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纤维沥青混合料的疲劳性能探究摘要：本文在对纤维作用机理分析的基础上，通过掺加不同的纤维类型，对比分析了沥青混合料的疲劳性能，试验发现，可发现在不同的应力幅度下，掺入两种纤维后混合料的疲劳寿命均较普通沥青混合料有所增加，聚酯纤维的疲劳性能较木质纤维好。
关键词：沥青路面；纤维沥青；疲劳性能中图分类号：文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）02- 由于纤维沥青路面结构具有路面性能优良，施工工艺较易实现等优点其在国内得到越来越多的应用和研究，但是由于国内对纤维沥青路面的应用时间较晚，其还存在很多的问题需要深入研究。
其中沥青混合料的疲劳性能是后续研究的重点。
沥青路面在环境荷载和行车荷载作用下，受到轮胎的驶入驶离，其路面受力状态为长期处于应力应变交替。
导致路面材料出现了疲劳变化。
而当行车荷载超过一定次数，沥青混合料的材料也发生了老化变硬，在荷载作用下，路面材料内部的应力积累超过了材料本身的强度，路面编号出现裂纹，最终会产生了疲劳断裂破坏。
疲劳破坏已经是当前沥青路面破坏的主要形式之一。
本文对纤维沥青混合料的疲劳性能进行了分析和研究。
1.纤维沥青混合料的制备1.1原材料室内试验采用克拉玛依90#沥青。
用于纤维沥青混合料粗细集料和矿粉质量应满足现行规范的相关规定，对粗集料的要求应具有良好的颗粒形状，质量均匀、洁净、干燥、无风化、无杂质，并且有足够的强度、耐磨耗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨光性、抗破碎性以及与沥青的良好粘附性。
为了研究不同纤维对沥青混合料疲劳性能影响，本文分别采用了不掺纤维、0.3%的木质素纤维好0.3%的聚酯纤维。
1.2 级配设计纤维沥青的级配选择为悬浮密实类的ac-131级配。
级配设计时，为了保证级配设计良好，其矿料全部采取经水洗烘干后的单一粒径集料配制而成.纤维沥青混合料的配合比设计需要考虑到纤维的类型和掺量，在所用材料和矿料级配确定后，选择若干种纤维掺量，按马歇尔设计方法确定不同纤维掺量下的最佳沥青用量，然后在各自的最佳沥青用量下进行水稳定性、低温抗裂性能和高温稳定性试验，分别得出纤维掺量与残留稳定度、抗弯拉强度、最大弯拉应变和动稳定度的关系曲线，由此关系曲线得出纤维最佳掺量和满足规范指标要求的经济掺量也就是最小纤维掺量，最后综合高温性能、耐水性能和经济性，确定工程使用合适的纤维掺量。
《Superpave沥青混合料疲劳性能与分数阶灰色预测模型研究》篇一一、引言随着交通量的不断增长和道路使用年限的延长，沥青路面的耐久性和使用寿命成为了重要的研究课题。
Superpave沥青混合料因其良好的路用性能被广泛应用于道路建设中。
然而，沥青混合料的疲劳性能是其长期使用性能的重要指标之一，因此，对Superpave沥青混合料疲劳性能的研究显得尤为重要。
同时，预测模型的准确性对于指导实际工程设计和维护具有重要的实用价值。
近年来，分数阶灰色预测模型在许多领域展现出其强大的预测能力，因此，本文将针对Superpave沥青混合料的疲劳性能与分数阶灰色预测模型进行研究。
二、Superpave沥青混合料疲劳性能研究Superpave沥青混合料的疲劳性能主要受到材料性质、环境因素以及荷载条件等多方面因素的影响。
首先，我们通过室内试验，对不同配比、不同温度下的Superpave沥青混合料进行疲劳试验，分析其疲劳性能的变化规律。
试验结果表明，合理的配比和温度控制可以有效提高Superpave沥青混合料的疲劳性能。
此外，我们还研究了荷载条件对Superpave沥青混合料疲劳性能的影响，发现重复荷载作用下，沥青混合料的疲劳寿命会明显降低。
三、分数阶灰色预测模型研究分数阶灰色预测模型是一种基于灰色系统理论的预测方法，具有较高的预测精度和适应性。
我们将该模型应用于Superpave 沥青混合料的疲劳寿命预测中，通过收集历史数据，建立分数阶灰色预测模型，对未来沥青路面的疲劳寿命进行预测。
