因素的綜合作用

車輛的類型、軸重、行駛速度以及交通流量等荷載因素是導(dǎo)致瀝青路面裂隙發(fā)展的重要外部原因。超載車輛會使路面承受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計值，加速路面結(jié)構(gòu)的破壞。特別是在車輛頻繁剎車、啟動的路段，這種反復(fù)的水平力和垂直力作用會使路面內(nèi)部產(chǎn)生疲勞損傷，引發(fā)裂隙的擴(kuò)展。例如，在重載交通道路上，車轍和縱向裂隙往往更為嚴(yán)重。

溫度變化對瀝青路面的影響不容忽視。瀝青路面在高溫季節(jié)會因軟化而產(chǎn)生車轍，同時在溫度梯度作用下產(chǎn)生溫度應(yīng)力；在低溫季節(jié)則會因收縮而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這些應(yīng)力超過材料的極限強度時，就會形成裂隙。此外，水分的侵入也是一個關(guān)鍵因素。雨水、地下水等通過路面的孔隙、裂隙進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，會削弱瀝青與集料之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致集料剝落，進(jìn)而加劇裂隙的發(fā)展。而且，在凍融循環(huán)地區(qū)，水分在凍結(jié)和融化過程中產(chǎn)生的體積變化會對路面結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步破壞。

2 內(nèi)部裂隙對瀝青路面力學(xué)性能的影響

2.1 強度降低

內(nèi)部裂隙的存在會顯著降低瀝青路面的整體強度。裂隙破壞了瀝青層的連續(xù)性，導(dǎo)致路面的抗拉強度和抗剪強度下降。裂隙會使路面的受力分散，增加了應(yīng)力集中的程度，從而降低了路面對外部荷載的承載能力。此外，裂隙還會影響瀝青層的內(nèi)聚力和黏結(jié)力，導(dǎo)致路面材料之間的粘結(jié)失效，進(jìn)一步削弱了路面的整體強度。

弱化的路面強度會導(dǎo)致路面的變形和破壞加劇。在交通荷載作用下，裂隙容易擴(kuò)展和加深，從而加劇路面的損壞。裂隙擴(kuò)展還會進(jìn)一步削弱路面材料的連續(xù)性，導(dǎo)致更多的松散顆粒和空隙出現(xiàn)，進(jìn)一步破壞了路面的整體結(jié)構(gòu)[1]。這會引發(fā)更嚴(yán)重的病害，如路面下沉、龜裂和坑洞等，最終導(dǎo)致路面的失效。

2.2 抗剪強度減小

內(nèi)部裂隙的存在會顯著降低瀝青路面的抗剪強度。裂隙作為一個弱點，會導(dǎo)致瀝青層內(nèi)部的剪切應(yīng)力集中于裂隙周圍，使得路面的抗剪能力減小。當(dāng)交通荷載作用于路面時，裂隙處的剪切變形集中在該位置，增加了該區(qū)域的應(yīng)力和應(yīng)變，從而進(jìn)一步加劇裂隙的擴(kuò)展和發(fā)展。

裂隙的存在使得瀝青層無法形成均勻的應(yīng)力分布，剪切應(yīng)力難以得到有效分散和承載。由于剪切應(yīng)力集中在裂隙周圍，導(dǎo)致裂隙附近的瀝青材料承受較大的剪切應(yīng)力，而其他區(qū)域則承受較小的剪切應(yīng)力[2]。這種剪切應(yīng)力不均勻的分布會導(dǎo)致瀝青層的剪切破壞和位移的集中，從而加劇裂隙的擴(kuò)展和發(fā)展。

抗剪強度的減小會導(dǎo)致路面的剪切破壞和變形加劇。隨著裂隙的擴(kuò)展，瀝青層的連續(xù)性遭到破壞，砂漿石料之間的粘結(jié)力減弱，進(jìn)一步削弱了路面的整體抗剪強度。

2.3 抗水剝離性能下降

內(nèi)部裂隙的存在會顯著降低瀝青路面的抗水剝離性能。裂隙破壞了瀝青層的整體結(jié)構(gòu)，使得水分滲透到路面內(nèi)部。當(dāng)水分進(jìn)入裂隙中，與瀝青膠發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致瀝青膠的老化和降解，進(jìn)而影響瀝青層的黏結(jié)性能和抗水剝離性能。

