瀝青混合料二點(diǎn)梯形梁與四點(diǎn)小梁疲勞試驗(yàn)方法對(duì)比

李本亮，黃衛(wèi)東，孟會(huì)林，馬華寶

(1.同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；2.河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050091)

瀝青混合料二點(diǎn)梯形梁與四點(diǎn)小梁疲勞試驗(yàn)方法對(duì)比

李本亮1，黃衛(wèi)東1，孟會(huì)林2，馬華寶2

(1.同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；2.河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050091)

小梁疲勞試驗(yàn)是廣泛應(yīng)用的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)方法，兩點(diǎn)梯形梁疲勞試驗(yàn)(two-point trapezoidal beam fatigue test, 2PB)主要在歐洲應(yīng)用而四點(diǎn)彎曲小梁疲勞試驗(yàn)(four-point bending beam fatigue test, 4PB)在美國(guó)應(yīng)用廣泛。從試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試件要求、老化條件、試驗(yàn)操作和結(jié)果應(yīng)用等方面進(jìn)行2PB與4PB的對(duì)比，指出2PB試驗(yàn)中試件成型復(fù)雜，試件尺寸精度要求高，對(duì)設(shè)備要求復(fù)雜，但試件具有較好均勻性和代表性；4PB試件成型較簡(jiǎn)單，試件尺寸易滿(mǎn)足。2PB試件黏附、固定、更換費(fèi)時(shí)，操作上繁瑣一般最大加載應(yīng)變500 με；4PB試驗(yàn)中試件固定、更換、調(diào)整應(yīng)變等直接通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，操作容易，最大加載應(yīng)變可達(dá)到2 000 με。2PB疲勞試驗(yàn)試件數(shù)要求多，獲取疲勞曲線(xiàn)試驗(yàn)周期為4PB試驗(yàn)的兩倍以上。2PB試驗(yàn)后試件表面可見(jiàn)裂紋，測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)混合料的實(shí)際疲勞壽命而4PB測(cè)量疲勞壽命結(jié)果較保守。2PB疲勞結(jié)果離散性小于4PB結(jié)果，2PB結(jié)果可用于混合料疲勞性能評(píng)價(jià)以及作為路面設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，4PB結(jié)果僅用于混合料疲勞性能的評(píng)價(jià)。

道路工程；瀝青混合料;小梁疲勞試驗(yàn);2PB;4PB

室內(nèi)疲勞試驗(yàn)采用試驗(yàn)室成形試件或現(xiàn)場(chǎng)鉆芯試件，通過(guò)簡(jiǎn)單、快速的試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料的疲勞性能，具有可重復(fù)、簡(jiǎn)便快速等特點(diǎn)，彎曲梁疲勞試驗(yàn)因操作簡(jiǎn)便、具有更好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力響應(yīng)模擬性而廣泛應(yīng)用。在彎曲梁疲勞試驗(yàn)方法中，有梯形梁疲勞試驗(yàn)(2PB)和四點(diǎn)彎曲小梁疲勞試驗(yàn)(4PB)，其中2PB為歐洲廣泛使用的疲勞試驗(yàn)方法，4PB在美國(guó)、澳大利亞等地區(qū)廣泛應(yīng)用。

隨著國(guó)內(nèi)高模量瀝青混合料的引進(jìn)與推廣，對(duì)應(yīng)的法國(guó)2PB疲勞試驗(yàn)方法與國(guó)內(nèi)常用的4PB試驗(yàn)方法的對(duì)比分析成為迫切需要解決的問(wèn)題，為進(jìn)一步理解高模量瀝青混合料以及法國(guó)的路面設(shè)計(jì)體系，對(duì)兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比，從試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試件、試驗(yàn)操作、結(jié)果精度要求、疲勞結(jié)果的應(yīng)用等方面進(jìn)行了比較，為后續(xù)的對(duì)比以及試驗(yàn)方法的選擇提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)方法

4PB的標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一種普遍使用的標(biāo)準(zhǔn)是AASHTO T321-03《用重復(fù)彎曲加載確定壓實(shí)熱拌瀝青混合料(HMA)疲勞壽命標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》[1]，采用正弦波，位移控制或者力控制加載，至少3個(gè)應(yīng)變水平確定疲勞曲線(xiàn)，準(zhǔn)備3個(gè)平行試件；一種是ASTM D7469-10《確定瀝青混合料承受重復(fù)彎曲疲勞失效方法》[2]，采用半正弦，位移或者力控制加載，規(guī)定選取至少6個(gè)應(yīng)變水平，每個(gè)水平1個(gè)試件。