研究结果表明，分数阶灰色预测模型可以有效地对Superpave沥青混合料的疲劳寿命进行预测，且预测精度较高。
四、Superpave沥青混合料疲劳性能与分数阶灰色预测模型的结合应用我们将Superpave沥青混合料的疲劳性能研究与分数阶灰色预测模型相结合，通过对实际道路的监测数据进行分析，建立了一套完整的Superpave沥青路面使用寿命预测体系。
沥青混合料疲劳试验沥青混合料疲劳试验是评估沥青混合料在交通载荷作用下的疲劳性能的一种重要方法。
本文将介绍沥青混合料疲劳试验的目的、试验方法、试验结果的分析以及对道路工程的意义。
一、试验目的沥青混合料疲劳试验的主要目的是评估沥青混合料在交通载荷下的疲劳性能，以确定其在实际道路使用中的耐久性和寿命。
通过疲劳试验，可以了解沥青混合料在长期交通荷载下的变形和破坏情况，为道路工程的设计和施工提供科学依据。
二、试验方法沥青混合料疲劳试验通常采用梁式疲劳试验机进行。
试验时，将沥青混合料制成试件，然后在试验机上施加交通载荷，通过循环加载和卸载的方式模拟实际道路上的交通荷载作用。
在试验过程中，记录试件的应力、应变和循环次数等参数，以评估沥青混合料的疲劳性能。
三、试验结果分析通过沥青混合料疲劳试验得到的试验结果可以进行多方面的分析。
首先，可以通过绘制应力-循环次数曲线来评估沥青混合料的疲劳寿命。
曲线的形状和斜率可以反映沥青混合料的疲劳特性。
其次，可以计算出试件的疲劳强度和疲劳指数等参数，用于评估沥青混合料的疲劳性能。
此外，还可以通过观察试件的破坏形态和表面裂纹情况，进一步分析沥青混合料的疲劳破坏机制。
四、对道路工程的意义沥青混合料疲劳试验对道路工程具有重要的意义。
首先，通过评估沥青混合料的疲劳性能，可以选择合适的沥青混合料类型和配合比，以提高道路的耐久性和使用寿命。
其次，可以根据试验结果对道路结构进行优化设计，以减少疲劳损伤和维修成本。
此外，疲劳试验还可以用于评估不同施工工艺和材料改性方法对沥青混合料疲劳性能的影响，为道路工程的技术改进提供参考。
沥青混合料疲劳试验是评估沥青混合料疲劳性能的重要方法。
通过试验可以评估沥青混合料的疲劳寿命、疲劳强度和疲劳指数等参数，为道路工程的设计和施工提供科学依据。
沥青混合料疲劳试验的结果分析可以帮助优化道路结构和材料选择，提高道路的耐久性和使用寿命。
因此，沥青混合料疲劳试验在道路工程中具有重要的应用价值。
沥青混合料四点弯曲疲劳实验模块实验原理一、材料疲劳行为沥青混合料是一种典型的粘弹性材料，其在长时间和重复载荷的作用下会表现出明显的疲劳行为。
在疲劳过程中，沥青混合料的力学性能会发生变化，逐渐降低至失效。
因此，了解沥青混合料的疲劳行为对于评估其使用寿命和耐久性具有重要意义。
二、弯曲应力分析四点弯曲疲劳实验是一种常用的测试方法，用于评估沥青混合料在重复弯曲应力作用下的性能。
在实验中，试样放置在两个相对的支撑点上，并在试样的中部施加弯曲应力。
随着应力的重复加载，试样内部的应力分布发生变化，导致其性能逐渐降低。
三、重复加载条件在四点弯曲疲劳实验中，试样需要承受重复的弯曲应力。
这些应力的频率、幅值和循环次数等参数对于实验结果具有重要影响。
通过对这些参数的调整，可以模拟不同使用条件下的疲劳损伤。
四、疲劳损伤机制在重复加载条件下，沥青混合料内部会发生微裂纹、颗粒破碎和粘聚力损失等损伤机制。
这些损伤会导致试样的强度和刚度逐渐降低，最终导致断裂失效。
通过对这些损伤机制的研究，可以深入了解沥青混合料的疲劳性能和耐久性。
五、实验数据处理实验数据处理是四点弯曲疲劳实验的重要环节之一。
通过对实验数据的分析，可以得出试样的应力-应变曲线、弹性模量、弯曲强度等力学性能参数。
同时，还可以计算试样的疲劳寿命和损伤因子等指标，以评估其耐久性。
六、寿命预测模型基于实验数据和理论分析，可以建立寿命预测模型，用于估算沥青混合料在不同条件下的使用寿命。
这些模型通常考虑材料的性能参数、环境因素和使用条件等因素，通过数学公式或计算机模拟方法进行预测。
