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1、优质文档沥青混合料的劲度模量一、劲度模量的定义探究路面粘弹性具有很重要的管用价值，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，采纳劲度模量的概念。劲度模量和弹性模量不同，它是取决于温度和荷载作用时间而变更的参数，是表 现沥青粘性和弹性联合效应的指标。各国学者或探究机构确定的劲度模量如下： 由于不同探究者对沥青结合料的低温劲度模量的相识和定义也不同。范德波尔采纳荷载时间t 和温度T 为函数的应力应变之比来表示粘弹性沥青反抗变形的性能，劲度模量由下式表示。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，。 沥青结合料的劲度模量还是荷
2、载作用时间的参数。不过关于时间的概念要比温度困难些，它可以有一下几种状况：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除了由试验获得外，可以从闻名的Van der Poer 诺模图见下列图求出，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来求出，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洁的由下式求得：， 拉伸状态下的应力和应变 应变速率拉伸粘度，它和通常的剪切粘度存在三倍法那么=3 。二、沥青劲度模量的作用 用于预估沥青混合料的劲度模量； Heukelom和Klomp建立了沥青劲
3、度模量和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：其中：为混合料中的集料体积率:为矿料体积百分率Vv混合料的空隙率。该公式已经由Van Draat及Sommer对混合料缺乏3%作了修正，以上关系已作出了诺谟图，见下列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依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 沥青路面构造设计可以看作是建立一个多层次系统构造。每层的构造性能由表示这层材料特性的各种参数确定,也就是各层的厚度、 劲度模
4、量、 泊松比及疲惫性能曲线。除力学特性外, 层间摩擦力也很重要。假设两层间黏结充分, 也就是层间不会在连接面产生滑动,那么路面构造的张力相对要小许多。除层间完全连续、 肯定光滑的状况外, 还可计算具有局部摩擦力时的状况。1. 现行设计方法 ( BISAR 计算程序 )力学路面构造设计-多层系统力学参数-适用于特定状况通过常用计算机软件进展设计。 BISAR程序较为普遍, 由壳牌试验室开发。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展明确描述。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展定位,程序在坐
5、标系中计算张力、 压缩应变及位移。2. 计算后路面构造的建立为了和标准一样,在路面构造设计中, 要从路面构造类型中选定适宜的路面构造, 适应交通量及路基的须要。路面构造由以下各层组成:( 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。沥青类型名字已经从 2008年 5月更改, 但由于本探究在 2005 2007年间, 因此仍采纳旧名字。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意设计寿命内的可预见承载值。本设计过程考虑 E 2 = 40
6、MN /m2。本例中, E2的值在 40 80MN /m2之间以 10MN /m2为一阶变更, 应力随之发生相应变更。表 1 基层厚度和模量类型层厚 /mm 劲度模量 /MPa 泊松比M50200900 . 35 FZKA 200135 0 . 35CKt 150 2 000 0 . 25CKt2002 000 0 . 25Concrete 200 20000 0 . 25 2 . 2 底基层表 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。依据公式, 模量由路基模量确定。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
7、层 = E路基( 1 + 10.52l g H碎石垫层-2.10lgE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 ; 本探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依据平均压应力参照混凝土技术公式计算得出。2 . 3 上基层上基层采纳沥青材料, 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纳 K - 22、 K- 22 /F混合料。其劲度模量的测试方法之一是采纳 I T- CY (圆柱体试件间接张拉法 )测试。在布达佩斯工业和经济大学马路工程试验室, 沥青混合料劲度模量确实定采纳 I
8、 T - CY 方法进展测试。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 计算采纳沥青材料劲度模量 类型试件数量劲度模量 /MPa 均值标准差最小值最大值AB-11/F 5712825 1253 1077114879K-22/F 43 14846 159412232174603 . 5 面层目前道路建立最常用材料是 AB- 11 , AB- 11 /F, AB-16 , AB - 16 /F, Z MA- 11混合料。本计算采纳 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
9、之内。此计算中不采纳改性沥青,虽然其具有较高的劲度模量。3.采纳的路面构造计算采纳的材料性质见表 3 。路面构造沥青层总厚度由交通荷载等级 (采纳交通荷载等级 C, D, E, K )及基层确定,同时考虑最大及最小层厚:( 1) AB- 11 /F层厚在 35 60 mm之间;( 2) K- 22 /F层厚在 70 100 mm之间。完全光滑 状况 单 独考 虑, 之 后分 别考 虑 光滑 程度100%, 75%, 50 %, 25%, 0 %的状况。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
10、为层底拉应力造成, 同时垂直压应力到达最大。经历显示压应力不会到达容许极限值, 因此将探讨沥青层最小压应力的限制。假设完全光滑状况可实现, 正是沥青层最小应力状况, 此时应力水平明显小于中值水平。反之, 各沥青层应力要限制在更低水平。计算中包括 20种路面构造类型,见表 3 ,包括 5种基层类型状况, 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状况。表 3 计算中采纳的路面构造类型 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
11、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 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
12、 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-11/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 面层层底拉应力假设沥青层间无摩擦力, 那么拉应力只在面层层底出现,否那