2PB來(lái)自法國(guó)，其標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)納入歐洲標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法為EN 12679-24：2012《抗疲勞試驗(yàn)方法》[3]。規(guī)范采用正弦波，位移控制加載，至少3個(gè)應(yīng)變水平、18根小梁的疲勞結(jié)果數(shù)據(jù)以獲取疲勞曲線(xiàn)及ε6。

兩種疲勞試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)內(nèi)容比較見(jiàn)表1。

表1 4PB與2PB疲勞標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

兩種疲勞方法的試件受力圖見(jiàn)圖1。

圖1 2PB(左)與4PB(右)試件受力示意Fig.1 Stress on specimens of 2PB(left) and 4PB(right)

從標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容看，2PB與4PB的區(qū)別主要在試件受力部位、加載頻率、溫度、初始勁度模量選取以及結(jié)束試驗(yàn)后試件是否開(kāi)裂等方面，這些差異一方面反映了兩種方法的實(shí)現(xiàn)模式不同，另一方面也反映了對(duì)混合料疲勞性能評(píng)價(jià)側(cè)重的不同。

2 試件準(zhǔn)備

2.1 4PB試件要求

4PB采用棱柱體試件，尺寸為長(zhǎng)380±6 mm，高50±6 mm，寬63±6 mm，試件每側(cè)至少切除6 mm以獲得平順、平行的表面。現(xiàn)場(chǎng)試件依照ASTM D5361 M-14，規(guī)范規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)取樣獲取試件應(yīng)滿(mǎn)足相應(yīng)的測(cè)試規(guī)范要求[4]。對(duì)試件空隙率沒(méi)有具體規(guī)定，但實(shí)踐中要保持相同的空隙率，一般要求±0.5%以?xún)?nèi)，常用的設(shè)計(jì)空隙率為4%和7%以模擬設(shè)計(jì)階段和路面鋪筑階段的典型空隙率條件。

2.2 2PB試件要求

2PB使用梯形梁，針對(duì)不同的混合料公稱(chēng)最大粒徑試件尺寸有所變化，詳見(jiàn)表2。

表2 2PB梯形梁試件尺寸要求

Table 2 Requirement of 2PB specimen geometry /mm

B為梯形試件的下底寬度；b為梯形試件的上底寬度；e為梯形試件的厚度；h為梯形試件上下底之間的高度。

試件來(lái)源為室內(nèi)成型混合料板或現(xiàn)場(chǎng)取樣。室內(nèi)成型采用法國(guó)專(zhuān)用輪碾壓實(shí)儀成型，在600 mm×400 mm×hmm的試模中(h為厚度，可調(diào)整)，當(dāng)采用h=13 cm時(shí)一次約需要混合料75 kg。壓實(shí)采用充氣輪胎碾壓，分初壓、復(fù)壓和整平過(guò)程，初壓采用0.1 MPa的胎壓，而復(fù)壓和整平采用0.6 MPa的胎壓，壓實(shí)過(guò)程遵循歐洲規(guī)范EN 12697-33：2003[5]。

圖2 2PB試件成型輪碾儀與完成碾壓試件Fig.2 Wheel tracking compaction of 2PB

為保證切割均勻性，一般選取板的正中部分，以600 mm×400 mm×130 mm的混合料板為例，可切割出20根標(biāo)準(zhǔn)試件(厚度25 mm)(切割過(guò)程見(jiàn)圖3)，切割機(jī)精度要求極高，且要求固定平臺(tái)能夠旋轉(zhuǎn)試件以切割出梯形試件?，F(xiàn)場(chǎng)取樣最小直徑長(zhǎng)200 mm，厚度不小于40 mm，以便切出上表要求的試件尺寸。試件尺寸測(cè)量精確至0.1 mm，空隙率的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)該小于0.7%。

圖3 2PB和4PB試件試驗(yàn)室制備過(guò)程(單位：cm)Fig.3 Laboratory preparation of 2PB and 4PB test specimen

