申展華，馮 卡

1.鄭州市市政工程總公司，河南 鄭州 450007

2.許昌華杰公路勘察設(shè)計有限公司，河南 許昌 461000

0 引言

瀝青混合料疲勞性能是指其在特定荷載環(huán)境與氣候環(huán)境條件下抵抗重復(fù)加載作用而不產(chǎn)生破裂的能力。疲勞損壞是瀝青混凝土路面最主要的破壞形式之一。為了保證瀝青路面具有良好的使用性和耐久性，世界各國瀝青路面設(shè)計方法均以路面疲勞特性作為基本設(shè)計原則，國內(nèi)外研究和評價瀝青混合料抗疲勞性能的方法有很多，其中控制應(yīng)力彎曲疲勞試驗是研究瀝青混合料抗疲勞性能的最有效方法。

本文介紹控制應(yīng)力彎曲疲勞試驗，并采用該試驗方法對AC-13瀝青混合料的抗疲勞性能進行評價，提出瀝青混合料抗疲勞性能的評價指標(biāo)，分析AC-13瀝青混合料其抗疲勞性能變化規(guī)律。

1 瀝青混合料抗疲勞評價方法概述

國內(nèi)外研究瀝青混合料抗疲勞性能的方法有很多種，綜合目前已有的研究成果，瀝青路面疲勞特性試驗方法主要包括：1）現(xiàn)場試驗法；2）試槽法；3）試板試驗法(也稱為試塊法)；4） 試件法；5）槽口彎曲疲勞試驗等。

如此繁多的試驗方法，如何選擇。本論文從試驗的可操作性、試驗結(jié)果的可直接應(yīng)用性及國內(nèi)對抗疲勞性能的相關(guān)規(guī)定要求考慮，采用控制應(yīng)力簡支梁彎曲疲勞試驗法進行應(yīng)力控制的疲勞試驗，研究瀝青混合料的疲勞性能，為瀝青混合料的設(shè)計與施工提供指導(dǎo)。

2 簡支梁彎曲疲勞試驗原理

本文采用中點加載簡支梁彎曲試驗法，加載模式為控制應(yīng)力方式?？刂茟?yīng)力的疲勞試驗是在重復(fù)加載的疲勞試驗過程中，保持應(yīng)力不變，疲勞破壞是以試件的疲勞斷裂作為準(zhǔn)則，達到疲勞破壞的荷載作用次數(shù)為疲勞壽命。

這種加載方式下疲勞壽命公式一般為：

式中：

Nf為疲勞壽命，采用試件破壞時的加載次數(shù)；

k，n為試驗常數(shù)，其值取決于試驗條件，加載方式和材料特性等，n 也稱為坡度系數(shù)；

σ為每次施加于試件的常量應(yīng)力的最大幅度，MPa；

σf為瀝青混合料的彎拉強度。

3 瀝青混合料抗疲勞性能評價

采用控制應(yīng)力彎曲疲勞試驗對AC-13瀝青混合料進行抗疲勞性能評價，AC-13確定瀝青混合料抗疲勞性能。

3.1 試驗材料

3.1.1 集料

粗集料采用石灰?guī)r碎石，細(xì)集料采用石灰?guī)r機制砂，經(jīng)過試驗測試，所采用的集料均滿足相關(guān)技術(shù)要求。

3.1.2 瀝青

采用Shell Pen60/80瀝青，對瀝青按JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求的性能指標(biāo)檢測，經(jīng)檢測瀝青性能指標(biāo)滿足相關(guān)技術(shù)要求。

3.2 瀝青混合料配合比設(shè)計

分別對AC-13瀝青混合料進行配合比設(shè)計，確定瀝青混合料的集料用量比例和最佳油石比。

3.2.1 礦料級配設(shè)計

礦料級配設(shè)計采用馬歇爾設(shè)計方法，設(shè)計時充分考慮到JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求，確定的AC-13瀝青混合料的集料用量比例為：

