贵州大学
摘要：有很多试验可以评价沥青混合料的抗裂性能，其中半圆弯曲实验（SCB）因其操作简单、重复性好及评价指标的灵活性被路面研究者广泛采用。SCB试验目前主要被用来研究沥青混合料的低温抗裂性能以及抗疲劳断裂性能。一些研究为了更符合实际情况和试验简便性，改变了一些试验条件。本文介绍了利用SCB试验评价不同沥青混合料抗裂性能的国内外主要研究。详细讨论了可用于评价沥青混合料抗裂性能的由SCB试验得到的各个参数，也讨论了SCB试验中沥青混合料的应力应变解析解。总的来说，SCB试验被认为是一种具有发展前途的评价沥青混合料抗裂性能的试验方法。建议未来的研究可以在考虑粘弹性特性的基础上集中发展动态SCB试验以研究沥青混合料的动态抗疲劳断裂性能，并提出适当的SCB试验标准规程以模拟实际的路面使用性能并为柔性路面设计提供参考。
关键词：道路工程；路面工程；沥青混合料；断裂；SCB试验
1抗裂性能评价指标
1.1起裂点与最大荷载
R.A.Tarefder基于破坏荷载标准研究了沥青混合料的裂缝扩展规律。加载的第一阶段，试样开始产生裂缝时对应的荷载称为启裂点（CrackInitiationpoint），其后试样裂缝扩展直至破坏，破坏时对应的荷载为破坏荷载（Peakload）。启裂点用来衡量沥青混合料抵抗产生裂缝的能力，破坏荷载表征沥青混合料整体抗弯拉性能。另外有研究者利用这两个指标评价了沥青混合料在干燥环境和湿润环境下的抗裂性能。结果显示在湿润环境下的沥青混合料试样的启裂点和破坏荷载均大于干燥环境下的沥青混合料试样的启裂点和破坏荷载，表明沥青混合料在湿润条件下的抗裂性能好于其在干燥条件下。
1.2断裂韧度
众多研究者使用断裂韧度来评价沥青混合料在不同试验条件下的抗裂性能。在不同的试验条件下有着广泛的适用性，与影响沥青混合料抗裂性能的各个因素有良好的相关性，可以用来评价各个因素对沥青混合料抗裂性能的影响大小。J.M.M.Molenaar]和M.Arabani研究了试样尺寸对其断裂韧度的影响。虽然AASHTO的规范中规定试件厚度为50mm，但是J.M.M.Molenaar[6]研究发现试样厚度在25-75mm内，其变化不大，还发现对试样直径的敏感程度大于其对试样厚度的敏感程度。M.Arabani建议使用ASTM推荐的方法进行SCB试验以得到真实的值。ASTM规定要满足一些条件，试验得出的值才能视为真实值，
很多研究人员研究了加载速率和支撑条件对值的影响，S.Im等发现加载速率0.3mm/min与直径超过150mm的试验条件组合，加载速率0.5mm/min与直径超过220mm的试验条件组合，二者得到的断裂韧度值相差不大。B.Huang等发现支撑位置距离在0.67至0.9倍试样直径之间时，其应力分布基本一致。
此外，对比标准条件下的IDT以及SCB试验结果，发现SCB试验得出的值重复性比IDT试验得出的抗拉强度重复性好。另外对沥青混合料进行疲劳性能测试，发现值与诺丁汉沥青试验测出的刚度模量具有较高的一致性。
1.3断裂能
沥青混合料的抗裂性能也可以通过基于线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学的断裂能来表征。临界能量释放率，以表示，利用线弹性断裂力学方法计算应力应变曲线下面积得出。J积分基于弹塑性断裂力学提出，根据文献[1]，J积分的计算公式如式1所示：
(1)
式中，—临界断裂能，
—试样厚度，
一些研究[1-3]通过静态SCB试验测出来评价沥青混合料的抗裂性能，H.A.Khalid[等研究发现在-20℃-0℃温度范围内，值随着温度升高而升高，超出此温度范围后，随着温度升高而降低，这主要是因为水在0℃以上时由固态转为液态。K.P.Biligir等研究发现温度高于0℃时，值随着沥青含量的增加而升高，温度低于0℃时，呈相反趋势。
J积分也广泛用于评价改性沥青混合料的抗裂性能。基于线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学的计算J积分的方法最主要的差异在于弹塑性断裂力学可以计算带有预切口试样的J积分。J.H.Liu[等研究表明在较低温度下，采用湿法制备的橡胶改性沥青较干法制备的橡胶改性沥青具有更高的J积分数值。
另外，SCB试验中的J积分是一个重复性高的试验参数，J积分与胶结料、最大公称粒径及压实作用具有较高的相关性。除此之外，J积分与野外的路面实际开裂情况也具有较高的相关性，相关系数可达0.58，所以利用J积分来预测沥青混合料抗裂性能是合理的。
2研究展望
静态和动态SCB试验技术已经成为了一种评价沥青混合料抗低温开裂性能的常用方法。静态的SCB试验规程已经成熟，由于在评价沥青混合料断裂性能方面SCB试验的合理性和简单性，有必要进一步推进当前的研究以模拟实际的受力特性。简而言之，对于SCB试验评价沥青混合料的断裂性能研究的未来方向可以集中在如下几方面。
（1）通过使用循环SCB试验来描述和验证沥青混合料动态抗断裂性能。
（2）利用SCB试验评价沥青混合料抗裂性能应考虑其粘弹性特征及沥青结合料的性质。
（3）研究各个因素对动态SCB试验结果的影响，例如：厚度、预切口深度，支撑距离、加载速率、频率以及温度等，提出相应的标准试验方法。
（4）利用SCB试验评价不同材料（改性剂）沥青混合料的抗裂性能。
参考文献
[1]K.Chong,M.D.Kuruppu,Newspecimenforfracturetoughnessdeterminationforrockandothermaterials,Int.J.Fract.26(2)(1984)R59–R62.
[2]AASHTOTP105-13.StandardMethodofTestforDeterminingtheFractureEnergyofAsphaltMixturesUsingtheSemicircularBendGeometry(SCB),AmericanAssociationofStateandHighwayTransportationOffciials，2013.
[3]R.L.Krans,F.Tolman,M.F.C.VandeVen,Semi-circularbendingtest:apracticalcrackgrowthtestusingasphaltconcretecores,RILEMProceedings,Chapman&Hall,1996.