由于水泥稳定碎石材料具有强度高、刚度大和造价低等特点，在中国道路工程中尤其是高等级公路修筑中得到了广泛应用。然而水泥稳定碎石路面即使在小于极限荷载的交通荷载反复作用下，也会产生破坏，即疲劳破坏。Miner疲劳损伤理论认为，路面材料在每次荷载的作用下，都会产生肉眼不可见的微裂缝，而微裂缝的累计则会造成路面材料的破坏中国沥青网sinoasphalt.com。疲劳方程是一种荷载应力水平和重复加载次数之间的关系模型，可以用来衡量材料疲劳性能的好坏，相同应力水平下，材料能够承受更多次数的荷载作用，则表明材料具有更好的疲劳性能。对于水泥稳定碎石在路面基层中的应用，中国已经有了相当长时间的研究和实践，并取得了很多重要的研究成果，然而针对水泥稳定碎石疲劳特性的研究则稍显不足。赖正聪等通过理论分析和室内疲劳试验，建立了一种基于临界疲劳损伤值不为1的非线性疲劳损伤模型，并对其进行了验证。杨群等采用bisar软件分别计算了半刚性基层和沥青稳定基层在不同轴重和材料参数下的层底拉应力，从疲劳寿命的角度对半刚性基层和沥青稳定基层的设计特点和适用条件进行了分析。

该文通过采用振动成型法在不同级配类型、水泥剂量和集料母材的条件下成型水泥稳定碎石试件，并在标准养生89d，饱水1d后采用MTS810测定试件的极限劈裂强度，并在不同应力水平下测定试件的疲劳作用次数，建立各条件下水泥稳定碎石的疲劳方程，通过疲劳方程对不同级配类型、水泥剂量和集料母材下水泥稳定碎石的疲劳性能进行研究。

原材料性能及混合料设计

试验所采用水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。试验用粗集料为石灰岩和砂岩集料。分别设计水泥稳定碎石的级配为骨架密实型和悬浮密实型，每种级配采用3%和4%两种水泥剂量。

采用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定的无机结合料稳定材料振动压实试验方法确定水泥稳定类混合料的最大干密度和最佳含水量。

疲劳试验结果及疲劳方程的建立

目前，道路材料的疲劳试验方法主要有小梁弯曲试验和圆柱体劈裂试验。由于圆柱体试件成型容易，可操作性强，且与路面实际受力状态更为相似，该文采用圆柱体劈裂试验对水泥稳定碎石疲劳性能进行研究，并采用应力控制模式。

极限劈裂强度

在最佳含水率下测定各试件的极限劈裂强度。可以看出：骨架密实型混合料的极限劈裂强度大于悬浮密实型，高水泥剂量大于低水泥剂量，石灰岩集料大于砂岩集料，且水泥剂量对极限劈裂强度的影响最大，级配类型次之，集料岩性的影响最小。

疲劳试验结果

采用正弦加载模式分别在应力水平为0.65、0.7、0.75、0.8和0.85的条件下对各混合料试件进行疲劳试验。

疲劳方程的建立

由于水泥稳定碎石材料中微裂缝的存在，加之集料和水泥石的局部差异，使得水泥稳定碎石材料的疲劳试验结果存在较大的变异性，但其总体分布服从统计学分布规律。因此，该文采用两参数Weibull分布的统计模型对水泥稳定碎石的疲劳性能进行分析，且经检验各应力水平下的疲劳寿命和保证率满足两参数Weibul分布，检验过程不再赘述。

采用式(1)的疲劳方程模型建立水泥稳定碎石在保证率为50%条件下的疲劳方程，并用疲劳试验结果对系数进行回归。

水泥稳定碎石疲劳性能影响因素

(1)级配类型

可以看出：水泥稳定碎石疲劳性能受级配类型的影响较大，且骨架密实结构的水泥稳定碎石材料相对于悬浮密实结构具有更好的疲劳寿命，骨架密实结构的系数b大于悬浮密实结构也同样说明了这一点。骨架密实结构的系数a的绝对值大于悬浮密实结构，表明骨架密实结构的水泥稳定碎石材料更易受应力水平的影响。

悬浮密实型的水泥稳定碎石材料，集料颗粒悬浮在水泥石结构中，无法有效形成嵌挤，水泥石占混合料体积的大部分，因而结构中的微裂缝和微孔隙较多，混合材料的疲劳性能基本取决于水泥石的疲劳性能。骨架密实型的水泥稳定碎石材料，集料颗粒之间多级嵌挤形成骨架，一方面集料颗粒之间具有更大的内摩阻角，具有更强的抵抗变形的能力；另一方面水泥水化后的水泥石填充在集料嵌挤形成的骨架中，所占比例相对较少，其本身的微孔隙和微裂缝对混合料的影响也相对较少。

(2)水泥剂量

可以看出：水泥剂量对水泥稳定碎石材料的疲劳性能产生影响，且影响最为显著。高水泥剂量的水泥稳定碎石具有更长的疲劳寿命，高水泥剂量的系数b大于低水泥剂量都说明了在一定范围内，提高水泥剂量可以提高水泥稳定碎石的疲劳性能。同时，系数a的绝对值为高水泥剂量大于低水泥剂量，表明高水泥剂量下水泥的疲劳寿命受应力水平的影响更为显著。水泥剂量的增加可以增强水泥石的胶结性能，使得水泥石之间和水泥石和集料表面之间的粘结性能增强，提高了水泥稳定碎石的强度和抵抗变形能力。

(3)集料岩性

可以看出：采用石灰岩和砂岩作为集料的水泥稳定碎石的疲劳性能有所差别，但差别不大，石灰岩集料的水泥稳定碎石的疲劳性能略优于以砂岩为集料的水泥稳定碎石材料。这是由于水泥稳定碎石材料的强度虽然受各组成材料(集料和水泥石)的影响，但主要取决于水泥石强度、水泥石和集料界面粘结力和集料的嵌挤作用，而受集料本身强度的影响不大。

结论

(1)建立了不同级配类型、水泥剂量和集料岩性下的水泥稳定碎石的疲劳方程，并通过疲劳方程对水泥稳定碎石的疲劳特性进行了分析。

(2)水泥稳定碎石的疲劳特性受级配类型、水泥剂量和集料岩性的影响，且影响程度为水泥剂量最大，级配类型次之，集料岩性最小。

(3)水泥稳定碎石的疲劳性能为骨架密实结构优于悬浮密实结构，高水泥剂量优于低水泥剂量，石灰岩集料优于砂岩集料。