10～15mm碎石：5～10mm碎石：機制砂= 35%：23%：42%

3.2.2 最佳油石比確定

按照J(rèn)TG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的瀝青混合料最佳油石比確定方法，確定AC-13瀝青混合料的最佳油石比為為5.0%。

3.3 抗疲勞試驗結(jié)果及分析

3.3.1 Pen60/80的AC-13瀝青混合料疲勞試驗結(jié)果

采用PLS疲勞試驗機以控制應(yīng)力簡支梁彎曲疲勞試驗對Pen60/80的AC-13型瀝青混合料抗疲勞性能進行評價。

試件尺寸：采用車轍成型儀成型300mm×300mm×50mm的板狀試件，然后沿碾壓成型方向切割出240mm×50mm×50mm的小梁試件。

試驗條件：試驗溫度15℃，加載頻率10Hz，跨徑20cm，采用應(yīng)力控制三點彎曲試驗，根據(jù)不同應(yīng)力比下的疲勞破壞數(shù)據(jù)，繪制加載次數(shù)和變形曲線。

AC-13瀝青混合料小梁彎曲強度試驗結(jié)果平均破壞荷載為2.63kN，抗彎拉強度為6.312 MPa；

AC-13瀝青混合料的小梁疲勞試驗結(jié)果如下：

疲勞作用次數(shù)：212、347、2188、3447、19935；

相應(yīng)應(yīng)力比：0.6、0.5、0.3、0.2；

相應(yīng)對數(shù) ：2.326、2.540、3.340、3.537、4.300。

AC-13瀝青混合料的小梁疲勞彎曲疲勞方程如下：

疲勞方程：y = -0.1945x + 1.0241R2= 0.9633

疲勞方程參數(shù)及相關(guān)系數(shù) ：k=10.57n=0.1945R2= 0.9633

以疲勞次數(shù)的對數(shù)為橫坐標(biāo)，應(yīng)力比為縱坐標(biāo)，繪制AC-13瀝青混合料的疲勞曲線圖如下圖1。

圖1 AC-13瀝青混合料對數(shù)坐標(biāo)回歸疲勞方程曲線

3.3.2 試驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

1） AC-13瀝青混合料的疲勞次數(shù)服從標(biāo)準(zhǔn)疲勞方程模式，滿足疲勞性能要求。疲勞次數(shù)都隨著應(yīng)力水平的增加而呈現(xiàn)明顯下降趨勢，說明車輛輪載的增加，對路面耐久性的破壞很明顯，因此進行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮擬建道路的交通組成特點，尤其是對于重載車輛的破壞作用要有較準(zhǔn)確的判斷，防止路面由于超載而使疲勞壽命大大降低。

2）疲勞方程的參數(shù)k值可以稱為疲勞擴大系數(shù)，k值越大，說明疲勞壽命越長，n可以稱為速度系數(shù)，該值越大，說明疲勞次數(shù)隨著應(yīng)力水平的增加衰減的速度越快，耐久性能良好的混合料的疲勞方程一般具有k值較大，n值較小的特點。

4 結(jié)論

通過研究現(xiàn)有的瀝青混合料疲勞試驗方法，本論文采用現(xiàn)象學(xué)法中的控制應(yīng)力簡支梁彎曲疲勞試驗法，對AC-13瀝青混合料進行抗疲勞性能進行評價，AC-13瀝青混合料的疲勞次數(shù)服從標(biāo)準(zhǔn)疲勞方程模式，滿足疲勞性能要求，提出應(yīng)將疲勞破壞試驗、指標(biāo)作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。

[1]公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程JTJ052—2000.北京：人民交通出版社，2000.

[2]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTJF400—2004.北京：人民交通出版社，2004.

[3]公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTJD50—2006.北京：人民交通出版社，2006.

[4]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能.人民交通出版社，2001.

[5]葛折圣，黃曉明.瀝青混合料應(yīng)變疲勞性能的試驗研究[J].交通運輸工程學(xué)報，2002，3.

[6]田小革，呂松濤，鄭健龍.瀝青混合料的疲勞效應(yīng)研究[J].公路交通科技，2005（10）.