沥青混合料疲劳技术，方法和标准的评述
摘要：19世纪欧洲桥梁和铁路钢结构中，由于循环荷载作用，出现了疲劳裂纹；此后，疲劳在各个领域得到了广泛的研究。 为了达到这一目的，开发了几种技术、方法和标准。 第一次热拌沥青(HMA)疲劳研究是在20世纪50年代在诺丁汉大学进行的，从那时起，已经做了大量的工作。 本文综述了沥青混合料的疲劳研究，包括疲劳试验技术、试验模式、载荷配置、方法和标准。 这些方法从简单的，如传统的方法，到复杂的，如机械方法，可以用于评估沥青粘结剂和混合料的疲劳性能，但线性振幅扫描(LAS)试验除外，该试验仅用于粘结剂和橡胶。 提出了一种法国方法，仅从纯疲劳损伤的角度来描述沥青疲劳性能，而不适当考虑疲劳损伤过程中发生的其他伪影。 DOI：10.1061/(ASCE)MT。 1943-5533.0002933. copy;2019年美国土木工程师学会。
作者关键词：疲劳；方法；标准；技术；试验模式；热拌沥青(HMA)
导言
疲劳损伤是影响路面结构性能的一个主要常见的困扰，因为重复轴载会在路面层的顶部和底部产生反向拉伸-压缩应变。 长期重复这种现象会随着时间的推移产生更多的裂缝。 这些裂缝出现在路面表面为六角形、纵向和鳄鱼裂缝，当碎片从表面移除时，特别是在车轮路径下，这些裂缝可能是严重的(Ghuzlan和Carpenter，2006年；Suh等人。 2010)。 疲劳性能可以使用尺寸变量来定义，例如失效的循环次数，也可以使用无量纲变量，例如损伤密度（Oslash;）和疲劳指数(FIr)(Ahmed2016b；Ahmed和Khalid2015)。
疲劳曲线，即刚度与循环次数的关系，表示三个阶段。 第一阶段被描述为从疲劳损伤、触变性和加热中迅速减少。 第二阶段表明刚度呈线性下降，主要是疲劳损伤。 第三阶段被描述为样品塌陷的破坏阶段。 裂纹形成也发生在两个阶段：裂纹萌生，即发生在第一和第二阶段的微裂纹和裂纹扩展，其中宏观裂纹形成在第二阶段(DiBenedetto等人。 如图所示，2004年。 1. 在2016年沥青铺装技术协会上介绍了一项审查工作，涵盖了1990年至2016年的疲劳研究(Braham和Underwood，2016年)。 这项工作虽然全面，但排除了这一期间的一些显著发展，例如这些发展与参考模量和纯疲劳分析等有关。
模式和加载配置
通常，热拌沥青(HMA)的疲劳试验有四种试验模式：控制载荷（应力)模式、控制位移(应变）模式、恒定能量模式和混合或组合模式。 前两种（荷载和位移）是众所周知的，也是研究人员常用的；另外两种不太常用。 在应力试验模式下，载荷幅值是恒定的，位移随载荷的进展而增大，而在应变试验模式下，位移幅值是恒定的，应力随载荷的进展而减小。 使用厚度大于200mm的沥青层的应力测试模式是可取的，因为刚度是控制疲劳性能的主要因素；然而，使用应变模式对于以材料弹性性能为主的薄沥青层更方便(Pell1973；Thom2008；Yu和Zou2013)。 值得注意的是，在应力模式下，HMA的循环次数比应变模式下的疲劳寿命短(Branco，2008年)，因为应变模式下裂纹尖端的应力强度随着加载的进展而减小，而在应力模式下则是恒定的。 这一点从巴黎关于断裂力学概念的法律（巴黎和埃尔多安，1963年）中是明确的，并随后在本文中详细介绍。
在应力和应变测试模式下，加载-卸载过程产生耗散能量，它被定义为滞后回路的内部区域，即应力-应变关系(Carpenter和沈，2006；沈和Carpenter，2005)。 已知这种能量随加载周期的变化而根据测试模式变化：在应力测试模式下增加，在应变测试模式下减少。 因此，这两种模式的不完善之处在于它们只能反映路面结构中的临界加载条件，表明应力和应变是恒定值，而能量结果则相反，即能量不随加载重复而恒定。 关于这个问题的更多细节可在Liu等人中获得。 (2017). 能量概念促使研究人员考虑一种称为受控能量模式的替代加载机制，该机制被定义为施加恒定能量的模式
在任何加载周期的测试过程中（Di Benedetto等1996;刘等。2017).Van Dijk（1975）和Van Dijk和Visser（1977）在分析疲劳性能和路面设计时使用了耗散的能量，他们考虑了恒定能量的概念。但是，鉴于在耗散能量恒定的条件下进行疲劳测试的困难，该方法仍处于开发的初始阶段。这样做需要特殊的设备在疲劳测试过程中产生这样的参数，并且这种设备尚未开发。但是，研究人员试图使用传统的技术，例如两点，三点和四点弯曲方法，并对测试方案进行了细微的修改以实现此测试模式。例如，Lui等。（2017）使用四点弯曲技术在常规应力和应变测试模式以及不常见的能量测试模式下进行了疲劳测试。作者分七个阶段进行了疲劳测试。当刚度达到前一阶段的初始刚度的0.85时，在每个阶段都将其停止。尽管该协议产生了所谓的能量模式，但作者并未考虑测试停止一小段时间后的愈合效果。
Hartman和Gilchrist（2004）在HMA的疲劳评估中引入了组合模式测试。在这种模式下，组合控制包括疲劳循环，在该循环中，梁从其基准状态加载到目标载荷，然后移回其零位移位置（Hartman和Gilchrist 2004； Hartman 2000）。该技术可确保不存在过多的永久变形以抑制完全断裂的发展（Hartman 2000）。但是，这种技术并不普遍，并且大多数研究人员都没有采用它。
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