浅谈影响沥青路面疲劳的因素

陈杰

(贵州省通力达公路工程监理咨询有限公司)

1 荷载条件

材料的疲劳寿命可按不同的荷载条件来测定。如果在全过程中荷载条件保持不变，则称为简单荷载;如果按某种预定形式重复改变荷载条件，称为复合荷载。复合荷载包括应力的改变和环境温度的改变。显然，对于相同的沥青混合料，试件承受简单荷载或是复合荷载所表现的疲劳反应是不同的。

试件在承受简单荷载的情况下，即使初始应力和应变相同，采用两种不同加载模式所得出的疲劳寿命试验结果也是不同的。这是因为在控制应力加载模式中，材料劲度随着加载次数的增加而减小，为了保持各次加载时的常量应力不变，实际作用于试件的变形就要增加;而在控制应变加载模式中，为了要保持每次加载的常量应变不变，作用于试件的实际应力则减小。图1为密级配沥青混合料分别采用控制应力与控制应变加载模式进行试验所得出的疲劳曲线。

图1 沥青混合料在不同加载模式下的疲劳反应图解

根据分析发现，控制应变加载模式适合于沥青混合料层厚度较薄(＜5cm)和模量较低的路面;而控制应力加载模式则适合于层厚较大(＞15cm)和模量较高的情况下。对于介于两种情况之间的路面，可用如下模式因素参数来判断在保持常量应变和常量应力之间的中间状态时的重复荷载作用性质。

式中:MF为模式因素参数;A为在重复荷载作用下，材料劲度下降c%(c为任意确定的劲度降低值)时，应力变化的百分数;B为在重复荷载作用下，材料劲度下降c%时，应变变化的百分数。

显然，对于控制应变加载模式，B=0，模式因素参数MF =+1;对于控制应力加载模式，A=0，模式因素参数MF=－1;对于应力和应变都不保持常值的中间模式，其模式因素参数MF=－1－+1，疲劳曲线则介于两种模式的疲劳曲线之间。

图1及图2分别为沥青混合料在不同加载模式下的疲劳反应与其相应的疲劳曲线图解。

图2 沥青混合料在不同加载模式下的疲劳曲线

此外，加载速率、加载波形、荷载间隔时间等因素对疲劳试验结果也有明显的影响。一般情况，加载速率过快，荷载间隔时间过短，试件的疲劳恢复时间过短，容易加速破坏，疲劳寿命较短。

(2)材料性质

沥青混合料的劲度是影响疲劳寿命的重要参数。根据试验，在控制应力加载模式中，疲劳寿命随混合料劲度的增加而增加，这是因为每次加载产生的应变较小，因此重复作用的次数就多。而在控制应变的加载模式中，疲劳寿命随混合料劲度的增加而降低。这是因为劲度高，每次重复加载的应力就大，疲劳寿命就减少。

一切与劲度模量相关的因素都将直接影响到沥青混合料的疲劳寿命，如沥青用量、沥青的种类和稠度等。

沥青混合料的空隙率对疲劳寿命的影响十分明显，不论是何种加载模式，降低空隙率都能延长混合料的疲劳寿命，所以，一般密级配混合料比开级配混合料有较长的疲劳寿命。此外集料的表面纹理、形状和级配都对混合料的疲劳寿命有一定影响。

3 环境条件

温度对疲劳性能的影响可以用混合料劲度来解释。温度在一定限度内下降时，沥青混合料的劲度增大，试件在承受一定压力的条件下所产生的应变就小，因而在控制应力加载模式的试验中导致有较长的疲劳寿命;而在控制应变加载模式的试验中，温度增加引起混合料劲度降低，使裂缝扩展速度变慢而导致疲劳寿命得以增长。

盖里凯和韦纳脱(R.Guericke＆F.Weinert)根据室内试验结果认为，在低温时控制应力加载模式所得的破坏疲劳寿命与控制应变加载模式的试验结果基本接近。但在较高温度下两种加载模式所得的破坏疲劳寿命之间的差值颇为显著。