淺談影響瀝青路面疲勞的因素

陳杰

(貴州省通力達公路工程監理咨詢有限公司)

1 荷載條件

材料的疲勞壽命可按不同的荷載條件來測定。如果在全過程中荷載條件保持不變，則稱為簡單荷載;如果按某種預定形式重復改變荷載條件，稱為復合荷載。復合荷載包括應力的改變和環境溫度的改變。顯然，對于相同的瀝青混合料，試件承受簡單荷載或是復合荷載所表現的疲勞反應是不同的。

試件在承受簡單荷載的情況下，即使初始應力和應變相同，采用兩種不同加載模式所得出的疲勞壽命試驗結果也是不同的。這是因為在控制應力加載模式中，材料勁度隨著加載次數的增加而減小，為了保持各次加載時的常量應力不變，實際作用于試件的變形就要增加;而在控制應變加載模式中，為了要保持每次加載的常量應變不變，作用于試件的實際應力則減小。圖1為密級配瀝青混合料分別采用控制應力與控制應變加載模式進行試驗所得出的疲勞曲線。

圖1 瀝青混合料在不同加載模式下的疲勞反應圖解

根據分析發現，控制應變加載模式適合于瀝青混合料層厚度較薄(＜5cm)和模量較低的路面;而控制應力加載模式則適合于層厚較大(＞15cm)和模量較高的情況下。對于介于兩種情況之間的路面，可用如下模式因素參數來判斷在保持常量應變和常量應力之間的中間狀態時的重復荷載作用性質。

式中:MF為模式因素參數;A為在重復荷載作用下，材料勁度下降c%(c為任意確定的勁度降低值)時，應力變化的百分數;B為在重復荷載作用下，材料勁度下降c%時，應變變化的百分數。

顯然，對于控制應變加載模式，B=0，模式因素參數MF =+1;對于控制應力加載模式，A=0，模式因素參數MF=－1;對于應力和應變都不保持常值的中間模式，其模式因素參數MF=－1－+1，疲勞曲線則介于兩種模式的疲勞曲線之間。

圖1及圖2分別為瀝青混合料在不同加載模式下的疲勞反應與其相應的疲勞曲線圖解。

圖2 瀝青混合料在不同加載模式下的疲勞曲線

此外，加載速率、加載波形、荷載間隔時間等因素對疲勞試驗結果也有明顯的影響。一般情況，加載速率過快，荷載間隔時間過短，試件的疲勞恢復時間過短，容易加速破壞，疲勞壽命較短。

(2)材料性質

瀝青混合料的勁度是影響疲勞壽命的重要參數。根據試驗，在控制應力加載模式中，疲勞壽命隨混合料勁度的增加而增加，這是因為每次加載產生的應變較小，因此重復作用的次數就多。而在控制應變的加載模式中，疲勞壽命隨混合料勁度的增加而降低。這是因為勁度高，每次重復加載的應力就大，疲勞壽命就減少。

一切與勁度模量相關的因素都將直接影響到瀝青混合料的疲勞壽命，如瀝青用量、瀝青的種類和稠度等。

瀝青混合料的空隙率對疲勞壽命的影響十分明顯，不論是何種加載模式，降低空隙率都能延長混合料的疲勞壽命，所以，一般密級配混合料比開級配混合料有較長的疲勞壽命。此外集料的表面紋理、形狀和級配都對混合料的疲勞壽命有一定影響。

3 環境條件

溫度對疲勞性能的影響可以用混合料勁度來解釋。溫度在一定限度內下降時，瀝青混合料的勁度增大，試件在承受一定壓力的條件下所產生的應變就小，因而在控制應力加載模式的試驗中導致有較長的疲勞壽命;而在控制應變加載模式的試驗中，溫度增加引起混合料勁度降低，使裂縫擴展速度變慢而導致疲勞壽命得以增長。

蓋里凱和韋納脫(R.Guericke＆F.Weinert)根據室內試驗結果認為，在低溫時控制應力加載模式所得的破壞疲勞壽命與控制應變加載模式的試驗結果基本接近。但在較高溫度下兩種加載模式所得的破壞疲勞壽命之間的差值頗為顯著。