七、材料优化建议通过对四点弯曲疲劳实验结果的分析，可以为沥青混合料的优化提供建议。
例如，调整原材料的配比、添加增强剂或优化加工工艺等措施可以提高材料的耐久性和使用寿命。
此外，还可以针对特定的使用环境和工程要求，选择适合的沥青混合料类型和设计方法。
八、实验局限性评估虽然四点弯曲疲劳实验是一种有效的测试方法，但仍存在一定的局限性。
表１带裂缝混凝土试样计算值裂缝长度ａｆ１计算值ｆ２计算值ｎ＝２００ｎ＝２４０ｎ＝３０００．０１０．２０９２０．２０８１０．２０７００．２００７０．０２０．３００４０．２９９６０．２９８８０．２９６７定义为：Ｋ１＝ｌｉｍｒ→０σｙ（θ＝０）２πｒ"（１３）上式也可表示为：Ｋ１＝σ０ｄＵｉｄξπｄ"（１４）式中，ｄ为子层厚度。
可令式（１４）中ｆ１＝ｄＵｉｄξπｄ"。
４算例与结果分析参照《应力强度因子手册》中单边裂纹受单向拉伸时应力强度因子计算公式［３］：Ｋ１＝Ｆσπａ"（１５）式中，Ｆ＝１．１２－０．２３１ａｔ＋１０．５５ａｔ#$２－２１．７２ａｔ%&３＋３０．３９ａｔ%&４，可令式（１５）中ｆ２＝Ｆπａ"。
以厚度ｔ＝０．２ｍ的混凝土为例，分别计算裂缝长度ａ＝０．０１和ａ＝０．０２ｍ时的ｆ１值（子层数ｎ分别取２００、２４０和３００），结果如表１所示。
由表１可知，ｆ１值随子层数的增加而趋近于ｆ２值，这表明本文的计算结果是合理的；ｆ１值随裂缝长度ａ的增加而增加，这一情形亦与实际相符。
另外通过计算结果的比较和分析，证实了本文分析方法的正确性和可靠性，从而为混凝土的破坏分析提供了一种新的研究方法。
参考文献［１］中国航空研究院．应力强度因子手册［Ｍ］．北京：科学出版社，１９８１．［２］蔡四维，蔡敏．混凝土的损伤断裂［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０００．［３］曾庆敦．复合材料的细观破坏机制与强度［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２．收稿日期：２００７－０８－１７’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’不同类型沥青混合料疲劳性能研究尉红彬（河北省交通勘察设计研究院，河北石家庄０５００１１）摘要：通过对８种类型沥青混合料、１２０根梁进行应变控制下的疲劳试验，建立疲劳方程，深入分析几种不同类型的沥青混合料的疲劳性能，有助于寻找到更适合于沥青路面下面层功能要求的沥青混合料类型。
关键词：沥青混合料；路面；疲劳性能中图分类号：Ｕ４１６．２１７文献标识码：Ａ文章编号：１００２－４７８６（２００８）０５－００５７－０３ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＦａｔｉｇｕｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｅｖｅｒａｌＤｉｆｆｅｒｅｎｔＡｓｐｈａｌｔＭｉｘｔｕｒｅｓＹＵＨｏｎｇ－ｂｉｎ（ＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｕｒｖｅｙ＆ＤｅｓｉｇｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｒｙｉｎｇｏｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｏｆ８ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅ，ｔｏｔａｌｌｙ１２０ｂｅａｍｓｐｅｃ－５７表１沥青混合料级配通过率筛孔尺寸（ｍｍ）沥青混合料级配ＡＣ－２０Ｆ富－２０ＡＣ－２５ＡＣ－１６ＡＣ－１３３１．５－－１００－－２６．５１００１００９７－－１９．０９８９６．５７９１００－１６８８７５．４７０９５１００１３．２７９５９．３６３８４９５９．５６７４６．７５３７０７６．５４．７５５３２７４１４８５３２．３６４０２２．７３１３４３７１．１８２９１７．９２３２４．５２６．