沥青混合料的疲劳性能

——应力强度因子； N——荷载作用次数。
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式中：c——裂缝长度；
4 试验结果与路用性能之间的关系
由于室内沥青混合料疲劳特性试验条件与实际 道路上的情况有较大差别，因此由室内疲劳试验 所获得的的疲劳方程并不能直接用于实际道路的 疲劳寿命预估，必须进行必要的修正和调整，这 是一个十分复杂且不易解决的问题。P.S.Pell根据
产生劲度值相对高的混合料，而纹理光滑的圆集
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2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
料形成劲度较低的混合料，因而对疲劳可以产
生不同的影响。
2.6 针入度
Myre对不同沥青的混合料分别进行了常应 力和常应变疲劳试验,结果表明:对于常应变荷 载模式,沥青越软,混合料疲劳寿命越长。而对 于常应力荷载模式,则反之。
根据实验，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。 但是，在控制应变加载模式中，疲劳寿命则
随混合料劲度的增加而降低。
2.2 混合料的沥青用量 根据试验可知，相应于混合料最佳疲劳寿命 有一个最佳的沥青含量。这个沥青含量不仅与集
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2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
料级配有关，而且与集料种类有关，通常与
态。路面疲劳设计大多数以面层底部拉应力或拉应变作为控制指标。
4
1.概述
国内现行路面设计方法一般基于静态弹性体 系模型, 而实际车轮荷载均为动态。由于路面结 构本身对荷载的时变因素具有相当的敏感性, 因 而在实际动态荷载作用下所表现出的力学性能通 常与静态模型的情况存在较大差异, 对路面的早 期破损有着不可忽视的作用。
破坏试验， 如美国的AASHTO试验路， 历时三 年才完成;
(2). 足尺路面结构在模拟行车荷载作用下的
试验研究，包括环道试验和加速加载试验，
5.国内外研究现状
典型的如南非的重型车辆模拟车（HVS），澳 大利亚的加速加载设备（ALF）， 美国华盛顿
州立大学的室外大型环道和重庆公路研究所的室
内大型环道疲劳试验;
态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过
一定次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超 过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳 断裂破坏。
3
1.概述
理论和实践都表明，在移动车轮荷载作用下，路面结构内各点处于不
同的应力应变状态，如图1-1,1-2所示。路面面层底部B点处于三向应力状
标明确联系起来,因而受到广泛重视。
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3 沥青路面疲劳开裂研究方法 3.1 现象学法 在现象学法中，通常把材料出现疲劳破坏的重 复应力值称作疲劳强度，相应的应力重复作用次数 称为疲劳寿命。 应用现象学法进行疲劳试验时，采用控制应力 和控制应变两种不同的加载模式。
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3 沥青路面疲劳开裂研究方法 对于控制应变方式：
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2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
2.7 软化点
沥青的软化点对疲劳寿命也有一定影响。P.S.Pell
的报告中指出,在一定的沥青用量下,软化点越高,疲劳
寿命就越长。
3 沥青路面疲劳开裂研究方法 研究沥青路面疲劳开裂的方法主要有现象
学法、能量分析法和力学分析法, 其中力学分
析法可将路面的力学行为与路面使用性能指
部分）和损耗模量（粘性部分）组成。
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3 沥青路面疲劳开裂研究方法
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与循环荷载 的重复作用次数之间存在着一定关系。 美国的SHRP研究计划中也采用能量法研 究沥青混合料的疲劳响应问题。SHRP在压实 沥青混合料重复弯曲疲劳寿命测定的标准试验
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2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
2.1 混合料劲度
从疲劳观点来看，沥青混合料的劲度模量是
