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摘要：随着建筑工程的快速发展，从层施工设计、路面结构、路基、和施工的每一个环节都要重视。如何延长路面结构的使用寿命和结构的耐久性成为了高速建设领域面临的一个新的课题。
关键词：结构 混凝土；
1混凝土裂缝的分类
混凝土裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是指肉眼看不见的裂缝，在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的；宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来，范围不小于0.05mm。
1.1 微观裂缝：
1.1.1粘裂缝：骨料与水泥石粘和面上的裂缝。
11.2水泥石裂缝：水泥石中自身的裂缝。
1.1.3骨料裂缝：骨料自身的裂缝。
1.2宏观裂缝：
1.2.1变形应力引起的裂缝（约占80%）：由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
1.2.2结构次应力引起的裂缝：由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的。
1.2.3
坏模式以及影响因素入手，分析路面材料耐久性与路面结构耐久性的关系。
荷载作用下的裂缝：混凝土和钢筋共同作用下的变形协调（变形相容性），当钢筋应变≥混凝土的极限拉伸时引起的混凝土开裂。
1．3路面材料耐久性的直接影响因素
1．3．1区分不同材料的疲劳特性有哪些
对于材料的力学性能不同，疲劳性也不同。概括起来，几种路面材料的疲劳特性有以下关系：弯拉疲劳，熟拌沥青混合料>冷拌沥青混合料>水泥稳定碎石>级配碎石；水疲劳，热拌沥青混合料>冷拌沥青混合料，水泥稳定碎石>级配碎石剪切疲劳，水泥稳定碎石>热拌沥青混合料>冷拌沥青混合料>级配碎石：。
1．4不同结构层材料的疲劳破坏模式有哪些不同
相同的材料用于不同的结构层，其受力状态不同，疲劳破坏模式也不同。考虑环境因素的影响以及受力特点将不同结构层材料的可能破坏模式总结于表2。
一般施工设计良好的结构不会产生水损坏。根据(表2)列出的可能疲劳破坏模式可知，除了面层材料受到的损伤模式较复杂外，其他各层材料可能的损伤模式比较明确。面层、基层材料都可能产生剪切疲劳破坏、温度疲劳破坏；基层主要为弯拉疲劳破坏，路基易产生沉陷变形。
1．5材料的破坏控制指标
对位于结构层上部的材料，一般破坏模式为应力疲劳破坏。而对位于结构层下部的材料，一般破坏为应变疲劳破坏。要保证路面材料耐久，需要根据不同材料的相应耐久极限提出相关标准，对材料的应力应变状态进行控制。如式(1)所示，对于面层材料，采用应力标准控制，基层和路基材料采用应变标准控制。
式中：代表面层材料应力状态，指代面层代表
材料应力标准；代表路基顶面的压应变；代表基层底面弯拉
应变：代表路基顶面耐久极限压应变；代表基层底部耐久极
限弯拉应变。
具体材料的破坏标准需要通过大量的试验验证。根据美国伊利诺伊州立大学的研究成果，认为当路基材料的垂直压应变不超过200即可保持耐久，沥青混凝土层层底弯拉应变不超过70即可保持耐久。
2沥青混凝土路面结构的耐久性
路面结构所承受的标准轴载作用次数就是整个结构的疲劳寿命，当路面结构达到施工设计的累积轴载作用次数或使用年限而不产生结构破坏，称该路面结构耐久，否则结构将出现早期破坏。影响路面结构耐久性因素的分析，是解决结构耐久性问题的出发点。影响结构耐久性的内部因素主要有结构施工设计和材料的选择。
2．1材料耐久性对路面的影响
从路面结构破坏的位置看，可以分为表面功能层的破坏和结构层内部的破坏。面层材料的失效只影响路面表面功能，因此该层材料的破坏对结构的寿命影响不大。基层材料的失效必然引起基层功能的失效，这种破坏不能够通过简单的维修复原，必须通过大规模的开挖、重新铺筑才能恢复结构的功能，所以基层材料破坏必将大大缩短路面结构的使用寿命。同样，路基材料的失效，也必将引起路面结构整体功能的丧失。(表3)列举了各层材料影响路面结构耐久性的相互关系。
根据系统论的观点，路基路面结构类似于串连结构(如图1)，即每一结构层的损坏都影响着路面结构的使用。但是对于路面出现的损坏，路表功能可以通过及时维修养护得以恢复。因此面層可以看作是一种并联结构，当路面材料1损坏后，可以很容易地进行替换修补。