５０．６２１１３．９１７１７．５１９０．３１４９．８１２１２．５１３．５０．１５９７．５８９．５１００．０７５５５．７５．５６６沥青混合料类型级配类型沥青类型油石比（％）１３－７０ＡＣ－１３７０＃４．５１６－７０ＡＣ－１６７０＃４．２２０－７０ＡＣ－２０７０＃４．１２０Ｆ－７０ＡＣＦ－２０７０＃４．９２５－７０ＡＣ－２５７０＃３．６２０－５０ＡＣ－２０５０＃４．１２０－ＳＡＭＩＡＣ－２０ＳＡＭＩ４．１２０Ｆ－ＳＡＭＩＡＣＦ－２０ＳＡＭＩ４．９表２沥青混合料类型及油石比１概述在传统的路面材料设计中，通常采用的下面层混合料集料由于级配较粗、用油量小、粘结料通常为普通沥青，而无法满足下面层需要承受重复疲劳作用的功能要求。
也就是说，传统路面结构设计是与材料设计相脱离的。
本研究打破了下面层混合料一般为大粒径、低用油量的惯例，采用ＡＣ－１３、ＡＣ－１６、ＡＣ－２０、ＡＣ－２５、ＡＣＦ－２０共５种级配形式，及普通５０＃、７０＃、韩国ＳＫ生产的ＳＡＭＩ改性沥青３种沥青组合而成的８种沥青混合料进行疲劳试验，分析了不同类型的沥青混合料的抗弯拉疲劳能力，以寻找更适合于下面层的沥青混合料。
２疲劳试验为了测定不同类型沥青混合料的疲劳特性，对于不同的混合料，选用合适的应变水平在ＵＴＭ试验系统上进行疲劳试验，每个应变水平进行３～５个平行试件。
试验温度为１５℃，选取劲度模量为初始劲度模量（荷载作用５０次时）５０％时的作用次数Ｎｆ作为疲劳破坏标准，即以初始劲度的一半为破坏标准。
ＵＴＭ试验系统可以自动检测到试验信号，试验控制和数据采集利用为试验专门开发的ＣＤＡＳ系统，在微机上运行。
每个区域的采样间隔时间各不相同，０～１００００次运行次数时，每１０次采一次样；１００００～１０００００次运行次数时，每１００次采一次样；１０００００～１００００００次运行次数时，每１０００次采一次样。
试验按照设定值自动停止，试验过程中自动绘出劲度模量、相位角、单位能耗、累计能耗、应力与运行次数的关系曲线。
本研究进行了８种类型的沥青混合料的疲劳试验，总共１２０根小梁试件。
试件尺寸为８．１ｃｍ×６．３５ｃｍ×５．０ｃｍ共５种类型级配通过率（见表１），ＡＣＦ－２０级配应用主骨料空隙填充法（ＣｏｕｒｓｅＡｇｇｒｅｇａｔｅＶｏｉｄＦｉｌｌｉｎｇ，ＣＡＶＦ）设计，其用油量较ＡＣ－２０级配的混合料要大。
其他几种类型的沥青混合料的最佳油石比都用马歇尔方法设计（见表２）。
３试验结果分析根据预估的各种类型沥青混合料的疲劳寿命，分别选取几种不同的应变水平进行应变控制的疲劳试验，表３列出了各种类型沥青混合料不同应变水平下的疲劳寿命。
在双对数坐标系下，应变水平与疲劳寿命呈良好的线性关系，如图１所示。
５种７０＃沥青混合料其回归曲线的指数ｂ的变化范围在３．１４～３．７９之间，相差不大；５０＃沥青混合料其回归曲线的指数ｂ约为４．３；而ＳＡＭＩ改性沥青混合ｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｓｔｒａｉｎ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｄｅｅｐｌｙ，ｔｈａｔｗｉｌｌｃｏｎｄｕｃｅｔｏｆｉｎｄｏｕｔａａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｗｈｉｃｈｉｓｍｕｃｈｆｉｔｆｏｒｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｂｏｔｔｏｍｌａｙｅｒｏｆａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅ；ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙ５８表３沥青混合料ＵＴＭ疲劳试验结果１２００１０００８００６００４００３００２００２０～５０－－－２１６３１７８１０４９５５０２７９１３０２０～７０－－１６７０３５２５１０１４０４３９６５－２０Ｆ～７０－－－１４７８７３０９６３－７２６０１０１３～７０－－－７６９７２５６５５１１７９０５－１６～７０－－－３８４５２５２０５－２１１７２０２５～７０－－－３７４７１８１２０－１７７５４０２０－ＳＡＭＩ－１５４４０５６３１７１９２２５７－－－２０Ｆ－ＳＡＭＩ１６１８０８９４１７１２５１０７９２０８７０－－－ＳｔｒａｉｎｌｅｖｅｌＭｉｘｔｙｐｅＮｔ料的回归曲线指数ｂ大约在５．０附近。