水分的滲透和瀝青膠的老化會削弱瀝青層的黏結(jié)性能。水分進(jìn)入裂隙后，與瀝青膠中的瀝青分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致瀝青膠的硬化和老化。這使得瀝青膠失去了原本的黏結(jié)力，無法有效地將石料粒子固定在一起，從而降低了瀝青層的抗水剝離性能[3]。

裂隙的存在還會加劇水分滲透和排水不暢的問題，進(jìn)一步損害瀝青路面的穩(wěn)定性和耐久性。水分進(jìn)入裂隙后，在交通荷載的作用下，會引起水的膨脹和收縮，加劇裂隙的擴(kuò)展和發(fā)展。

2.4 車轍和噪聲問題

內(nèi)部裂隙對瀝青路面的車轍和噪聲問題產(chǎn)生明顯影響。裂隙破壞了瀝青層的連續(xù)性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致路面的不均勻沉降和變形，進(jìn)而形成車轍和凹凸不平的路面表面。車轍的形成不僅會影響駕駛的舒適性和行車安全性，還會加速裂隙的擴(kuò)展和損壞，進(jìn)一步加劇路面的病害發(fā)展。此外，裂隙也會增加路面的噪聲產(chǎn)生。當(dāng)車輛經(jīng)過裂隙區(qū)域時，車輪與路面的接觸不均勻，產(chǎn)生顛簸和振動，引發(fā)噪聲的產(chǎn)生。這些噪聲不僅對駕駛員和乘客產(chǎn)生不適，還對周圍環(huán)境和居民造成噪聲污染。特別是在頻繁通行的道路和靠近居民區(qū)的路段，噪聲問題更加突出，影響到居民的生活質(zhì)量和健康。

3 內(nèi)部裂隙對瀝青路面路用性能的影響

3.1 行車舒適性下降

內(nèi)部裂隙對瀝青路面的行車舒適性產(chǎn)生明顯影響。裂隙破壞了路面的平整性和連續(xù)性，導(dǎo)致路面表面不平整。當(dāng)車輛行駛在裂隙區(qū)域時，車輪會受到不均勻的支撐和顛簸的影響，引起車輛的顛簸和震動。這降低了駕駛員和乘客的行車舒適性，使得駕駛過程更加顛簸、不穩(wěn)定和不舒適。

裂隙導(dǎo)致的路面不平整還會增加車輛的操控難度。車輛在不平整的路面上行駛時，容易產(chǎn)生搖擺和漂移的現(xiàn)象，對駕駛員的操控能力提出更高的要求。這不僅對駕駛員的駕駛體驗造成影響，還可能增加行車事故的風(fēng)險[4]。

3.2 輪胎磨損加劇

內(nèi)部裂隙對瀝青路面的輪胎磨損產(chǎn)生明顯影響。裂隙破壞了路面的平整性，使路面表面不平整。當(dāng)車輛行駛在裂隙區(qū)域時，輪胎與路面之間的接觸面積不均勻，摩擦力增加，從而加劇了輪胎的磨損和磨耗。

不平整的路面會導(dǎo)致輪胎受到額外的沖擊和振動，使得輪胎胎面與路面的接觸壓力不均勻，特定區(qū)域的輪胎胎面受到更大的壓力和摩擦力，從而加速輪胎的磨損。此外，不平整路面還容易產(chǎn)生尖銳物體和突起，進(jìn)一步增加了輪胎與路面的摩擦和磨損。

輪胎的磨損不僅會降低輪胎的使用壽命，還會影響車輛的操控性和行駛安全。磨損嚴(yán)重的輪胎減少了與路面的摩擦力，降低了牽引力和制動效果，增加了車輛在濕滑路面上的打滑風(fēng)險。