基层、路基对整个系统的影响，可以根据经济学中的“木桶原理”进行解释。“木桶原理”指的是盛水的木桶是由许多块木板箍成，盛水量也是由这些木板共同决定的。若其中一块木板很短，则此木桶的盛水量就被短板所限制。这块短板就成了这个木桶盛水量的“限制因素”(或称“短板效应”)。要想提高木桶的容量，就应该设法加高最短的那块木板的高度，这是最有效也是惟一的途径。
因此，路面结构施工设计可以用“短板效应”解释和指导，维持路面结构耐久性是由基层和路基材料中寿命最短者决定的。路面结构施工设计就是要避免路基或者基层成为结构的最“短板”。路面结构的使用寿命可以通过式(2)表示：
式中：Lstrcture表示结构的寿命；Lbase代表基层寿命; Lbm表示基层材料寿命；Lsubgrade代表路基寿命；Lsm表示路基材料寿命。
整个结构的使用寿命是由基层和路基两层中寿命最短者决定的，每一结构层的寿命又是该层组成材料的寿命决定的。当刚好不出现疲劳破坏时，即为结构的最小厚度。
2．2路面结构施工设计对耐久性的影响
路面结构施工设计内容，包括材料选择、路面结构组合的施工设计和路面各层厚度来确定。不同材料的性能不同。半刚性基层材料与沥青稳定类材料的模量不同、耐久极限不同，导致半刚性基层与柔性基层沥青混凝土路面的受力状况不同，保证耐久性的结构层厚度也不同。
当结构受到荷载和自然力(温度和水)的作用后，如果施工设计的结构能够保证各层材料的受力状况不超过材料的耐久性极限，那么这种结构就能够维持耐久性或者长寿命。维持材料耐久性，是维持路面结构耐久性的核心。通过(图2)更能直观地看出结构施工设计与路面结构耐久性关系。
3结语
不同材料具有不同的疲劳破坏特点和疲劳寿命，选择耐久性好的材料，有利于延长结构的使用寿命；相同的材料在不同环境条件(温度、水)、处于不同结构层，材料破坏的模式不同，应针对不同结构层的要求选择相应耐久性好的材料。基层、路基材料的耐久性决定结构的耐久性。因此，可以将材料的耐久极限作为路面结构耐久性施工设计的控制指标，通过路基顶面垂直压应变来控制路基的剪切疲劳破坏，通过基层底面水平弯拉应变来控制基层的疲劳开裂。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：结构 混凝土；
1混凝土裂缝的分类
混凝土裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是指肉眼看不见的裂缝，在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的；宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来，范围不小于0.05mm。
1.1 微观裂缝：
1.1.1粘裂缝：骨料与水泥石粘和面上的裂缝。
11.2水泥石裂缝：水泥石中自身的裂缝。
1.1.3骨料裂缝：骨料自身的裂缝。
1.2宏观裂缝：
1.2.1变形应力引起的裂缝（约占80%）：由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
1.2.2结构次应力引起的裂缝：由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的。
1.2.3
坏模式以及影响因素入手，分析路面材料耐久性与路面结构耐久性的关系。
荷载作用下的裂缝：混凝土和钢筋共同作用下的变形协调（变形相容性），当钢筋应变≥混凝土的极限拉伸时引起的混凝土开裂。
1．3路面材料耐久性的直接影响因素
1．3．1区分不同材料的疲劳特性有哪些
对于材料的力学性能不同，疲劳性也不同。概括起来，几种路面材料的疲劳特性有以下关系：弯拉疲劳，熟拌沥青混合料>冷拌沥青混合料>水泥稳定碎石>级配碎石；水疲劳，热拌沥青混合料>冷拌沥青混合料，水泥稳定碎石>级配碎石剪切疲劳，水泥稳定碎石>热拌沥青混合料>冷拌沥青混合料>级配碎石：。
1．4不同结构层材料的疲劳破坏模式有哪些不同
相同的材料用于不同的结构层，其受力状态不同，疲劳破坏模式也不同。考虑环境因素的影响以及受力特点将不同结构层材料的可能破坏模式总结于表2。
