沥青混合料疲劳性能探究

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1、沥青混合料疲劳性能探究　　【摘要】本文对沥青混合料疲劳性进行了研究，简述了沥青路面疲劳破坏机理，对几个简单的室内沥青混合料试验做出了简要介绍。【关键字】沥青混合料、疲劳性【abstract】fatigueinthispaper,theasphaltmixturearestudied,thispaperbrieflydescribesthefatiguefailuremechanismofasphaltpavement,toafewsimpleindoorexperimenthasmadethebrief

2、introductionoftheasphaltmixture.【keywords】theasphaltmixture,fatigueresistan中图分类号：U416.2文献标识码：A前言在我国，高速公路多数是沥青路面，疲劳损害是对混凝土路面造成损害的主要原因，因此对疲劳机理进行分析，研究沥青混合料不同条件下的疲劳性能十分必要。沥青混合料疲劳性概述8疲劳是沥青路面损坏类型中最受关注、研究投入最多的一种损坏模式，但这些研究主要是为了提出用于路面设计的预估模型，一般会同时采用多个变量、大范围变化，而对于

3、特定的混合料，如何评价其疲劳性能，则较少涉及，即疲劳研究主要在路面结构设计层面上进行而较少在混合料层面上进行，由于各国采用的仪器、方法不统一，室内与现场的修正系数难以确定，同时路面弯拉应力计算所用到的材料参数(主要是模量)难以界定，因此疲劳在路面设计层面上的研究迄今未能得到满意的结果。而混合料层面上的研究则没有涉及到以上问题，如何评价混合料的抗疲劳性能，也是提高路面抗疲劳开裂的第一步，因此疲劳性能研究的重点可以转向混合料层面上。对疲劳性能的评价主要采用两种模式：应力控制模式与应变控制模式．对应变控制，国

4、外已经进行了较深入的研究，根据应变控制的研究结果：沥青用量的减少会降低混合料的疲劳寿命。但应变控制的结果只适用于薄沥青面层，对于较厚的沥青面层，应变控制并不适用。美国公路战略研究计划(SHRP)的研究者曾试图用应变控制来预估并修正15.0～25.4cm沥青面层厚度时的疲劳寿命，结果发现应变控制下疲劳寿命最好的混合料在试验路上疲劳寿命最差。法国道桥研究中心(LCPC)在Nantes的加速加载试验路上发现对8～10cm的路面，应变控制也同样得出错误的结论。我国目前高速公路沥青面层厚度普遍超过了15cm，并且

5、有加厚整体沥青层的趋势，因此，有必要采用应力控制来评价厚沥青面层沥青混合料的疲劳性能。8沥青路面疲劳破坏机理沥青路面疲劳的主要原因是：路面使用期间，在环境温度影响下经受车轮荷载的反复作用，路面面层底部B点处于三向应力状态，见图1。车轮作用其上时B点受到主拉应力作用；车轮驶过后，应力方向旋转，量值变小，并有剪应力产生；当车轮驶过一定距离后，B点则承受主压应力的作用。B点应力随时间的变化曲线如图2。路面表面上的A点则相反，车轮驶近时受拉，车轮直接作用时受压，车轮驶过后又受拉。车轮驶过一次就使A和B点出现一次

6、应力循环。致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定的次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过路面结构强度下降后的结构抗力，使路面产生疲劳裂缝口。疲劳开裂的早期现象是路面在纵向出现不问断的裂缝，之后，路面出现更多的变形，疲劳开裂的最终结果是路面出现网裂、龟裂，甚至坑槽。图1路面面层在车轮下受力状态图2B点的应力随时间的变化沥青混合料疲劳分析1.沥青混合料疲劳分析方法8沥青混合料疲劳性能是指其在特定荷载环境与气候环境条件下抵抗重复荷载作用而不产生破裂的能力。研究沥青混合料疲劳性能的目的是通过室

7、内试验找出沥青混合料疲劳规律，对其影响因素进行分析，并把室内试验结果与实际路面的使用性能相结合，预估沥青路面的疲劳寿命，以指导沥青路面的结构设计和材料组成设计。对沥青混合料的疲劳性能的分析评价主要有现象学方法、断裂力学方法和能耗方法。现象学法采用疲劳曲线表征材料的疲劳性质，认为沥青混合料的疲劳是在荷载重复作用下强度衰减累积引起的破坏现象。力学近似法是应用断裂力学原理分析疲劳裂缝扩展规律以确定材料疲劳寿命的方法。2.沥青混合路疲劳能耗分析粘弹性材料的疲劳破坏过程是一个能量耗散的过程。外力对材料所作的功可转

8、化成如下形式的能量:(1)作为弹性应变能被贮存;(2)作为流动被消耗;(3)裂纹发生、发展产生新表面时转化为表面能。根据VanDijk等人的研究,沥青混合料的疲劳强度主要取决于损耗模量和应力应变循环过程中的能耗。这一方法的主要特点是疲劳试验中的总能耗和循环荷载的重复作用次数之间存在着某一特定关系。1987年Shell路面设计手册引入这一概念,作为预测沥青混合料疲劳寿命的方法。沥青混合料是一种粘弹性材,材料受到周期荷载作用时,应变总滞后于应力