《沥青混合料劲度模量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沥青混合料劲度模量（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沥青混合料的劲度模量一、劲度模量的定义研究路面粘弹性具有很重要的实用价值，在荷载作用下，应力和应变关系呈现非线性关系，为了描述沥青处于粘弹状态下的力学特性，采用劲度模量的概念。劲度模量与弹性模量不同，它是取决于温度和荷载作用时间而变化的参数，是表 现沥青粘性和弹性联合效应的指标。各国学者或研究机构确定的劲度模量如下：由于不同研究者对沥青结合料的低温劲度模量的认识和定义也不同。范德波尔采用荷载时间 t 和温度 T 为函数的应力应变之比来表示粘弹性沥青抵抗变形的性能，劲度模量由下式表示。 tTtTS . 式中：S沥青的劲度模量，Pa； 应力，Pa； 应变；t载荷时间，s；T温度，。沥青结合料的劲度
2、模量还是荷载作用时间的参数。不过关于时间的概念要比温度复杂些，它可以有一下几种情况：1 通常意义上的时间 2 加载速率 3 换算时间沥青结合料的劲度模量 Sbit 除了由实验获得外，可以从著名的 Van der Poer 诺模图（见下图）求出，它取决于沥青的针入度指数 PI，软化点及荷载作用时间，当为 W 级沥青（蜡含量高）时， PI 要从不同温度的针入度回归求出，软化点也要用当量软化点 T800 代替。当沥青粘度已经测定后,沥青劲度模量可以简单的由下式求得： t3tt TtbitS、， 拉伸状态下的应力和应变 应变速率拉伸粘度，它与通常的剪切粘度 存在三倍法则 =3 。二、沥青劲度模量的作用
3、 用于预估沥青混合料的劲度模量；Heukelom 和 Klomp 建立了沥青劲度模量与沥青混合料的关系式，并考虑了矿料体积百分率和空隙率的影响： hvvTtbitTtmix CnSS 15.21、其中： 103110v vGv VVVC为混合料中的集料体积率: %10 BvG VV 为矿料体积百分率bitSn 5104lg831.0Vv混合料的空隙率。该公式已经由 Van Draat 及 Sommer 对混合料不足 3%作了修正， bitS5104lg831.0n以上关系已作出了诺谟图，见下图评价沥青混合料的低温抗裂性能。由 F.Bonnaure 在 1977 年，用弯曲试验建立的沥青劲度预估
4、沥青混合料的进度及相位角的方法如下：预估沥青混合料相位角的诺谟图以上诺谟图也按下表根据不同的沥青劲度利用计算机计算求得三、劲度模量对路用性能的影响沥青路面结构设计可以看作是建立一个多层次系统结构。每层的结构性能由表示这层材料特性的各种参数决定,也就是各层的厚度、 劲度模量、 泊松比及疲劳性能曲线。除力学特性外, 层间摩擦力也很重要。假如两层间黏结充分, 也就是层间不会在连接面产生滑动,则路面结构的张力相对要小很多。除层间完全连续、 绝对光滑的情况外, 还可计算具有部分摩擦力时的情况。1. 现行设计方法 ( BISAR 计算程序 )力学路面结构设计-多层系统力学参数- 适用于特定情况通过常用计算
5、机软件进行设计。 BISAR 程序较为普遍, 由壳牌实验室开发。程序最大适用于 10 层系统。通过力学和几何学特性对系统进行明确描述。最底层假定为无限大, 层厚无限。荷载定位在坐标系中,程序适用于多层圆形分布荷载叠加。通过 x, y, z 坐标可以在坐标系中进行定位,程序在坐标系中计算张力、 压缩应变及位移。2. 计算后路面结构的建立为了与规范一致,在路面结构设计中, 要从路面结构类型中选定合适的路面结构, 适应交通量及路基的需要。路面结构由以下各层组成:( 1)沥青面层; ( 2)沥青联结层; ( 3)沥青基层-假设总厚度足够; ( 4)底基层; ( 5)路基。各层物理特性在以下分项中概述。
6、沥青类型名字已经从 2008 年 5 月更改, 但由于本研究在 2005 2007 年间 , 因此仍采用旧名字。2 . 1 路基路基是一个无限厚度的半球体。这里的劲度系数是指静态模量 E2。基于设计规程, 设计荷载较不利于满足设计寿命内的可预见承载值。本设计过程考虑 E 2 = 40MN /m2。本例中, E2 的值在 40 80MN /m2 之间以 10MN /m2 为一阶变化, 应力随之发生相应变化。表 1 基层厚度与模量2 . 2 底基层类型 层厚 /mm 劲度模量 /MPa 泊松比M50 200 90 0 . 35FZKA 200 135 0 . 35CKt 150 2 000 0 .
