随着人们对沥青路面结构开裂问题研究工作的深入,认识到交通荷载导致沥青路面的开 裂体现为剪切型开裂，但更主要的是温度等非荷载型因素引起沥青路面的收缩张开型开裂。 因此,现在研究重点是沥青路面的温缩型裂缝。
关于因温度变化引起的沥青路面开裂问题的研究始于20世纪60年代，但直到今天国内 外工程界仍然十分关注这个领域的研究与发展。从已有的成果来看，早期的工作主要集中在 低温开裂方面，重点是温度应力的计算方法以及沥青混合料低温抗裂性能的试验研究。20世 纪80年代后期至90年代初期，许多国家致力于旧路改造方面的工作，因此，温缩型反射裂缝 的研究受到了前所未有的重视。美国公路战略研究计划启动后,将温度变化引起的沥青路面 开裂问题的研究全面推进到了一个新的阶段。在该计划中,对于温度应力的测定、温度开裂的 预估、试验与分析仪器的开发以及低温开裂和温度疲劳开裂等方面的问题进行了广泛的研究 和推广应用；目前，正在致力于开发应用这些方法与手段对沥青混合料的低温开裂与温度疲劳 开裂的有关性能进行评价的分析系统。
(一)低温开裂
1 .温度收缩应力计算模型与方法
到目前为止，在温度应力的计算方面影响最为深远的研究应首推HiUs和Brien的工 作〔用。他们假设路面为一无限长的受约束条带，釆用准弹性梁的力学模型提出了著名的路面 温度应力近似计算公式：
次 7}) = ＞：a(T)S(At,T)AT (1-2-2)
^ro
式中：a(T_f)——表示在一定的降温速度下,温度从儿降至幻时的累计温度应力；
a(T)——表示沥青混合料随温度T而变化的温度收缩系数；
T_o——初始温度；
T_{一一降温终了时的温度；
SKT)—一表示温度为7,加载时间为*时，沥青混合料的劲度模量；
△7——表示对变温过程进行离散时的温度间隔。
尽管对沥青路面温度应力的计算作出了重要贡献,但所存在的理论性上的不足 也是不容忽视的，其中，最根本的问题是所采用劲度模量的概念实际上是一种蠕变 试验的割线模量,将其用作表征沥青混合材料的应力应变关系是一种准弹性假定，而事实上沥 青混合材料是一种热粘弹性材料，温度应力在其产生与发展的过程中必然存在应力松弛现象，无法考虑这一因素,必然会对温度应力的计算结果产生一定的影响。

鉴于上述原因，加之随着研究工作的不断深入，人们对于沥青混合材料热粘弹性本构关系 的定量描述也越来越准确。国内外学者进行的大量研究,发现在低温状态下沥青混合 料的粘弹性本构关系可以用模型表征;也有些采用广义Maxwell模型描述。 对时间一温度的相关性进行了研究，结果表明，沥青混合料在相当宽的温度范围内均表现出热 流变简单材料的特征，并提出了著名的WLF公式,用以计算表征沥青混合料时间一温度转换 关系的移位因子的基础上提出了计算移位因子的另一种数学形 式,即Arrhenius公式。温度收缩系数亦是温度收缩应力计算的重要参数,为此，不少学者对沥青混合料的温度收 缩系数进行了试验研究。
2.低温开裂判据
目前，关于沥青路面低温开裂的判断，主要采用低温开裂温度。到目前为止，在进行低温 开裂温度预估的研究中,大多数温度开裂的判据建立在一个简单的概念上，即认为当降温引起 的温度应力上升到沥青混合料的抗拉强度时，路面便会发生低温开裂^［84-^87］0虽然近年来，许 多研究都采用模拟沥青混合料粘弹性特性的方法进行降温过程温度应力的计算及路面开裂温 度的预估虹，而且在表征沥青混合料粘弹性响应的数学模型上各有差异，但本质上都是通 过温度应力与抗拉强度的比较来定义低温开裂破坏。
低温开裂温度的预估方法可以分为两大类，第一类称之为间接预估法，第二类称之为直接 预估法。
间接预估法是指按照路面中计算所得温度收缩应力与沥青混合料抗拉强度相等时路面就 会产生低温开裂的假说,估计低温开裂温度的方法。如利用公式(1-2-2)计算沥青路面温度应 力,再与试验测定的沥青混合料随温度变化的抗拉强度进行对比。
直接预估法则是通过室内试验直接测定沥青混合料的低温开裂温度，并以此作为预估沥 青路面低温开裂的方法。的试验结果表明，沥青混合料的开裂温度一般在-25Y〜 -40Y之间，并且发现，开裂温度和沥青混合料的老化、脆化程度及流变特性密切相关。试验 研究还对三种降温速度(5T/h,10T/h,27P/h)下的开裂温度进行了比较，结果发现,三种降 温速度对开裂温度几乎没有影响。但Ruth的研究［沏表明只有当降温速度高于5T/h时，降温 速度对开裂温度的影响不显著，当速度低于5Y/h时,降温速度的影响还是不可忽视的。此 外，还有人对温度变化历史的影响进行了相应的研究。研究结果表明，变温历史对断裂温度的 影响不显著。
