閆猛

摘要：在論述瀝青路面破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了影響瀝青疲勞壽命的因素，指出荷載間歇時(shí)間、溫度、瀝青品種、級配類型是影響瀝青混合科疲勞性能的關(guān)鍵因素，并總結(jié)出了常用瀝青混合科疲勞性能試驗(yàn)方法，并沖各種試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析、比較與評價(jià)。

關(guān)鍵詞：瀝青；瀝青混合料；疲勞；評價(jià)指標(biāo)

前言：近年來，交通事業(yè)發(fā)生日新月異的變化，高等級公路的建設(shè)在我國也是與日俱增。由于它的優(yōu)點(diǎn)，如光滑舒適的駕駛、維修方便等特點(diǎn)，瀝青及瀝青混合料路面已被廣泛應(yīng)用于高等級公路。如果瀝青混合料在荷載作用下負(fù)荷一定的次數(shù)，荷載作用下的路面產(chǎn)生的應(yīng)力將超過結(jié)構(gòu)抗力進(jìn)而使強(qiáng)度降低，使得路面產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致路面出現(xiàn)疲勞斷裂。這種重復(fù)路面承受負(fù)荷的狀態(tài)，會在長期應(yīng)力疊加下改變狀態(tài)，使路面強(qiáng)度逐漸下降，后期會出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，如裂縫、車轍、松散破壞和表面磨損等。所以這是非常重要的去了解瀝青路面的破壞機(jī)理，并充分理解影響瀝青路面疲勞性能的因素以及建立相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1瀝青路面破壞機(jī)理

瀝青路面剪切破壞機(jī)制的研究雖然在國內(nèi)外學(xué)者存在爭議，但目前，普遍被接受的觀點(diǎn)是：在不同強(qiáng)度荷載作用下路面會承擔(dān)很大的剪應(yīng)力，瀝青混合料的抗剪切強(qiáng)度不足使路面表面開裂出現(xiàn)車轍、變形等常見病害。路面破壞是一個(gè)逐漸破壞的過程，首先路面瀝青面層發(fā)生破壞，使表面產(chǎn)生大量的疲勞裂縫，在荷載的作用下，路表水會積聚于基層和底基層中，使路面急劇破壞強(qiáng)度下降，進(jìn)而形成全面的破壞。通過大量的實(shí)踐和現(xiàn)場調(diào)查，瀝青路面發(fā)生表面開裂、面層失穩(wěn)等剪切破壞多是在垂直荷載和豎直荷載共同作用下形成的。水破壞是最常見的破壞形式。在行車沖擊荷載的頻繁作用下，自然狀態(tài)下的水會變?yōu)楦邏?、高速的水，直接沖擊面層形成翻漿現(xiàn)象。路面下的材料被沖擊掏空，隨著時(shí)間的延長，路面就會出現(xiàn)裂縫。一部分滲入路面下層的水會在路基填土逐層碾壓后進(jìn)入更深的地下，形成含水率很高的土層，進(jìn)而使土層塑性增強(qiáng)，路基土體剛度和強(qiáng)度降低，會發(fā)生路基邊坡滑動、崩塌等自然災(zāi)害。路基和路面是一個(gè)有機(jī)的整體，不論是路面還是路基發(fā)生破壞，都會使另一部分發(fā)生破壞。

2影響瀝青疲勞壽命的因素

2.1荷載間歇時(shí)間。路面承受車輛荷載，對于前后車輪的車輛之間會有一定的間歇通過時(shí)間。這種間歇時(shí)間有助于恢復(fù)疲勞損傷的狀態(tài)，有助于延長瀝青混合料的壽命。由于瀝青混合料的粘彈性效應(yīng)，卸料后的應(yīng)力松弛和微裂紋在一定程度上發(fā)生愈合。持續(xù)的荷載會使瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度降低，間歇后會更不容易恢復(fù)到原來的強(qiáng)度狀態(tài)。所以適當(dāng)?shù)暮奢d間歇時(shí)間對于瀝青疲勞壽命是有一定的影響。