2.3 試件老化水平

試件的老化上，4PB與2PB要求也不同。4PB(ASTM、AASHTO)要求混合料經(jīng)過(guò)短期老化而后成型試件[6]。4PB在試件成型與切割以及試件存放上沒(méi)有明確規(guī)定，一般按照實(shí)際操作，同時(shí)一批次試件盡量同一時(shí)間段測(cè)試完。2PB(EN)對(duì)老化沒(méi)有要求，因混合料拌和時(shí)間較長(zhǎng)(2 min左右)，同時(shí)試樣質(zhì)量大(約80 kg)，一般混合料拌和后直接成型，但對(duì)切割后的試件有放置時(shí)間要求，即要求試驗(yàn)前試件應(yīng)在不高于20 ℃的條件下放置最少2周,最多6周的時(shí)間。

2.4 試件數(shù)量

4PB一次只能測(cè)試1根小梁，采用AASHTO標(biāo)準(zhǔn)時(shí)獲得疲勞曲線(xiàn)一般至少要求3個(gè)應(yīng)變水平，每個(gè)應(yīng)變水平3根平行試件；采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要獲得完整的疲勞曲線(xiàn)，需要準(zhǔn)備9根小梁試件，其他情況則盡可能多的準(zhǔn)備試件來(lái)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。為回歸得到1條疲勞曲線(xiàn)，應(yīng)至少測(cè)試6個(gè)試件(對(duì)應(yīng)至少6個(gè)應(yīng)變)。如果疲勞曲線(xiàn)中有離散點(diǎn)或者試件直接斷裂，則需要進(jìn)行額外的試驗(yàn)。

2PB一次可同時(shí)測(cè)試1組2根小梁。要求獲得1根疲勞曲線(xiàn)至少需要測(cè)試18根試件，同時(shí)至少需要測(cè)試3個(gè)應(yīng)變水平，應(yīng)變水平選取要滿(mǎn)足在對(duì)數(shù)軸上均勻分布同時(shí)對(duì)應(yīng)的疲勞壽命結(jié)果≥106次和<106次對(duì)應(yīng)的試件數(shù)至少各占總試件數(shù)目的1/3。

3 試驗(yàn)操作

3.1 試件緊固方式

4PB采用電動(dòng)夾具上下緊固試件，試件更換方便，不需額外程序與時(shí)間。2PB試件頂面和底面均通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂黏貼于上、下金屬基座上，而后采用螺絲將基座與設(shè)備連接并固定，其上基座與位移控制部件連接，下基座與設(shè)備平臺(tái)連接，從而形成懸臂梁加載的模式。兩種疲勞方法的對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 4PB與2PB試件緊固方式對(duì)比Fig.4 Comparison of fixing methods of 4PB and 2PB specimens

3.2 保溫時(shí)間

4PB美國(guó)要求保溫不少于2 h，且給出了不同的室溫條件與設(shè)定條件差值下的最少保溫時(shí)間案例。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，室溫25 ℃左右時(shí)，試件保溫1 h即可達(dá)到15 ℃。2PB法國(guó)要求試件保溫時(shí)間不少于4 h。

二者均使用外部環(huán)境箱來(lái)設(shè)定試驗(yàn)溫度，同時(shí)采用自帶非接觸測(cè)試試件的溫度傳感器來(lái)測(cè)量記錄測(cè)試溫度(圖5)。

圖5 2PB與4PB環(huán)境箱與溫度傳感器Fig.5 Environment box temperature senor of 2PB and 4PB

2PB采用1根溫度探針測(cè)量試件所處環(huán)境箱中溫度，溫度探針頂部位于試件豎向高度中間部分，溫度探針不接觸測(cè)試試件而處于空氣中，但與試件之間的間距不超過(guò)5 mm；4PB采用一種模擬等效方法測(cè)量試件內(nèi)部與環(huán)境溫度，通過(guò)一個(gè)埋置于試件中心與表面的溫度傳感器，來(lái)模擬測(cè)試處于環(huán)境箱中的試件內(nèi)部和表面溫度。4PB采用一種等效方式測(cè)量試件內(nèi)部和表面溫度，能夠較好指示保溫效果；2PB采用溫度探針測(cè)試環(huán)境箱溫度，不能夠直接反映試件實(shí)際溫度，但對(duì)于厚度僅25 mm的梯形試件來(lái)說(shuō)，至少4 h的保溫時(shí)間能夠保證其內(nèi)部溫度保持一致。2PB與4PB測(cè)試的溫度，僅僅在于記錄測(cè)試過(guò)程中的環(huán)境溫度，非接觸式方式不能夠反映試件因加載生熱及與環(huán)境交換時(shí)的試件內(nèi)部或表面實(shí)際溫度。

