材料承受重复应力作用时，会在低于静载作用下的极限应力值时出现破坏；材料的这种随重复荷载作用次数增多而强度降低的现象，称作疲劳。疲劳的出现，是由于材料内部存在局部缺陷或不均质，荷载作用下在该处发生应力集中而出现微裂隙；应力的反复作用使微裂隙逐步扩展，从而不断减少有效承受应力的面积，终于在反复作用一定次数后导致破坏。疲劳反映了路面的寿命，符合路面承受小吨位荷载多次重复作用的特点，具有滴水穿石的效果。疲劳设计是路面设计的重要概念，也是路面设计的重要特点。
目前，常用的疲劳试验方法为小梁弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验。前者小梁试件可采用三分点加荷［图5-1（c）］或中心单点加荷，也有采用悬臂梁做弯曲疲劳测试；后者采用矮圆柱体试件，与劈裂试验即间接拉伸试验相同［图5-1（b）］。加载波形一般有多种，典型的有三种对称性加载波形，如图5-9所示。其中，低应力为零是路面常用方式，考虑双联轴、三联轴荷载中轴重不相等时以及水泥路面中考虑温度应力时，会出现低应力大于零的工况，而低应力小于零的双向加载方式则很少使用。
图5-9 加载波形图
材料的耐疲劳性能是指该材料对不同水平应力的反复作用的反应，它以不同应力水平达到破坏时的荷载反复作用次数（疲劳寿命）来表示。出现疲劳破坏时的重复应力的大小（即所施加的重复应力大小）称为疲劳强度；该强度（即所施加的重复应力）越小，则材料所能承受的作用次数越大。当疲劳强度小于某一数值时，某些材料所能承受的重复作用次数可以非常大，甚至不会出现疲劳损坏，此时的疲劳强度称作该材料的疲劳极限或疲劳限（图5-10）。当将路面结构的应力或应变设计成小于疲劳极限时，路面结构将具有很长的寿命。按照这种理念设计的路面就是长寿命路面。
疲劳寿命与加荷方式、波形、频率等因素有关。荷载级位越大，疲劳寿命越短；荷载级位越小，疲劳寿命越长。当然还与材料自身的特性有关，与黏结料的性质有关，与集料的性质也有关。一般而言，影响弯拉强度的因素都将影响疲劳性能。
疲劳性能一般用应力或应变与疲劳寿命之间的关系来表示，二者之间在半对数或双对数坐标上一般呈线性关系。
疲劳方程常见的表达方式为：低应力为零时：
图5-10 疲劳极限示意图(www.xing528.com)
有高低应力比（低应力＞0）时的疲劳方程为：
式中 σ——重复应力，即疲劳强度；
f——材料的强度；
N——破坏时的作用次数，即疲劳寿命；
Rc——极限曲率半径；
Ra——荷载作用下的曲率半径；
R——低应力与高应力之比；
α，β——回归参数，参数β反映了材料对荷载的敏感性，β越小，对荷载的敏感性越大。
沥青混合料常采用控制应力试验或控制应变试验两种疲劳试验方法，详见本书5.5.5节沥青混合料的疲劳特性。
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