沥青混合料在荷载作用后经过一段时间会逐渐地恢复，其劲度相对于前一次荷载作用停止时的劲度也会有一定的增加。对于沥青混合料的这种自行愈合的性质，国内外学者很早就已经关注，并且做了大量的研究,Kim^[1]通过研究表明荷载间隙期间沥青混合料的微裂纹会愈合。Breysse^[2]等人在分析间隙时间对沥青混合料疲劳性能影响的同时，得出了沥青混合料的劲度恢复程度与之前的加载历史有关系。Planche^[3]指出了沥青混合料的间隙时间越长，则其力学性能恢复明显。葛折圣^{[4, 5]}通过研究得出沥青混合料的疲劳性能的影响因素中，间隙时间的影响是最大的。单丽岩^{[6, 7]}借助于动态剪切流变仪研究了间隙时间、间隙前沥青状态、温度及加载模式对沥青自愈性的影响，间隙时间越长，温度越高，沥青的恢复性能越快，加载模式不同沥青的自愈能力不同。李琼^[8]通过试验得出，对于同种材料，在相同温度，相同的应力情况下，无间隙时间的沥青混合料疲劳寿命要比有间隙时间的疲劳寿命要短。另外，国内外专家学者也通过试验证明了沥青及沥青混合料的愈合性能^{[9, 10, 11, 12]}。综上所述，间隙时间对沥青混合料的疲劳力学性能有着很大的影响，专家学者们做了工作概括起来主要集中在两个方面：第一，间隙时间与疲劳寿命之间的关系；第二，劲度的恢复随时间的关系。而实际路面在使用过程中，前一辆车行驶过后，沥青的劲度并没有完全恢复就会受到后一辆车的重复作用，或者在前一段车流经过以后隔一段时间又会受到后一段车流的作用，因此研究沥青混合料的劲度在循环车流作用下的劲度变化情况具有重要的应用价值。因此，本文采用了应变控制的疲劳试验来模拟在循环车流作用下沥青的劲度残留值，并讨论了恢复方式、不同温度、不同的应变大小对沥青混合料劲度残留值的影响。

试验所采用的仪器为澳大利亚IPC BFA生产的气动独立式四点小梁疲劳试验装置，并将仪器置于UTM-100环境箱中来控制试验的温度(图 1)。试验之前，小梁放在高低温箱中恒温保存12 h(图 2)，以保证试验时试件的温度和试验要求的温度等同。

图 1 疲劳试验装置 Fig. 1 Fatigue test device

图选项

图 2 高低温箱 Fig. 2 High and low temperature box

图选项

试验过程中采用气泵来加载，其加载能力为(4 500±4)N。

沥青采用的是陕西国琳华泰沥青产品有限公司生产的SBS改性沥青。各项指标见表 1。

SMA13集料采用的是四川旺苍县正源乡产玄武岩。矿粉、机制砂用旺苍县产石灰岩轧制。沥青用量通过马歇尔试验确定，得出SMA13最佳油石比为6.0%。用此油石比拌和SMA13沥青混合料，SMA13马歇尔试验性能参数见表 2。

根据试验的要求，试验中所采用的小梁的尺寸为380 mm长×63.5 mm宽×50 mm高，成型车辙板过程中所采用的轮碾仪型号为HYCX-1，车辙板制作模具的尺寸为400 mm长×300 mm宽×70 mm高，碾压过程中的温度控制在101 ℃，碾压次数为24。由于试验持续的时间较长，未试验的试件如果存放在露天的环境中则会受到环境的影响，因此为了避免出现这种情况，试验过程中采用真空袋对小梁试件进行封装(见图 3)。

图 3 真空袋保存的小梁试件 Fig. 3 Small beam specimen saved in vacuum bag

图选项

试验中采用的加载波形为半正弦波，加载模式为对称循环加载，应力比R=S_min/S_max=-1，加载示意图见图 4，试验是通过加载次数来控制，即每一循环加载5 000次。