3.3 加載方式

2PB采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)加載，調(diào)整轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置可以獲得不同的偏心距，對(duì)應(yīng)輸出不同的加載應(yīng)變。依儀器的不同，最大加載應(yīng)變也不同，一般在500 με以?xún)?nèi)，加載精度較高，要求位移在試驗(yàn)中不超過(guò)0.12 με/N，頻率精度(25±1)Hz或者要求頻率±4%。4PB采用液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，其中氣動(dòng)控制精度很高但最大應(yīng)變一般不超過(guò)1 600 με，液壓控制精度較弱，但最大應(yīng)變能超過(guò)2 000 με。4PB要求加載力的測(cè)量和控制0～5 kN，精度5 N；位移要求0～5 mm，精度5 μm；頻率5～10 Hz，精度0.01 Hz。兩種疲勞試驗(yàn)的加載方式見(jiàn)圖6。

圖6 4PB與2PB加載示意Fig.6 Loading schematic illustration of 4PB and 2PB

3.4 位移測(cè)量方式

4PB采用接觸式測(cè)量方式，通過(guò)試件中間部位頂部的一個(gè)LVDT來(lái)測(cè)量加載過(guò)程中的位移，從而計(jì)算試件的應(yīng)變。在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前，需要將位移傳感器歸零。4PB位移測(cè)量要求精度達(dá)到5 μm，分辨率要求達(dá)到2.5 μm。2PB采用非接觸式測(cè)量方式，通過(guò)試件頂部橫向位移與測(cè)量端的距離變化來(lái)測(cè)量變形，試驗(yàn)前不需傳感器歸零，當(dāng)采用較大應(yīng)變時(shí)需注意調(diào)整傳感器距離以便預(yù)留足夠位移空間。2PB位移測(cè)量要求靜態(tài)測(cè)量精度達(dá)到1.5 μm，動(dòng)態(tài)測(cè)量等同靜態(tài)或小于目標(biāo)2%。二者位移傳感器見(jiàn)圖7。

圖7 2PB與4PB位移傳感器Fig.7 Deflection sensor of 2PB and 4PB

3.5 數(shù)據(jù)采集方式

4PB可采集每個(gè)加載循環(huán)的荷載、位移等信息，同時(shí)軟件界面可以實(shí)時(shí)顯示加載中各參數(shù)的變化，包括應(yīng)力、應(yīng)變、模量、相位角、耗散能、累計(jì)耗散能等各種參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)束后各種參數(shù)處理較為方便。

2PB不完全記錄每個(gè)加載的各項(xiàng)指標(biāo)(僅記錄每次加載的力值)，軟件界面顯示一定間隔(1 000次左右)的加載力和位移，但對(duì)于相位角、耗散能的記錄僅為一定間隔(1 000)的記錄，給出初始勁度模量數(shù)據(jù)，連續(xù)或更小間隔的相位角、勁度模量、耗散能等數(shù)據(jù)需要另行計(jì)算。軟件可直接顯示測(cè)量結(jié)果，同時(shí)繪制出疲勞曲線(xiàn)以及回歸參數(shù)如回歸系數(shù)、偏差等，對(duì)于結(jié)果處理方面優(yōu)于4PB軟件。

3.6 試驗(yàn)后試件狀態(tài)

4PB應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束試件完好，一般觀(guān)察不到試件表面裂縫，當(dāng)采用較大應(yīng)變或者采用加載結(jié)束條件模量比非常低時(shí)可能看到表面裂縫；應(yīng)力控制時(shí)可加載至試件開(kāi)裂。2PB實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，一般觀(guān)察不到裂縫但可以在加載條件下感覺(jué)出，選定程序中的測(cè)量試件裂縫位置選項(xiàng)，感觸加載試件表面震動(dòng)頻重處來(lái)確定裂縫位置并標(biāo)記測(cè)量，輸入過(guò)程中，在較低應(yīng)變條件下也可能無(wú)裂縫。裂縫的出現(xiàn)與否，可以判斷混合料試件的破壞階段，一般4PB觀(guān)察不到裂縫，表明試件處于內(nèi)部微裂縫產(chǎn)生至擴(kuò)展階段，尚未出現(xiàn)宏觀(guān)裂縫；2PB可以測(cè)量出裂縫位置，表明試件已經(jīng)破壞，即處于開(kāi)裂破壞階段(圖8)。裂縫的出現(xiàn)與否也說(shuō)明4PB測(cè)試結(jié)果的疲勞壽命僅為實(shí)際混合料疲勞壽命(疲勞開(kāi)裂)的一部分，而2PB測(cè)量結(jié)果可認(rèn)為對(duì)應(yīng)了混合料的實(shí)際疲勞壽命。