3.3 維護(hù)成本增加

路面的內(nèi)部裂隙問題不僅導(dǎo)致了病害的發(fā)展和擴(kuò)展，還進(jìn)一步提高了路面維護(hù)和修復(fù)的頻率和成本。這些裂隙擴(kuò)大了破損區(qū)域，使水、冰和車輛運行時的振動更容易侵蝕路面結(jié)構(gòu)。由于這種持續(xù)的破壞性影響，道路管理機構(gòu)需要更頻繁地進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)工作，以防止進(jìn)一步的惡化和安全隱患。維護(hù)成本的增加包括了人力、材料和設(shè)備等方面的投入，同時還需要耗費大量的時間和精力。

4 預(yù)防內(nèi)部裂隙的方法

在瀝青路面的設(shè)計和施工中，有幾個關(guān)鍵方面可以幫助減少內(nèi)部裂隙的風(fēng)險并降低維護(hù)成本。首先，合理設(shè)計路面是關(guān)鍵。在設(shè)計階段，應(yīng)考慮交通荷載、氣候條件和材料性能等因素，確定適當(dāng)?shù)臑r青混合料配合比和施工厚度，以減少應(yīng)力集中和熱應(yīng)力的產(chǎn)生。其次，材料的選擇和改進(jìn)也十分重要。選擇優(yōu)質(zhì)的瀝青膠和骨料，確保它們之間的粘結(jié)力和相容性。通過改變?yōu)r青的黏度、添加劑和改良劑的使用，可以提高瀝青混合料的抗裂性能和抗老化性能，從而減少內(nèi)部裂隙的形成。最后，在施工過程中需要進(jìn)行有效的控制?？刂剖┕囟群蜁r間，避免溫度變化過大和施工時間過長。合理的施工控制可以降低熱應(yīng)力和應(yīng)力集中，減少內(nèi)部裂隙的發(fā)生[5]。通過綜合考慮合理設(shè)計、材料改進(jìn)和施工控制等方面，可以有效降低內(nèi)部裂隙的風(fēng)險，減少路面維護(hù)成本的增加。

5 修復(fù)內(nèi)部裂隙的方法

在維護(hù)和修復(fù)內(nèi)部裂隙時，有幾種有效的方法可供選擇。首先是熱補修技術(shù)，通過加熱設(shè)備將修復(fù)材料熔化填充裂隙，然后冷卻固化，恢復(fù)瀝青層的連續(xù)性和強度。其次是密封層修復(fù)，通過涂覆密封層材料在路面表面形成一層保護(hù)層，防止水分滲透和裂隙的擴(kuò)展，修復(fù)現(xiàn)有裂隙并預(yù)防新裂隙的形成。

另一種方法是裂縫灌縫，適用于較寬的內(nèi)部裂隙。通過將填縫材料注入裂隙中，填充裂隙空間并增強路面的連續(xù)性。最后是薄層覆蓋，即在瀝青路面表面覆蓋一層薄層材料，修復(fù)和保護(hù)路面。薄層覆蓋可以填平裂隙，提高路面的平整度和穩(wěn)定性[6]。

綜合運用熱補修、密封層修復(fù)、裂縫灌縫和薄層覆蓋等方法，可以有效修復(fù)內(nèi)部裂隙，延長路面使用壽命，并降低維護(hù)成本。根據(jù)裂隙的具體情況和路面狀況，選擇適合的修復(fù)方法是至關(guān)重要的。

6 “校企一體、科教融匯”在研究中的作用與實踐

6.1 校企合作的實踐優(yōu)勢互補

企業(yè)在瀝青路面的建設(shè)、維護(hù)和管理過程中積累了豐富的實踐經(jīng)驗和大量的實際工程數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括不同地區(qū)、不同等級道路的瀝青路面在使用過程中內(nèi)部裂隙的出現(xiàn)時間、位置、形態(tài)以及發(fā)展趨勢等信息。通過與企業(yè)合作，學(xué)校研究人員可以獲取這些寶貴的數(shù)據(jù)資源，為建立更準(zhǔn)確地理論模型和分析方法提供依據(jù)。以河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，學(xué)校擁有“校中廠、廠中校”的校企合作單位以及先進(jìn)的實驗設(shè)備、專業(yè)的科研人才和系統(tǒng)的理論研究方法。學(xué)校利用優(yōu)勢，對企業(yè)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，從理論層面解釋內(nèi)部裂隙的產(chǎn)生和發(fā)展機制。同時，學(xué)?？梢蚤_展針對性的實驗研究，模擬不同條件下瀝青路面內(nèi)部裂隙的情況，為企業(yè)提供科學(xué)的解決方案。例如，學(xué)校利用材料力學(xué)實驗設(shè)備對含有裂隙的瀝青混合料試件進(jìn)行力學(xué)性能測試，為企業(yè)改進(jìn)施工工藝提供理論支持。

