摘要

针对沥青混合料疲劳耐久性设计参数的不确定性与不科学性问题，从疲劳试验方法及疲劳性能表征模型两方面对沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题进行了综述，并总结了其未来发展方向。沥青混合料疲劳性能主要通过室内外不同疲劳试验进行研究，不同试验方法所用沥青混合料试件的尺寸、形状，试件内部所处应力状态及试验条件皆各不相同，而沥青混合料是一种由沥青结合料与不同粒径矿料通过搅拌和碾压而成的多相、多组分、多尺度黏弹性混合料，其力学响应具有显著的时间、温度与应力状态相关性，不同试验方法所对应的加载速度、试验温度及应力状态存在较大的差异性，故其试验结果呈现出显著的不确定性，其疲劳性能表征模型参数也存在显著的差异性；此外，常用的室内材料疲劳试验方法大多为一维或二维应力状态下的疲劳试验，这与沥青路面结构实际服役过程中所处的三维应力状态不符；沥青混合料疲劳性能表征方程大多来源于一维应力状态下的疲劳试验结果，因此，用简单应力状态下的材料疲劳试验方法与性能表征模型难以客观表征三维应力状态下沥青路面结构的疲劳抗力，从而导致沥青路面疲劳耐久性设计存在较大的偏差。建议开发与沥青路面服役状态一致的三维应力状态下的疲劳试验方法，并建立三维应力状态下疲劳表征模型，以消除不同试验方法及试验条件对沥青混合料疲劳性能表征的影响，提高沥青混合料疲劳性能表征的有效性与完备性。

关键词

道路工程

沥青混合料

综述

疲劳性能表征

疲劳试验方法

疲劳方程

引言

目前国内外沥青路面设计方法大都是基于材料与结构的疲劳特性而建立的，该设计方法指导世界各国修建了数以万计的沥青路面，为公路交通发展做出了重要贡献。但也毋庸置疑，国内外沥青混合料疲劳性能表征方法尚存在诸多不适应与不合理的问题，导致沥青路面使用寿命低于设计寿命。以中国为例，根据中国现行沥青路面设计标准，高等级公路沥青路面的设计寿命为15年，而从实际使用寿命的调查结果来看，60%的高速公路在使用10~12年、17%在使用6~8年后就需进行大中修，实际使用寿命远低于设计寿命。沥青路面使用寿命偏短导致公路基础设施频繁地进行大中修，消耗了大量的不可再生资源，并造成了环境污染与交通拥堵，显著降低了道路的通行能力与路网的通行效率，也大大增加了运营期的养护维修费用。

沥青混合料疲劳性能表征的不确定性与不客观性问题严重影响了沥青路面的耐久性与可靠性，究其原因主要有两方面。首先，沥青混合料是一种由沥青结合料和不同粒径矿料通过搅拌和碾压而成的多相、多组分、多尺度的黏弹性混合料，其力学响应具有显著的时间、温度与应力状态相关性，在不同的试验方法下沥青混合料试件处于不同的应力状态，且对应的试验条件也不相同，故所得的试验结果具有显著的差异性与不确定性。此外，沥青路面处于三维应力应变状态，但常用的室内疲劳试验方法大多为一维或二维应力状态下的疲劳试验，用一维的试验结果表征三维应力状态下材料的疲劳性能，显然有失客观；而且，沥青混合料疲劳性能表征方程大多来源于一维应力状态下的疲劳试验，并未全面考虑应力、应变张量的各分量共同作用所产生的疲劳效应。

可见，现有沥青混合料疲劳试验方法、疲劳方程与沥青混合料的实际服役状态存在较大差异性，导致疲劳试验结果存在不确定性与不客观性，进而导致沥青路面结构设计的不合理性，严重影响了沥青路面的耐久性与可靠性。

提高沥青路面的耐久性是建设“交通强国”国家战略的迫切需求，而影响沥青路面耐久性的关键在于科学的耐久性沥青路面设计理论与方法、严格的原材料与施工质量控制技术、精细化的路面预防性养护管理与工艺等，这些都与材料疲劳特性准确的表征息息相关。因此，聚焦影响耐久性沥青路面抗疲劳设计的关键科学技术问题，分析现有试验方法及表征模型对评估及预测沥青混合料疲劳性能的合理性很有必要，是提出有效、完备的沥青混合料疲劳试验及性能表征方法的关键的基础研究工作。

国内外沥青路面抗疲劳设计发展现状

目前，世界上大多数国家的沥青路面设计方法均是基于材料或结构疲劳性能的力学经验设计法，疲劳破坏是沥青路面结构设计时首要考虑的破坏模式。沥青路面结构设计时以“荷载响应”小于等于“结构抗力”作为其设计准则，考虑到循环交通荷载对沥青路面结构的疲劳作用，故这里所指的结构抗力为结构的疲劳抗力，而沥青路面结构的疲劳抗力大都是根据室内材料的疲劳试验所建立的疲劳方程来确定的。但由于沥青混合料的黏弹特性，不同的试验方法所得的试验结果具有显著的差异性与不确定性，因此历版沥青路面设计规范中的材料设计参数均有较大的变化，如表1，2所示。该不确定性导致沥青路面结构设计参数的选取具有明显的不唯一性。而材料设计参数的不确定性、不科学性直接导致结构设计的不合理性与不可靠性，从而严重影响了沥青路面的耐久性。

同时，不同国家、不同研究人员所采用的疲劳试验方法以及所建立的疲劳性能表征模型及模型参数均存在较大的差异性，即使对于同一种沥青混合料，采用不同试验方法所得的疲劳试验结果及疲劳模型亦不同，故难以对沥青混合料的疲劳性能进行科学评价，据此根据某一确定试验条件下的材料疲劳试验结果来进行沥青路面的结构设计也将产生较大的偏差，对于长寿命耐久性沥青路面而言，这种偏差会随着设计寿命的增加而进一步放大，严重影响沥青路面的耐久性和可靠性。

沥青混合料疲劳试验方法发展现状

疲劳破坏作为沥青路面的主要破坏形式之一，引起了国内外道路工作者的普遍