圖8 應(yīng)變控制試驗(yàn)結(jié)束后2PB與4PB試件Fig.8 Specimens after strain-control fatigue test of 2PB and 4PB

3.7 試驗(yàn)時(shí)間

兩種方法下試件制備、切割耗費(fèi)的時(shí)間相差不多，均在3 d左右。按照理想狀況和標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件考慮，采用4PB方法完成一種混合料3個(gè)位移水平的疲勞試驗(yàn)需要耗費(fèi)1周左右的時(shí)間，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)不超過(guò)2周；而采用2PB方法至少需要3周的時(shí)間(含試件放置2周)完成試驗(yàn)，試件準(zhǔn)備到完成試驗(yàn)耗時(shí)約4周，總體效率明顯不及4PB方法。

2PB標(biāo)準(zhǔn)加載頻率25 Hz，24 h可加載216×104次，同時(shí)一次可以加載2根試件；而4PB標(biāo)準(zhǔn)加載頻率10 Hz 24 h僅可加載86.4×104次，一次僅能加載1根試件，故對(duì)單應(yīng)變的對(duì)比試驗(yàn)或者混合料疲勞極限的驗(yàn)證，采用2PB試驗(yàn)加載速度更快費(fèi)時(shí)更少。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 結(jié)果精度

2PB規(guī)定了結(jié)果的精度，其結(jié)果來(lái)源于2001年11個(gè)試驗(yàn)室(歐洲3國(guó))10 ℃，25 Hz的AC 14疲勞試驗(yàn)。

表3 歐洲2PB疲勞試驗(yàn)結(jié)果精度要求

實(shí)際測(cè)試情況看，每個(gè)應(yīng)變水平多個(gè)試驗(yàn)結(jié)果中也存在偏差較大的數(shù)據(jù)，從已有幾種改性瀝青與高模量混合料數(shù)據(jù)結(jié)果看，同應(yīng)變條件下6個(gè)試件變異系數(shù)在10%～50%[7]，同時(shí)離散程度對(duì)于基質(zhì)瀝青較小，而對(duì)于改性瀝青較大。

4PB(AASHTO)沒(méi)有規(guī)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度以及重復(fù)性試件的精度要求；4PB(ASTM)規(guī)定了精度要求，實(shí)驗(yàn)室3個(gè)重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)數(shù)偏差為0.278，其結(jié)果基于單一試驗(yàn)室的11種混合料多應(yīng)變(200～2 000 με)的3個(gè)平行試件試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)2個(gè)平行試驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)偏差不大于0.787。根據(jù)ASTM提供的一個(gè)試驗(yàn)室試驗(yàn)精度數(shù)據(jù)[2]，分析發(fā)現(xiàn)3個(gè)平行試件同應(yīng)變的疲勞壽命變異系數(shù)從28.2%到103%，均值為57%，采用疲勞結(jié)果的對(duì)數(shù)其變異系數(shù)從2.4%到9.6%，均值為5.5%。

結(jié)果的離散程度方面，2PB使用了較多試件但結(jié)果離散程度較小，一般變異系數(shù)在50%以?xún)?nèi)，說(shuō)明采用2PB輪碾成型選用中間試件具有較好均勻性與代表性；4PB結(jié)果變異系數(shù)較大，均值為57%。

4.2 結(jié)果應(yīng)用

2PB測(cè)試獲得試件給定空隙率條件下的百萬(wàn)壽命應(yīng)變?chǔ)?及混合料的疲勞曲線(xiàn)，可用于混合料的疲勞性能評(píng)價(jià)并可直接作為路面設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，采用ε6指標(biāo)作為試驗(yàn)室結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)路面結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，要求室內(nèi)混合料的ε6大于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層位中瀝青層的彎拉應(yīng)變要求[8-10]，將材料性能評(píng)價(jià)與路面結(jié)構(gòu)層聯(lián)系起來(lái)，是一種較好的方法?？刹捎闷谠囼?yàn)機(jī)的模量測(cè)試程序在梯形梁上進(jìn)行混合料模量測(cè)量，結(jié)果可作為路面設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行輸入，具有較好的應(yīng)用性。