图 4 对称循环加载示意图 Fig. 4 Schematic diagram of symmetrical cyclic loading

图选项

(1)试验中劲度的计算表达式：

点击浏览公式

(2)试验中劲度残留百分比为每一次循环的初始劲度模量与第一次循环时初始劲度模量的比值。

试验中，所采用的温度是15 ℃，加载的频率为10 Hz，应变大小为600 με。试验每加载5 000次停下来，让其恢复15 min后继续加载，总共做5个循环。试验过程中试件的恢复分为两种方式，第一种：当小梁在作用5 000次停下来后，固定小梁的夹具未松开，此时，小梁的恢复变形受到夹具的约束；第二种，当小梁在作用5 000次后，调节按钮，松开夹具，小梁的恢复变形没有受到夹具支座的约束(见图 5)。

图 5 恢复方式示意图 Fig. 5 Schematic diagram of restortion modes

图选项

(1)未松开固定夹试验结果

(2)松开固定夹试验结果

图 6 不同的恢复方式下小梁劲度残留百分比 Fig. 6 Stiffness residual percentage of small beam under different restoration modes

图选项

由表 3、表 4的试验结果可知，在第一个循环和第二个循环之间，小梁的劲度变化幅度最大，从第三个循环到第五个循环，小梁的劲度变化值相对较小，并且逐渐趋于稳定。从图 6中可以看出，当固定小梁的夹具松开时，小梁的劲度残留百分比相对于夹具未松开时要大，并且二者之间的差距会随着循环次数的增加而减小，当到了第五次循环时，二者的劲度残留百分比则近似相等。

试验在15 ℃条件下进行，加载频率为10 Hz，所采用的应变大小分别为600,400,200 με，试验每加载5 000次停下，松开夹具，让其恢复，15 min后继续加载，共计五个循环。

从表 5、表 6、表 7中可以看出，第一次循环时的初始劲度的大小与控制的微应变有关，当控制的应变值越小时，初始劲度则会越大。随着循环次数的增加，小梁的劲度变化会越来越小。从图 7中可以看出，劲度的残留百分比会随着循环作用次数的增加而逐渐减小，并且控制的应变值越小，百分比越大，在第2个循环时，600 με和400 με对应的残留百分比比较接近，在第三个循环和第四个循环时，这两个应变值对应的劲度残留百分比之间的差值会逐渐增大。

图 7 不同的应变控制下小梁劲度残留百分比 Fig. 7 Stiffness residual percentages of small beam under control of different strains

图选项

试验分别在5 ℃，15 ℃，25 ℃的条件下进行，加载频率为10 Hz，所采用的应变大小分别为600 με,试验每加载5 000次停下，松开夹具，让其恢复，15 min后继续加载，共计五个循环。

由表 8、表 9、表 10可以看出，小梁的初始劲度会随着初始温度的升高而逐渐减小，从图 8中可以发现，5 ℃ 与15 ℃ 条件下的劲度残留百分比比较接近，而25 ℃ 条件下的劲度残留百分比相对于5 ℃ 和15 ℃时要大，并且这二者之间的差值会随着循环次数的增加而增大。

本文借助于四点弯曲小梁试验仪，在多个循环荷载之间设置了恢复时间，考虑了恢复方式、应变大小及温度等因素，研究了沥青混合料劲度在多个循环作用之后的残留值，并得出以下结论：

图 8 不同的温度条件下小梁劲度残留百分比 Fig. 8 Stiffness residual percentages at different temperatures

图选项

(1)小梁劲度的残留百分比与恢复的方式有关，小梁在夹具松开时的劲度残留百分比要大于未松开夹具时的百分比，在开始阶段影响最大，随着循环次数的增加，两者之间的残留百分比会趋于相同。

(2)试验中所采用的应变越小，小梁的劲度残留程度越大，在采用600 με和400 με控制时，开始的劲度残留百分比比较接近，随着循环次数的增加，两者之间的差值会逐渐增大。

(3)在5 ℃和15 ℃ 条件下，小梁的劲度残留百分比比较接近，在25 ℃条件下的劲度残留百分比要高于5 ℃和15 ℃条件下的劲度残留百分比。