7、 25CKt 200 2 000 0 . 25Concrete 200 20000 0 . 25表 1 中描述了基层厚度及其劲度模量。M 50 的力学静态模量是通过 SHELL 公式确定的。根据公式, 模量由路基模量决定。即 E 粒料 = E 路基0 . 2 H0. 45FZKA 碎石垫层模量下式确定：E 碎石垫层 = E 路基( 1 + 10.52l g H 碎石垫层-2.10 lgE 路基 lgH 碎石垫层 )CK t(水硬性砂砾石 )的劲度模量确定在 2 000M Pa ; 本研究沥青路面设计过程也假定为此值。混凝土基层回弹模量可以根据平均压应力参照混凝土技术公式计算得出。2 . 3 上
8、基层上基层采用沥青材料, 但上基层之上加铺联结层越来越普遍。在此计算中,劲度模量的值为假设值。2 . 4 联结层联结层材料多采用 K - 22、 K- 22 /F 混合料。其劲度模量的测试方法之一是采用 I T- CY (圆柱体试件间接张拉法 )测试。在布达佩斯工业与经济大学公路工程实验室, 沥青混合料劲度模量的确定采用 I T - CY 方法进行测试。测试温度为 10 ! 。基于此来测定 K- 22 /F 的劲度模量,见表 2。表 2 计算采用沥青材料劲度模量劲度模量 /MPa 类型 试件数量均值 标准差 最小值 最大值AB-11/F 57 12825 1253 10771 14879K-2
9、2/F 43 14846 1594 12232 174603 . 5 面层目前道路建设最常用材料是 AB- 11 , AB- 11 /F, AB-16 , AB - 16 /F, Z MA- 11 混合料。本计算采用 AB- 11 /F 混合料。面层和联结层三种模量分别确定, 即均值、 最小值、 最大值 ,最小值和最大值分别都在 95 % 保证率之内。此计算中不采用改性沥青,虽然其具有较高的劲度模量。3.采用的路面结构计算采用的材料性质见表 3 。路面结构沥青层总厚度由交通荷载等级 (采用交通荷载等级 C, D, E, K )及基层确定,同时考虑最大及最小层厚:( 1) AB- 11 /F层厚
10、在 35 60 mm 之间;( 2) K- 22 /F 层厚在 70 100 mm 之间。完全光滑 情况 单 独考 虑, 之 后分 别考 虑 光滑 程度 100%, 75%, 50 %, 25%, 0 %的情况。计算中, 单轮荷载 50 kN (单轴重 100 kN ), 作用半径 R = 0.15 m, p= 0.707MPa。4.计算过程沥青层破坏假设为层底拉应力造成, 同时垂直压应力达到最大。经验显示压应力不会达到容许极限值, 因此将讨论沥青层最小压应力的控制。假设完全光滑情况可实现, 正是沥青层最小应力情况, 此时应力水平明显小于中值水平。反之, 各沥青层应力要控制在更低水平。计算中包
11、括 20 种路面结构类型,见表 3 ,包括 5 种基层类型情况, 3 种不同劲度模量面层, 3 种不同劲度模量联结层, 5种不同沥青层间摩擦力情况。表 3 计算中采用的路面结构类型 层 1 层 2 层 3 层 4编号 总厚度厚度/cm 混合料 厚度/cm 混合料 厚度/cm 混合料 厚度/cm 混合料M50-C 16 6 AB-11/F 10 K-22/F 20 M 50 - -M50-D 19 4 AB-11/F 7 K-22/F 8 K- 22/F 20 M50M50-E 23 5 AB-11/F 9 K-22/F 9 K-22/F 20 M50M50-K 26 6 AB-11/F 10
12、K-22/F 10 K-22/F 20 M50FZKA-C 15 5 AB-11/F 10 K-22/F 20 FZKA - -FZKA-D 18 4 AB-11/F 7 K-22/F 7 K-22/F 20 FZKAFZKA-E 22 4 AB-11/F 9 K-22/F 9 K-22/F 20 FZKAFZKA-K 25 5 AB-11/F 10 K-22/F 10 K-22/F 20 FZKACKt1-C 13 4 AB-11/F 9 K-22/F 15 CKt - -CKt1-D 18 4 AB-11/F 7 K-22/F 7 K-22/F 15 CKtCKt1-E 20 4 AB-1
13、1/F 8 K-22/F 8 K-22/F 15 CKtCKt1-K 24 4 AB-11/F 10 K-22/F 10 K-22/F 15 CKtCKt2-C 11 4 AB-11/F 7 K-22/F 20 CKt - -CKt2-D 14 5 AB-11/F 9 K-22/F 20 CKt - -CKt2-E 19 5 AB-11/F 7 K-22/F 7 K-22/F 20 CKtCKt2-K 23 5 AB-11/F 9 K-22/F 9 K-22/F 20 CKtB-C 16 6 AB-11/F 10 K-22/F 20 Concrete - -B-D 18 4 AB-11/F 7 K-22/F 7 K-22/F 20 ConcreteB-E 18 4 AB-11/F 7 K-22/F 7 K-22/F 20 ConcreteB-K 19 5 AB-11/F 7 K-22/F 7 K-22/F 20 Concrete5. 计算结果5 . 1 面层层底拉应力如果沥青层间无摩擦力, 则拉应力只在面层层底出现,否则将出现压应力。计算证明了这一点, 甚至在摩擦力 25%时,只有沥青层总厚度较小的情况才会出现 20 25 的应力。由此, 在设计时, 这种标准在沥青层间完全光滑情况时需要考虑。然而, 这种情况在实践中可能发生, 但只在极端情况下出现。图 1中显示