在分析已有的关于沥青路面低温开裂温度直接预估法的研究成果时,SHRP的工作是不容 忽视的^［92~^95］o在SHRP的研究中，不仅研制了能模拟不同降温过程、有较高试验精度的约束 试件温度应力实验仪(TSRST),规范了相应的实验方法，并且开发了全套实验数据处理与分析 软件，进行了大量的实验验证。因此,如果采用直接法进行沥青路面开裂温度的预估,TSRST 试验是最为可靠的方法。有的研究人员利用TSRST进行试验，获得了理想的研究结果应9］° 有的根据其试验结果，提出了低温开裂预测模型依］°
尽管大多数的研究认为应以沥青和沥青混合料的极限强度作为低温开裂破坏的惟一判据,但亦有不少的研究成果显示，沥青和沥青混合料的破坏应变相对于破坏应力而言， 对于温度和变温速度的影响要敏感得多，因此,以破坏应变作为低温开裂的判据更为合理，至 少在进行低温开裂预估时应将其放在与极限强度同等重要的位置。然而,值得注意的是，破坏 应变只能通过荷载试验测定,而无法通过模拟路面降温过程测得。可能这就是大多数文献都推荐采用破坏应力作为低温开裂预估判据的主要因素。

（二）温度疲劳开裂
温度疲劳开裂是由于路面昼夜温差的循环所致'有研究表明，温度疲劳是引起路面温度裂 缝的主要原因，也是沥青路面破坏的最初形式"3~ ^lW-o关于路面温度疲劳开裂的研究始于20 世纪70年代G当时，在西德克萨斯的沥青路面中发现大量的裂缝,而这地区的气温并不太低, 于是,美国道路工作者对这一地区的环境、气候、路面对温度的敏感性及路面开裂机理等方面 的问题进行了一系列的研究^［,05~^108］_o研究成果使得人们认识到,开展沥青路面温度疲劳开裂 的研究具有非常重要的工程意义及学术价值。
I.温度疲劳的试验研究
较早的沥青混合料温度疲劳试验设备与方法是由美国CRREL组织开发的,该系统可以产 生很大范围的变温环境,但他们并未进行大量的重复降温疲劳试验，因此所得到的结论并不令 人信服。而Sugawara和Horigoshi的工作可以作为温度疲劳试验研究方面的代表性成果口⁰⁹〕，他 们通过重复降温对沥青混合料进行了大量的不同起始温度、不同变温幅度的温度疲劳试验，以 测定材料的温度疲劳寿命。试验发现，当所设定的最低温度接近断裂温度时,试件将发生温度 疲劳断裂，而且，沥青的稠度越高,试件发生断裂以前所经受温度疲劳次数越低。研究表明，通 过重复降温得到的沥青混合料的温度疲劳破坏规律与通常的荷载疲劳试验结果相似，可以用 如下的疲劳方程表示：
（+ 或土） （1-2-3）
式中：Nf一沥青混合料的温度疲劳寿命；
。——温度应力循环幅值；
E——与。相关的循环收缩应变；
C和m——由沥青混合料性质决定的材料参数。
而Shahin和Mcculough的研究口皿则在分别进行低温开裂和温度疲劳试验的基础上，通过 叠加两种作用进行开裂温度的预估，并开发了相应的计算机软件。通过研究他们发现,温度疲 劳的作用次数与荷载疲劳比较要少得多，而且，温度疲劳产生常应变疲劳损伤，因此提出，温度 疲劳方程以应变表示较为适宜。
SHRP研究开发的约束试件温度应力试验仪不仅可进行低温开裂试验，也可用于温度疲劳试 验,Jackson和Vinson^［111］就应用这一装置进行了温度疲劳试验。通过试验，他们提出，如果不能考 虑环境因素引起的老化效应，所得到的温度疲劳规律不可能很好地模拟沥青混合料的破坏特征。
直接测定混合料对温度循环产生的疲劳响应的优点是可避免以力学理论为基础的研究所 必不可少的材料性能的假设，然而，Majidzadeh〔m］却对这种以唯象学为基础的研究提出了异 议，认为其不能考虑初始缺陷和裂缝的扩展以及由此引起的层状体系的应力重分布情况。因 为Mahbout和Little^［1,3］在他们的研究中发现，初始裂缝及扩展规律的差异在温度疲劳寿命的预 估中将产生重要影响，如果沥青混合料呈脆性特征，比如在低温状态或加速加载状态，形成初 始裂缝所需要的时间将构成疲劳寿命的主要部分，而裂缝扩展过程中所占用的时间相对较短； 相反,如果沥青混合料表现出良好的韧性，则裂缝扩展至失效前的时间将构成路面温度疲劳寿 命更主要的部分。
2.以断裂力学理论为基础的温度疲劳开裂的研究
早在1976年,Majidzadeh就提出了可以通过线弹性断裂力学对沥青路面的疲劳损伤过程加以描述[m],他将路面的疲劳破坏过程分为三个阶段,即:裂缝初始化阶段、裂缝扩展过程及 极限断裂过程，并釆用断裂力学方法对裂缝的扩展过程和极限断裂过程进行了模拟。其后 Lytton和Shanmughan"⁰³]以及Lytton,Shanmughan和Garrent^¹¹⁵^以断裂力学为基础对路面的温度 疲劳开裂进行了预估，他们在Shahin和McuUough^C110J02]I作的基础上，提出了一种进行25Y以 下温度循环引起的路面温度疲劳开裂的预估模型，并开发了称为“THERM”的计算机软件，该 程序可以计算路面产生温度疲劳破坏时的温度循环次数、累积损伤函数及路面上的裂缝问题。 在该模型中,路面温度疲劳寿命由Paris公式（1・2・1）决定。由Benson提出的裂缝扩展方程口而 则在此基础上进一步考虑了老化效应。