指数ｂ反映了混合料的疲劳寿命随应变水平变化的规律。
不同应变水平下，沥青混合料衰减的速率是不一样的，不管是应变控制还是应力控制模式下，沥青混合料劲度模量的衰减速率均随着应变／应力水平的增大而增大（见图１、图２）。
而不同的沥青混合料受应变／应力水平影响的程度是不同的。
如图３所示，ＳＡＭＩ沥青混合料随着应变水平的降低，其疲劳寿命增大的程度要远远大于５０＃和７０＃沥青混合料。
从表３中也可以看到，在６００微应变水平下，５０＃沥青的疲劳寿命小于７０＃沥青，而在较低应变水平下，５０＃沥青的疲劳寿命却大于７０＃沥青，这主要是因为５０＃沥青混合料的疲劳寿命受应变水平的影响更大，在较高的应变水平下，其疲劳寿命较低，而在较低的应变水平下，５０＃沥青混合料就显示出优于７０＃沥青混合料的疲劳性能。
为了比较不同级配组成形式对沥青混合料疲劳性能的影响，本研究采用５种不同级配与一种７０＃沥青粘结料组成的混合料进行了疲劳试验。
从图３可以看出，在５种不同级配的曲线中，２０Ｆ－７０曲线在最上方，１３－７０曲线次之，其他３种１６－７０、２０－７０、２５－７０混合料的曲线很接近。
５种沥青混合料回归曲线中两个参数ａ、ｂ值的排序都是：２０Ｆ－７０＞１３－７０＞１６－７０＞２５－７０≈２０－７０。
这就说明，富沥青级配的沥青混合料拥有更优良的疲劳性能，增大沥青用量可改善沥青混合料的疲劳性能。
１３－７０的疲劳性能也要好于其他级配的沥青混合料。
５种不同级配沥青混合料的疲劳性能之间的差别也可能是因用油量的不同而造成的。
从图３还可以看出，两种高弹沥青混合料的疲劳方程参数ａ、ｂ值明显高于７０＃沥青和５０＃沥青混合料，而５０＃沥青混合料的ａ、ｂ值高于７０＃沥青。
不同沥青粘结料对混合料疲劳性能的影响要比不同级配对混合料疲劳性能的影响大得多。
尤其是应用高弹性改性沥青混合料，大大地提高了沥青混合料的疲劳性能。
４结论本文通过对８种包括３种不同沥青粘结料及５种不同级配的沥青混合料进行应变控制的疲劳试验，５９分别按照传统的疲劳方程分析了几种类型沥青混合料的疲劳性能，并得出以下结论。
４．１级配对沥青混合料的疲劳性能有一定的影响，这种影响也可能是用油量的不同造成的。
采用富沥青级配的沥青混合料可以较明显地提高沥青混合料的疲劳性能。
为了提高下面层沥青混合料的疲劳性能，可考虑采用较小粒经级配或富沥青级配。
４．２不同沥青粘结料对混合料疲劳性能的影响远远大于级配的影响。
ＳＡＭＩ改性沥青在卸载后拥有更优良的滞后回复变形能力，可大大改善沥青混合料的疲劳性能。
４．３在疲劳试验中，随着应力／应变水平的增加，沥青混合料模量（或劲度）的衰减速率增大，而不同沥青混合料受应变／应力水平的影响程度不同。
ＳＡ－ＭＩ改性沥青与５０＃沥青受应力／应变水平变化的影响程度要大于７０＃沥青。
在较低应变水平下，ＳＡＭＩ改性沥青与５０＃沥青混合料模量（或劲度）的衰减速率减小的幅度很大。
也就是说，在低应变情况下，ＳＡＭＩ改性沥青与５０＃沥青混合料能显示出更为优良的疲劳性能。
参考文献［１］黄卫，邓学钧，Ｃ．Ｌ．Ｍｏｎｉｓｍｉｔｈ．能量方法分析沥青混合料的疲劳特性［Ｊ］．中国公路学报，１９９４，７（３）：２３－２８．［２］周富杰．防治反射裂缝的措施及其分析［Ｄ］．上海：同济大学，１９９８．［３］黄卫，邓学钧，Ｃ．Ｌ．Ｍｏｎｉｓｍｉｔｈ．沥青混合料疲劳响应新模型研究［Ｊ］．中国公路学报，１９９５，８（１）：５６－６２．［４］张婧娜．沥青混合料疲劳损伤的研究［Ｊ］．华东公路，１９９８，１２（６）：１１５．作者简介：尉红彬（１９７４－），男，１９９８年毕业于大连理工大学交通土建工程专业，大学本科，河北省交通勘察设计研究院工程师，主要从事公路勘察设计工作。
