内容发布更新时间 : 2024/12/27 11:44:19星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
图10-10 沥青材料具有粘弹性性质，故在荷载之间的间歇时间内沥青路面将产生有利于疲劳细微裂缝愈合的内部应力，因而可以延长其疲劳寿命。野外的现场观测和室内试验都证明了这一点。通过研究表明，改变荷载波谱形式对疲劳性能的影响不是太大，但是荷载之间的间歇时间对疲劳性能则有较大的影响。图10-10为室内对间断级配沥青混合料在三种温度下进行间歇时间对疲劳性能影响的试验结果。试验采用控制应力的加载模式，所选择的荷载脉冲历时和间歇时间大致与中等交通量下的应力脉冲相当。 由图可知，荷载间歇时间对疲劳寿命的影响取决于间歇时间的长短和试验温度。虽然疲劳寿命的增长速率随间歇时间的增长而逐渐减小，但当超过某一间歇时间后，间歇时间的有利作用就会稳定下来，其时疲劳寿命比值（有间歇时间的寿命/无间歇时间的寿命）达极限值。当试件在40℃时，稳定间歇时间约在0.3s,极限寿命比值约为5；试件在10℃和25℃时，稳定间歇时间约在0.5s，极限寿命比值可高达25。这意味着在连续循环荷载下所取得的试验结果，将严重的低估交通荷载脉冲之间确实存在有间歇情况的路面疲劳性能。
⑤试验的方法和试验成型
通过试验比较发现，当采用试件法试验时，采用弯拉试验的疲劳寿命可比单向受拉的 疲劳寿命至少大50%；而当采用板式试件试验时，其疲劳寿命甚至比梁式试件在弯拉试验时的疲劳寿命还要高。这些结果说明了路面中的实际应力状态可对材料的疲劳反应产生重要的影响。
⑵材料性质 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 的变量，诸如集料与沥青的性质，沥青用量，混合料的压实度与空隙率，以及反映车辆行驶速度的加载时间和所处的环境温度条件等都将会影响到它的疲劳寿命。
根据试验，混合料的劲度对疲劳性能的影响，随着不同的加载模式而表现出不同的情况。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，如图10-11所示。这是因为混合料的劲度模量越高，则在相同的常量应力条件下，每次重复荷载产生的应变就越小，因此混合料所能承受的疲劳破坏的荷载重复作用次数就愈多。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，。这是因为在相同的常量应变条件下，混合料的劲度模量愈高，每次重复荷载作用于试件的应力就愈大，因而疲劳寿命就减少。
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图10-11
②混合料的沥青用量
图10-12所示为沥青用量对间断级配沥青基层混合料疲劳寿命的影响。试验是采用控制应力的加载模式在旋转式悬臂梁试验机上进行的。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料种类有关，通常与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。
巴克斯代尔（R.D.Barksdale）通过室内沥青混合料的疲劳试验后指出，沥青含量从 4.25%增加到4.5%，可使混合料的疲劳寿命增加350%；沥青含量从4.5%增加到4.75%，疲劳寿命可增加95%。因此，如果认为疲劳是路面存在的一个主要病害，则稍许增加沥青含量就有可能显著地减少疲劳裂缝的产生。试验结果还指出，混合料的沥青含量愈低，增加沥青含量对延长疲劳寿命的效果就愈为明显。
图10-12
沥青种类和硬度对沥青混合料疲劳的影响基本上可以用它对混合料劲度的作用来衡 量。通常，在控制应力加载模式中疲劳寿命随沥青硬度的增大而增长（如图10-13）；在控制应变加载模式中则出现相反情况，即沥青愈软，疲劳寿命愈长，如图10-14所示。图10-14中包括有各种针入度沥青制备的混合料及人工老化试件的试验结果。
佩尔采用几种集料级配和沥青含量都相同而仅沥青种类不同的混合料进行试验后所得结果指出，对于混合料劲度与应力水平无关的，具有直线性能的混合料，通常可用斜率5.0至6.0的回归线来确定应变--疲劳寿命之间的关系直线；对于显示出非直线性能的混合料，沥青硬度对于应变—疲劳寿命关系直线的斜率影响有如表10-12所示。
沥青硬度对混合料疲劳曲线斜率的影响数据 表10-12
沥青针入度 40～50 90～110 190～210 14
应变-疲劳寿命关系线的斜率 3.5 3.4 1.6 由于沥青硬度对温度的敏感性很大，因而采用沥青的软化化点作为试验参数更为合理。根据佩尔的报告，沥青软化点对混合料的疲劳反应有着重要影响。在一定的沥青用量下，沥青软化点越高，混合料疲劳寿命就越长，如图10-15所示。 ④混合料的空隙率
混合料的空隙率对疲劳性能的影响如图10-16所示。试验结果表明，混合料的疲劳寿 命随空隙率的降低而显著增长。这个规律，既适用于控制应力加载模式的试验，也适用于控制应变加载模式的试验。
图10-13 及10-14
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图10-15
图10-16
通常，密级配混合料要比开级配混合料有较长的疲劳寿命。图10-17所示为混合料中不同填料含量对疲劳寿命的影响。一般情况下，混合料的空隙率是随填料用量的增多而减小的。增多填料会使整个集料级配发生变化。由图可知，疲劳寿命的高峰值出现在填料约为混合料总重的9% 处，其时空隙率约为0.5% ，再次证明了高的疲劳寿命是同低的空隙率密切联系的。混合料用量在9% 以下，在混合料内加入少量填料就能使疲劳寿命大大地延长；但当填料用量继续增加时，将会影响混合料密实度以及由于沥青用量不足而使沥青从较大面积矿料上剥落引起试件破坏，从而影响疲劳寿命。
由于行车荷载压实可使路面混合料的密实度增加，从而使疲劳寿命得以延长。拉西和斯特林通过室内试验认为，行车的补充压实作用能使试件在25℃时的疲劳寿命大致增长三倍。试验是在疲劳试验以前，将试件放在滚轮试验机内，承受行车作用的方式进行的。埃普斯和加莱韦（B.M.Gallaway）所作的野外测量表明，行车压实的主要作用一般产生在两年左右的时间以内。厄科脱进一步发现路面在长期行车压实下，所达到的密实度与击实75次马歇尔试验所成型的试件相当接近。作为合理估计路面压实和老化的综合相对作用，这个过度时间可以考虑为四年。图10-18为沥青混合料由马歇尔设计方法击实50次变为75次对疲劳寿命影响的试验资料。由图可知，提高混合料压实度对疲劳寿命的有利影响与沥青含量有关。当沥青含量由4% 变为5% 时，相对疲劳寿命以急剧的速率下降，对于5%至 5.5% 之间的沥青含量，疲劳寿命的比率几乎接近于一个常数，即击实75次混合料的室内疲劳寿命约为击实50次混合料的四倍。
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