6.2 科教融合的創(chuàng)新研究模式

科教融合促使學(xué)校將先進(jìn)的科學(xué)理論應(yīng)用于瀝青路面內(nèi)部裂隙問題的研究。例如，利用斷裂力學(xué)理論，可以更準(zhǔn)確地分析裂隙的拓展路徑和速率；運用流變學(xué)理論，可以深入研究瀝青在不同溫度和應(yīng)力條件下的變形特性，從而更好地理解裂隙產(chǎn)生的機理。同時，學(xué)校將現(xiàn)代信息技術(shù)引入研究中，如利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對路面裂隙進(jìn)行定量分析，通過BIM計算機模擬技術(shù)對不同工況下的路面性能進(jìn)行預(yù)測，為企業(yè)提供更精確的決策依據(jù)。

6.3 人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求對接

在 “校企一體、科教融匯” 的模式下，學(xué)校培養(yǎng)的人才能夠更好地滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。學(xué)生在參與瀝青路面內(nèi)部裂隙問題研究的過程中，不僅掌握了扎實的理論知識，還通過與企業(yè)的合作實踐，了解了實際工程中的問題和解決方案。這種培養(yǎng)模式使得畢業(yè)生能夠迅速適應(yīng)企業(yè)工作，為企業(yè)提供高素質(zhì)的專業(yè)人才，促進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

7 結(jié)語

內(nèi)部裂隙對瀝青路面的力學(xué)性能和路用性能產(chǎn)生顯著影響。在“校企一體、科教融匯” 的背景下，本研究全面深入地解析了瀝青路面內(nèi)部裂隙對其力學(xué)和路用性能的影響。通過政行企校四方合作，對裂隙產(chǎn)生原因的分析，明確了材料、施工、荷載和環(huán)境等因素在裂隙形成和發(fā)展過程中的關(guān)鍵作用。通過對內(nèi)部裂隙的形成機理和對瀝青路面性能的影響進(jìn)行分析，以及預(yù)防和修復(fù)內(nèi)部裂隙的方法進(jìn)行探討，希望可以有效改善瀝青路面的力學(xué)性能和路用性能，這不僅可以提高路面的承載能力和耐久性，還可以提升行車舒適性和安全性，今后更好應(yīng)用于實驗研究與教學(xué)案例。

基礎(chǔ)項目：1.2024 年度河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目《交通運輸類高職院?！靶Ｆ笠惑w、科教融匯”育人模式研究與實踐》（2024SJGLX0677）2.河南省高等學(xué)校重點科研項目（25B440006）《地下水位變化高鐵采空區(qū)地基失穩(wěn)破壞機制及預(yù)警技術(shù)研究》 3. 河南省高等學(xué)校重點科研項目（24B580002 ） 《 基于綠色低碳理念的高速公路團(tuán)霧監(jiān)測預(yù)警體系及治理策略研究 》 4. 2025 年度河南省高校人文社會科學(xué)研究一般項目《基于職業(yè)能力遞進(jìn)的高職智能網(wǎng)聯(lián)汽車專業(yè)課程體系構(gòu)建研究》 項目編號：2025-ZDJH-128 5.河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級教改項目《基于融合融通融匯理念的雙創(chuàng)課程體系構(gòu)建與實施》（2023JG42）；6.河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級教改項目《高等職業(yè)學(xué)?！靶Ｖ袕S”產(chǎn)教融合協(xié)同育人研究與實踐》（2023JG47）；7.2023年河南省職業(yè)教育教學(xué)改革研究與實踐項目，項目編號：豫教[2024]05753。

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