位于路面面層的瀝青結(jié)構(gòu)層,直接受到氣溫變化的影響,當(dāng)溫度下降時,瀝青面層就會產(chǎn) 生收縮變形。但它和水泥混凝土路面不同,瀝青路面沒有收縮縫,于是這種變形會受到基層對 路面的摩阻力和路面無限連續(xù)板體對收縮變形的約束作用,使瀝青面層內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。 

另一方面,瀝青混凝土具有應(yīng)力松弛性能,當(dāng)給瀝青混凝土一定的應(yīng)變時,由此產(chǎn)生的應(yīng) 力會隨時間延長而松弛,在一般的溫度范圍內(nèi),由溫度降低而產(chǎn)生的拉應(yīng)力,會由于應(yīng)力松弛 而使拉應(yīng)力減小,將不產(chǎn)生出現(xiàn)裂縫那么大的應(yīng)力?？墒钱?dāng)出現(xiàn)寒流或寒潮時,過快的降溫速 率將使路面內(nèi)的應(yīng)力來不及松弛,出現(xiàn)過大的應(yīng)力積累。與此同時,由于溫度降低,瀝青混合 料的應(yīng)力松弛模量逐漸增大,應(yīng)力松弛性能降低,也導(dǎo)致應(yīng)力積聚過大,待溫度應(yīng)力積累到超 過瀝青混合料的極限抗拉強度時,路面就將出現(xiàn)裂縫,以便將應(yīng)力釋放出去。因此溫縮裂縫往 往并不發(fā)生在當(dāng)?shù)氐臉O端溫度條件下,而經(jīng)常大量發(fā)生在寒流和寒潮到來的時間里。例如在 我國北方,11月份是一年之中首次出現(xiàn)寒冷的月份,瀝青路面經(jīng)常會在寒流到來的一夜之間 出現(xiàn)大量的溫縮裂縫。

 也就是說,溫縮裂縫是由于溫度驟降,混合料的應(yīng)力松弛性能趕不上,溫度下降產(chǎn)生的應(yīng) 力超過了材料的極限抗拉強度。或者說,在通常溫度條件下,瀝青混合料的勁度較低,氣溫下 降后,材料的應(yīng)變能力急劇降低,導(dǎo)致材料的勁度模量急劇增大,超過了產(chǎn)生開裂的極限勁度, 便產(chǎn)生開裂。這種情況在瀝青面層與基層粘結(jié)力不好,可允許有一定自由收縮時更易發(fā)生。 這是一次性降溫造成的溫度收縮裂縫的經(jīng)典的力學(xué)模式。

 由于降溫來自于冷氣流,路表溫度肯定低于路面內(nèi)部溫度,溫縮裂縫當(dāng)然是從表面開始 的,這在60年代國外的大量調(diào)查中已經(jīng)得到證實。當(dāng)溫度下降時,因為瀝青路面的表面溫度 比底面低,沿深度方向的溫度梯度如圖3-5-la)所示,應(yīng)力的產(chǎn)生本來應(yīng)該與溫度梯度是一致的,可是實際路面中瀝青混凝土層是連續(xù)的,沒有接縫,不能自由地收縮,且與路面基層緊密粘 著,不能自由翹曲,其結(jié)果如圖3-5-1b)所示,在表面出現(xiàn)了拉應(yīng)力(與基層聯(lián)結(jié)成整體的也會 出現(xiàn)拉應(yīng)力),在底面出現(xiàn)了壓應(yīng)力,這些應(yīng)力與其他應(yīng)力相疊加,就會在表面出現(xiàn)更大的拉應(yīng) 力,一般認(rèn)為這就是表面容易出現(xiàn)裂縫的原因。

 另外,接近表面的瀝青比內(nèi)部瀝青更易老化,瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變小,應(yīng)力松弛性 能差,也是容易產(chǎn)生裂縫的一個重要因素。 

路面開裂以后,溫度繼續(xù)下降便有了自由收縮的可能,此時裂縫寬度將會增加。但是由于瀝青面層與基層之間有聯(lián)結(jié),實際上收縮不是自由的。以后隨著使用年限的增加,瀝青混合料的勁度模量也同時增加,所以還會產(chǎn)生新的裂縫,從而裂縫間距縮短,裂縫不斷加寬,開裂越來越嚴(yán)重。