4PB測(cè)試結(jié)果能夠獲得混合料給定空隙率條件下的疲勞曲線(xiàn)，可用于評(píng)價(jià)不同混合料的疲勞特性，其結(jié)果用于路面設(shè)計(jì)時(shí)作為參考，同時(shí)需要考慮試驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。模量測(cè)量方面，4PB的勁度模量測(cè)量結(jié)果不能直接作為材料參數(shù)進(jìn)入路面設(shè)計(jì)。

在結(jié)果的應(yīng)用方面2PB結(jié)果較4PB結(jié)果更為直接。但這種應(yīng)用基于長(zhǎng)期的試驗(yàn)室與路面性能驗(yàn)證，對(duì)于4PB也可借鑒2PB的結(jié)果采用某個(gè)設(shè)計(jì)疲勞壽命對(duì)應(yīng)的應(yīng)變作為指標(biāo)，從而能夠?qū)⒃囼?yàn)室評(píng)價(jià)結(jié)果與路面結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，擺脫僅僅評(píng)價(jià)混合料疲勞性能而難以應(yīng)用的現(xiàn)狀。

5 結(jié) 論

對(duì)歐洲2PB與美國(guó)4PB的小梁疲勞試驗(yàn)方法進(jìn)行了綜合對(duì)比，主要結(jié)論如下：

1)歐洲2PB疲勞試驗(yàn)方法需要試件較多，采用大型試件切割中心部位能較好保證同一批次試件的均勻性。試件尺寸較小精度要求高，需要高精度切割儀。美國(guó)4PB疲勞試驗(yàn)方法需要試件相對(duì)較少，試件尺寸統(tǒng)一，不因混合料最大公稱(chēng)粒徑變化而變化，試件切割精度容易滿(mǎn)足。

2)操作上，歐洲2PB試件需要黏貼加載件并固定到試驗(yàn)平臺(tái)上，更換試件費(fèi)時(shí)，一般最大加載應(yīng)變500 με，操作較為繁瑣。美國(guó)4PB試件可直接裝入儀器夾緊，應(yīng)變調(diào)整等直接通過(guò)軟件，更換試件和調(diào)整應(yīng)變?nèi)菀住?/p>

3)2PB疲勞試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程持續(xù)周期為4PB試驗(yàn)的兩倍以上，耗時(shí)較長(zhǎng)，但加載頻率大對(duì)單一應(yīng)變?cè)囼?yàn)或疲勞極限等情況加載時(shí)間較少。

4)歐洲2PB儀器可以直接使用梯形梁試件在小變形范圍內(nèi)測(cè)量試件復(fù)數(shù)模量并用于路面設(shè)計(jì)，美國(guó)4PB中暫時(shí)沒(méi)有直接測(cè)量混合料可用于路面設(shè)計(jì)的模量規(guī)范。

5)疲勞結(jié)果的離散程度方面2PB優(yōu)于4PB，2PB結(jié)果因試件開(kāi)裂使得疲勞壽命結(jié)果與路面更為接近而4PB疲勞壽命趨于保守。歐洲2PB結(jié)果可用于混合料疲勞性能評(píng)價(jià)以及經(jīng)修正后作為路面設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，而美國(guó)4PB結(jié)果現(xiàn)階段僅用于混合料疲勞性能的評(píng)價(jià)。

[1] American Association of State Highway and Transportation Officials.DeterminingtheFatigueLifeofCompactedHot-MixAsphalt(HMA)SubjectedtoRepeatedFlexuralBending: AASHTO T321-03[S]. Washington, D.C.：AASHTO,2003.

[2] ASTM International.StandardTestMethodforDeterminingFatigueFailureofCompactedAsphaltConcreteSubjectedtoRepeatedFlexuralBending: ASTM D7460-10[S]. West Conshohocken, PA：ASTM International， 2010.

[3] European Committee for Standardization.BituminousMixtures—TestMethodsforHotMixAsphalt—Part24:ResistancetoFatigue：EN 12697-24：2012[S]. Brussels:CEN， 2012.