2.2溫度。相對而言，溫度對于瀝青混合料的疲勞壽命的影響比間歇時(shí)間更為顯著。這是因?yàn)樵趹?yīng)力下的荷載模式的控制下，疲勞壽命會隨著溫度的降低迅速增加。然而，當(dāng)測試溫度降低，疲勞壽命是較少依賴于溫度，當(dāng)試驗(yàn)溫度升高，疲勞壽命適當(dāng)增加。

2.3瀝青品種。研究各種影響瀝青混合料疲勞性能的因素比較有意義。它對混合料疲勞壽命的作用，可以用混合勁度測量。這是類似于溫度的疲勞性能。不同的瀝青品種對應(yīng)力應(yīng)變的反應(yīng)結(jié)果不同。瀝青的硬度可以用軟化點(diǎn)會有來表示。研究表明，在一定量的瀝青作用下，瀝青軟化點(diǎn)較高，會有較長的疲勞壽命。

2.4級配類型?；旌狭霞壟鋵ζ趬勖挠绊懯且粋€(gè)內(nèi)在的因素，由于級配類型，組合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大的不同，導(dǎo)致不同層次的疲勞壽命較為不同?；旌狭系钠谛阅芊旨壥怯苫旌狭系目紫堵时憩F(xiàn)出的。

3室內(nèi)小型疲勞試驗(yàn)方法介紹

目前疲勞試驗(yàn)的方法有很多，歸納起來可以大致分為四類：第一類是真實(shí)汽車在實(shí)際路面實(shí)行真實(shí)荷載進(jìn)行下的疲勞試驗(yàn)；第二類是足尺試驗(yàn)，通過足尺路面結(jié)構(gòu)模擬汽車荷載作用下的疲勞性能；第三類是樣板實(shí)驗(yàn)法；第四類是在室內(nèi)進(jìn)行小型材料試件的疲勞試驗(yàn)，這種是經(jīng)常采用的試驗(yàn)方法。通常情況下前三類試驗(yàn)研究方法消耗大、周期長，操作不方便且試驗(yàn)結(jié)果受其他影響較大，開展得并不普遍，因此大量采用的還是周期短、費(fèi)用少的室內(nèi)外小型疲勞試驗(yàn)。

3.1簡單彎曲疲勞試驗(yàn)。這種方法主要采用梁式截面，對試件施加重復(fù)荷載。簡單彎曲試驗(yàn)主要有三種形式：中點(diǎn)加載、三分點(diǎn)加載的重復(fù)彎曲試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)懸臂梁梯形懸臂梁。

我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）T0715-1993中也是采用了中點(diǎn)加載的形式研究瀝青混合料彎曲破壞的力學(xué)性能，試件尺寸為250mm×30mm×35mm，這種方法在我國應(yīng)用較為廣泛。

不同的試驗(yàn)視需求而定不同的試件尺寸。

3.2間接拉伸疲勞試驗(yàn)。間接拉伸疲勞試驗(yàn)在我國應(yīng)用研究比較多，是使均勻拉伸應(yīng)力在沿試件荷載作用的垂直方向，進(jìn)而通過壓得方法來達(dá)到一種壓得效果。我國的研究人員大多采用這種方法，因?yàn)橹谱骱唵?，試?yàn)易于操作。試件直徑為100mm，高為63.5mm，荷載通過以寬為12.5mm的加載壓條作用在試件上。

3.3支承彎曲試驗(yàn)。這種方法通常采用在試件中部施加反復(fù)荷載，從而使試件的內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)模擬實(shí)際的路面使用狀態(tài)。

3.4輪轍試驗(yàn)。這種方法可以測量試件底部應(yīng)變應(yīng)力并能檢測在荷載作用下裂縫產(chǎn)生和延伸的情況。該方法采用充氣壓力來改變接觸面積。

結(jié)論：建立可準(zhǔn)確評價(jià)瀝青疲勞性能指標(biāo)的評測方法是一項(xiàng)十分困難但有意義的工作。對于瀝青疲勞性能的理論研究應(yīng)該基于盡量模擬復(fù)雜現(xiàn)實(shí)瀝青路面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，這樣瀝青混合料的疲勞特性具有良好的相關(guān)性，使試驗(yàn)可用于預(yù)測瀝青路面疲勞性能。因此，當(dāng)前瀝青疲勞性能的評價(jià)分析研究方法仍有很大的研究空間，需要持續(xù)專注的進(jìn)行研究。endprint