一般施工设计良好的结构不会产生水损坏。根据(表2)列出的可能疲劳破坏模式可知，除了面层材料受到的损伤模式较复杂外，其他各层材料可能的损伤模式比较明确。面层、基层材料都可能产生剪切疲劳破坏、温度疲劳破坏；基层主要为弯拉疲劳破坏，路基易产生沉陷变形。
1．5材料的破坏控制指标
对位于结构层上部的材料，一般破坏模式为应力疲劳破坏。而对位于结构层下部的材料，一般破坏为应变疲劳破坏。要保证路面材料耐久，需要根据不同材料的相应耐久极限提出相关标准，对材料的应力应变状态进行控制。如式(1)所示，对于面层材料，采用应力标准控制，基层和路基材料采用应变标准控制。
式中：代表面层材料应力状态，指代面层代表
材料应力标准；代表路基顶面的压应变；代表基层底面弯拉
应变：代表路基顶面耐久极限压应变；代表基层底部耐久极
限弯拉应变。
具体材料的破坏标准需要通过大量的试验验证。根据美国伊利诺伊州立大学的研究成果，认为当路基材料的垂直压应变不超过200即可保持耐久，沥青混凝土层层底弯拉应变不超过70即可保持耐久。
2沥青混凝土路面结构的耐久性
路面结构所承受的标准轴载作用次数就是整个结构的疲劳寿命，当路面结构达到施工设计的累积轴载作用次数或使用年限而不产生结构破坏，称该路面结构耐久，否则结构将出现早期破坏。影响路面结构耐久性因素的分析，是解决结构耐久性问题的出发点。影响结构耐久性的内部因素主要有结构施工设计和材料的选择。
2．1材料耐久性对路面的影响
从路面结构破坏的位置看，可以分为表面功能层的破坏和结构层内部的破坏。面层材料的失效只影响路面表面功能，因此该层材料的破坏对结构的寿命影响不大。基层材料的失效必然引起基层功能的失效，这种破坏不能够通过简单的维修复原，必须通过大规模的开挖、重新铺筑才能恢复结构的功能，所以基层材料破坏必将大大缩短路面结构的使用寿命。同样，路基材料的失效，也必将引起路面结构整体功能的丧失。(表3)列举了各层材料影响路面结构耐久性的相互关系。
根据系统论的观点，路基路面结构类似于串连结构(如图1)，即每一结构层的损坏都影响着路面结构的使用。但是对于路面出现的损坏，路表功能可以通过及时维修养护得以恢复。因此面層可以看作是一种并联结构，当路面材料1损坏后，可以很容易地进行替换修补。
基层、路基对整个系统的影响，可以根据经济学中的“木桶原理”进行解释。“木桶原理”指的是盛水的木桶是由许多块木板箍成，盛水量也是由这些木板共同决定的。若其中一块木板很短，则此木桶的盛水量就被短板所限制。这块短板就成了这个木桶盛水量的“限制因素”(或称“短板效应”)。要想提高木桶的容量，就应该设法加高最短的那块木板的高度，这是最有效也是惟一的途径。
因此，路面结构施工设计可以用“短板效应”解释和指导，维持路面结构耐久性是由基层和路基材料中寿命最短者决定的。路面结构施工设计就是要避免路基或者基层成为结构的最“短板”。路面结构的使用寿命可以通过式(2)表示：
式中：Lstrcture表示结构的寿命；Lbase代表基层寿命; Lbm表示基层材料寿命；Lsubgrade代表路基寿命；Lsm表示路基材料寿命。
整个结构的使用寿命是由基层和路基两层中寿命最短者决定的，每一结构层的寿命又是该层组成材料的寿命决定的。当刚好不出现疲劳破坏时，即为结构的最小厚度。
2．2路面结构施工设计对耐久性的影响
路面结构施工设计内容，包括材料选择、路面结构组合的施工设计和路面各层厚度来确定。不同材料的性能不同。半刚性基层材料与沥青稳定类材料的模量不同、耐久极限不同，导致半刚性基层与柔性基层沥青混凝土路面的受力状况不同，保证耐久性的结构层厚度也不同。
当结构受到荷载和自然力(温度和水)的作用后，如果施工设计的结构能够保证各层材料的受力状况不超过材料的耐久性极限，那么这种结构就能够维持耐久性或者长寿命。维持材料耐久性，是维持路面结构耐久性的核心。通过(图2)更能直观地看出结构施工设计与路面结构耐久性关系。
3结语
不同材料具有不同的疲劳破坏特点和疲劳寿命，选择耐久性好的材料，有利于延长结构的使用寿命；相同的材料在不同环境条件(温度、水)、处于不同结构层，材料破坏的模式不同，应针对不同结构层的要求选择相应耐久性好的材料。基层、路基材料的耐久性决定结构的耐久性。因此，可以将材料的耐久极限作为路面结构耐久性施工设计的控制指标，通过路基顶面垂直压应变来控制路基的剪切疲劳破坏，通过基层底面水平弯拉应变来控制基层的疲劳开裂。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。