[4] ASTM International.StandardPracticeforSamplingCompactedBituminousMixturesforLaboratoryTesting: ASTM D5361M-14[S]. West Conshohocken, PA：ASTM International，2014.

[5] European Committee for Standardization.BituminousMixtures—TestMethodsforHotMixAsphalt—Part33:SpecimenPreparedbyRollerCompactor:EN 12697-33：2003[S]. Brussels:CEN，2003.

[6] American Association of State Highway and Transportation Officials.StandardPracticeforPreparingHot-MixAsphalt(HMA)SpecimensbyMeansoftheRollingWheelCompactor: AASHTO PP3-94[S]. Washington, D.C.:AASHTO，1994.

[7] 李剛，王崇濤，丁小軍，等.基于法國(guó)規(guī)范的土方、墊層和路面綜合設(shè)計(jì)方法[J].中外公路，2009，29(4)：285-288. LI Gang, WANG Chongtao, DING Xiaojun, et al. Intigrated design method of road soil base, cushion layer and surface layer based on French specifications[J].JournalofChina&ForeignHighway, 2009，29(4)：285-288.

[8] 李剛，趙永國(guó)，張留俊.法國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)體系的特點(diǎn)[J].中外公路，2009，29(3)：316-320. LI Gang, ZHAO Yongguo, ZHANG Liujun. Characteristic of French pavement design[J].JournalofChina&ForeignHighway, 2009，29(3)：316-320.

[9] 法國(guó)RST “瀝青混合料的設(shè)計(jì)”工作組.法國(guó)瀝青混合料設(shè)計(jì)指南[M].“中美法瀝青路面技術(shù)比較研究”項(xiàng)目組譯.巴黎，南京，2010. Workgroup of French RST “Asphalt Mixture Design”.GuideofFrenchAsphaltMixtureDesign[M]. Translated by “Sino-US-French pavement technology comparison” Team. Paris, Nanjing，2010.

[10] 李本亮.不同改性瀝青材料疲勞性能研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2015. LI Benliang.FatigueCharacteristicofVariableModifiedAsphaltMixture[D]. Shanghai: Tongji University, 2015.

(責(zé)任編輯 朱漢容)

Comparison of 2PB and 4PB Beam Fatigue Test Methods of HMA

LI Benliang1，HUANG Weidong1，MENG Huilin2，MA Huabao2

(1.The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804，P.R. China；2.Hebei Provincial Communications Planning and Design Institute, Shijiazhuang 050091，Hebei, P.R.China)

Beam fatigue tests are commonly used to evaluate the fatigue characteristic of asphalt mixture around the world. 2PB is widely used in Europe while more application of 4PB is found in USA. The two test methods are compared in test standards, specimen requirement, specimen aging condition, test conduction and application of test results. The conclusions are drawn that: 2PB is more complex in specimen preparation, demands more accurate geometry and more sophisticated test equipment, but the specimen is more homogeneity and representativeness than 4PB. Specimen cluing, fixing and replacing during the test is more time-consuming in 2PB test, making the test operation more complicated, also the maximum loading strain is no more than 500με in 2PB test. In contrast the specimen fixing and replacing, loading strain adjustment can be achieved by software controlling in 4PB test, making 4PB test an easy operation, also the maximum loading strain can be about 2 000με. More specimens are required to obtain a fatigue curve of in 2PB than that in 4PB, time-consuming in 2PB is more than double of that in 4PB. Fatigue life of 2PB test can be regarded as real fatigue of pavement in situ because of the observed cracks cross specimen after test but the fatigue life of 4PB test is conservative. Fatigue life variation of 2PB is smaller than 4PB. Test results of 2PB can be used for comparison as well as an input parameter in pavement design, results of 4PB can be only used for HMA comparison.Key words: highway engineering; hot-mix asphalt；beam bending fatigue test； 2PB；4PB

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.01.09

2016-01-07；

2016-02-28

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51478351)；河北省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(Y-2013096)

李本亮(1984—)，男，湖北隨州人，博士研究生，主要從事瀝青混合料疲勞評(píng)價(jià)方面的研究。E-mail：jeminben@126.com。

黃衛(wèi)東(1970—)，男，四川人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事瀝青混合料疲勞評(píng)價(jià)方面的研究。E-mail：hwd@tongji.edu.cn。

U 414.3

A

1674-0696(2017)01-046-06