一个重要的材料特性。任何影响混合料劲度的
变量，诸如集料与沥青的性质、沥青用量、混
合料的压实度与孔隙率，以及反映车辆行驶速
度的加载时间和所处的环境条件等都会影响它
的疲劳寿命。
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2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
3 沥青路面疲劳开裂研究方法
（1） 裂缝初始生成； （2） 裂缝的稳定成长； （3）裂缝的不稳定发展。
其中以第二阶段裂缝的稳定成长为疲劳寿命的主
要部分，裂缝力学也主要针对第二阶段做量化分析。
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3 沥青路面疲劳开裂研究方法
在断裂力学分析法中裂缝的延伸长度与应
力集中因子之间的关系式通常以Paris方程表
最大混合料劲度所需的最佳沥青含量相符，
而要比马歇尔稳定度所确定的最佳沥青含量
稍大。 2.3 沥青的种类与硬度 沥青种类和硬度对沥青混合料疲劳寿命的
影响基本上可以用它对混合料劲度的作用来衡
量。
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2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
2.4混合料的空隙率
混合料的疲劳寿命随孔隙率的降低而显著
地增长。这是因为孔隙率越大，沥青混合料
其研究指出，由室内试验结果转换为实际路面上
4 试验结果与路用性能之间的关系
应用，可能要乘以一个5~700的系数，主要 考虑因素有加载间歇时间、裂缝发展和荷载 横向分布等影响。
5.国内外研究现状
在过去几十年里各国的很多研究者通过实验 对路面的疲劳特性做了大量研究，归纳起来分 为三类：
(1). 实际路面在真实汽车荷载作用下的疲劳
沥青混合料的疲劳性能
兰州交通大学土木工程学院
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目录
1. 2. 3.
概述
材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响
沥青路面疲劳开裂研究方法
4. 5.
试验结果与路用性能间的关系
国内外研究现状
1.概述
随着公路交通量日益增大，汽车轴载不断增大，汽 车对路面的破坏作用变得越来越明显，路面使用期间经 受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交叠变化状
0 ——相位角；
N——加载次数；
A——材料常数；


S——初始劲度
——主要与试验种类及沥青混合料的劲度有关， 在应力控制的实验下， ≤1；应变控制的试验， ≥1。
3 沥青路面疲劳开裂研究方法
3.3 力学分析法 力学分析法是用断裂力学原理来分析路面材 料的开裂， 并用以预测其疲劳寿命的一种方法。 断裂力学分析假设裂缝的发展过程包括三个 阶段：
3 沥青路面疲劳开裂研究方法
Nf 1 c a( ) ( ) 0 S0
b
1
式中： S0 ——沥青混合料的初始劲度；
a,b,c,——由试验所确定的系数。
3 沥青路面疲劳开裂研究方法
3.2 能量分析法
该方法中将沥青混合料视为一种典型的粘
弹性材料， 其力学特性依赖于荷载作用的时
间和温度， 其综合模量是由恒定模量（弹性
N f C( 1
0
)m
对于控制应力方式：
N f K( 1
0
)n
3 沥青路面疲劳开裂研究方法
式中：N f ——达到破坏时的重复荷载作用次数；
0 , 0
——初始的弯拉应变和弯拉应力；
C，m，K，n——由试验所确定的系数。 Monismith等人根据进一步的研究工作， 建议了可应用于更一般的沥青混合料的疲劳方 程：
(3) 室内小型试件的疲劳试验， 如小梁重复
弯曲疲劳试验、间接拉伸试验、旋转悬臂试验等。
谢 谢！
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3 沥青路面疲劳开裂研究方法
方法（SHRP-M-009）中还给出了累积消散能及
消散能累积到破坏时的计算方法。 基于消散能量原则，使用加载循环次数与能 量散失的关系式及ᵠ 值和初始劲度 S= 0 Van Dijk建议用下式预测疲劳寿命： ，
0
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3 沥青路面疲劳开裂研究方法
2 S sin 0 z1 N ( ) 1 0 z 1 A
内部的空隙与微裂缝就越多，在荷载反复作
用下就越易引发微裂缝的扩展破坏，从而使
其疲劳性能降低。
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2.材料性质对沥青混合料疲劳性能的影响 2.5集料的表面性状 棱角尖锐、表面粗糙的开级配集料通常由于 难以压实而造成高的孔隙率，这可能是引起裂缝
的原因并进而导致沥青混合料疲劳寿命的缩短。
另一方面，粗集料有棱角但级配良好的集料可以