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图10-17

图10-18

③集料的表面性状

由于集料的表面纹理、形状和级配可以影响混合料中的空隙结构，即空隙的大小、形 状与连贯状况以及沥青的适宜用量和沥青同集料的相互作用情况，因而可以对疲劳寿命表现出不同的影响。

棱角尖锐，表面粗糙的开式级配集料通常由于难以压实而造成高的空隙率，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，粗糙有棱角但级配良好的集料可以产生劲度值相对高的混合料，而纹理光滑的圆集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。根据吉梅内兹（R.A.Jimenez）和加莱韦的试验资料，含粗纹理集料的混合料和含光滑集料的混合料相比，由于前者能适应较多的沥青含量，因而可显示出较长的疲劳寿命，如图10-19所示。

休格和格里沙姆（E.Y.Huang & D.A.Grisham）通过试验得出结论，混合料的平均疲劳寿命与其细集料的颗粒指数之间存在着一定的关系，即混合料的疲劳寿命随细集料颗粒指数的增大而增加，如图10-20所示。颗粒指数是用以衡量集料几何特征的一个指标。集料颗粒形状愈不规则，愈有棱角和表面愈粗糙，则颗粒指数愈大；反之则愈小。例如，光滑的铝圆球，颗粒指数等于零，圆角光滑的砾石等于4，粗糙有棱角的轧制碎石等于20。

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图10-19 图10-20

试验的混合料在总空隙率几乎相同的条件下，颗粒指数较大的细集料对疲劳寿命所以能产生叫好的影响，可能是由于这种集料中孔隙的特殊形状、方位及其分布使疲劳裂缝的形成和贯通更加困难；也可能由于这种集料的表面积大，表面纹理粗糙，可以与沥青形成较强的粘结，因而减少交接面裂缝并限制了疲劳裂缝的扩展。同时，这种集料混合料的沥青含量更接近于最佳疲劳性能所需的数量。

⑶环境条件 温度、湿度以及路面在使用过程中使混合料性质发生本质改变的大气因素对疲劳性能都可产生极为重要的影响。

①温度

在控制应力加载模式试验中，表现为疲劳寿命随温度的降低而增长，如图10-21。但 是，采用控制应变加载模式时，当试验在低温时进行时，疲劳寿命较少地依赖于温度；而当温度增加时，则疲劳寿命随之增长，如图10-22。

图10-21 图10-22

温度对于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 混合料的劲度就增加，试件在承受一定应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。

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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的加载模式的试验结果基本相近。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ΔN则颇为显著，如图10-23所示。

图10-23

②湿度

有关湿度和大气因素这方面的工作进行地很少。预计湿度的作用可使混合料的劲度减 小，沥青混合料在大气因素作用下的老化过程可使其劲度增高。沥青混合料在这些因素作用下的疲劳反应可以通过劲度的变化继而得到体现。通常老化沥青混合料的抗疲劳性能要比未老化沥青混合料的差。

表10-13系根据诸多试验结果总结列出的影响沥青混合料劲度和疲劳性能的有关因素 资料，可作为考虑疲劳的混合料设计的指南。例如，若采用的是一种厚的沥青混凝土面层结构（＞15cm），则在野外可用接近于控制应力的加载模式，因此由表10-13可以看出，采用一种硬的道路石油沥青和一种粗糙而有棱角的密级配集料混合料对路面的疲劳是有利的，这种结构(＜5cm），则采用控制应变的加载模式是适宜的。在这种情况下，采用软的道路石油沥青和一种圆形光滑纹理和含细集料将对路面的抗疲劳性有利。同样，这种混合料的空隙率应当低而沥青含量相对地高。

影响沥青混合料劲度和疲劳性能的因素 表10-13

因 素 因素的改变 劲度 疲劳强度 控制应力加载模式 增 减 有最佳值 减 增 增 减 控制应变加载模式 减 增 增 增 减 影响可忽略 减 荷 加载速率 载 加载时间 材料性质及组成 环境 沥青含量 沥青针入度 集料表面性状 集料级配 空隙率 增 增 增 增 增加粗糙度和棱角 由开式到闭式 增 增 减 有最佳值 减 增 增 减 温度 增 减 减 增 但是，对于介于上述两种厚度之间的沥青面层结构，应该采用中等硬度（例如针入度80～100）的道路石油沥青，沥青含量应相对地高，而且，混合料应当压实地很好。表面纹

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理粗糙的密级配集料将显得适宜，因为它能达到沥青含量高而不致产生稳定度低的混合料。

⒊预测沥青路面疲劳寿命的方法

目前研究疲劳特性的试验仍集中在室内试件或室外工程的疲劳试验。疲劳试验耗资巨大几乎是疲劳研究的所有领域面临的问题。由于受金费、实验设备以及技术手段等条件的限制，在较广范围内进行沥青混合料的疲劳试验是不可能的，因此，近年来世界各国均展开了预测沥青混合料疲劳性能的研究，以节省疲劳试验大量消耗的时间和资金。

⑴确定沥青混合料疲劳曲线的简化方法 为了达到预测疲劳性能的目的，英国诺丁汉大学，壳牌公司和美国沥青协会等提出了一些简化疲劳试验方法。

诺丁汉大学通过对各种沥青混合料室内疲劳试验的研究，建立了拉应变，疲劳荷载作用次数，沥青含量和软化点的关系式：

14.39lgVB+24.2lgTR∞B-40.7-lgN lg

ε

t=------------------------------------

5.13lgVB+8.63lgTR∞B-15.8 式中：

ε

t——允许拉应变；

N——荷载作用次数； VB——沥青体积百分比； TR∞B——沥青软化点。

当拉应变ε=100×10时，混合料的疲劳寿命同沥青用量和软化点之间的经验关系式为：

lgN=4.13lgVB+6.95lgTR∞B

式中：N——试件在常量应变100×10时达到破坏的加载次数；

-6

-6

VB——沥青的体积百分率；

TR∞B——用环球法测定的沥青软化点。

根据疲劳曲线在双对数坐标图上成直线的特性，由上述两式即可求得沥青混合料的疲劳曲线。

⑵用消耗能原理预测沥青路面疲劳 沥青混合了是一种粘弹性材料，它的力学特性依赖于荷载作用时间和温度。它的综合模量是由恒定模量（弹性部分）和损耗模量（粘性部分）组成的。这两部分分别对应于综合模量的实部和虚部。根据Van Dijk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。近年展开的SHRP研究计划也采用能量方法研究沥青混合料

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