沥青混合料低温粘弹性参数回归初探

1、J BH交通标准化2007年第6期(总第166期阶段产生的挠度和施工标高。7结语由于采取了科学地控制手段,该桥合龙时悬臂端相对高差在10mm 以内,中跨合龙高程比设计高程(通车后一年高150mm ,与合龙控制目标(比设计高程高120mm 接近,达到了预期目的,取得较好的效果。参考文献1JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范S.2JTJ 041-2000,公路工程桥涵施工技术规范S.作者简介:牟旺(1973-,山东潍坊人,工程师,长期从事公路工程设计与监理工作;宋炳强(1971-,山东潍坊人,工程师,长期从事公路工程设计施工;安平(1973-,山东日照人,高级工程师,主要从事公路工程检测

2、工作。收稿日期:2006-10-24""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""随着国民经济

3、的快速发展,运输市场日益繁荣,截至2005年底,我国全国范围内已实现高速公路通车里程4.4万km 。公路运输的发展要求公路建设要向高质量、高标准方向发展。沥青路面作为柔性路面的代表,因为其优良的路用性能,在全世界范围内得到了广泛的使用。沥青混合料是一种典型的弹、粘、塑性体。一般来说,优良的沥青路面应具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、耐久性、防渗性和表面抗滑性。我国地处季风气候最典型、最强烈的欧亚大沥青混合料低温粘弹性参数回归初探张熙颖1,王书娟2(1.吉林建筑工程学院,吉林长春130021;2.吉林省交通科学研究院,吉林长春130021摘要:沥青混合料的粘性成分沥青,是一种感温性极强的材料,通

4、过对典型的沥青混合料进行低温弯曲蠕变试验,并选取Burgers 模型中的四项参数代表其粘弹性,采用各个参数的几何意义来求取参数值,可为沥青混合料的低温粘弹性分析提供数据基础。关键词:弯曲蠕变;Burgers 模型;粘弹性中图分类号:U416.217文献标识码:A文章编号:1002-4786(200706-0047-03Analysis of Visco-elastic Parameters of Asphalt Mixture atLow TemperatureZHANG Xi-ying 1,WANG Shu-juan 2(1.Jilin Institute of Civil Engineer

5、ing and Architecture ,Changchun 130021,China ;2.Jilin Institute of Traffic Science andResearch ,Changchun 130021,China Abstract :The binder of asphalt mixture -asphalt is a kind of typical visco-elasic material and the characteristics of the mixtures at low temperature are experimented.Parameters of

6、 Burgers model being computed on the basis of this experiment can provide useful information for the future visco-elasic design of asphalt pavement.Key words :bending creep ;Burgers model ;visco-elasicity 公路工程与运输47交通标准化2007年第6期(总第166期J BHCOMMUNICATIONS STANDARDIZATION表3小梁试件的弯曲试验结果小梁编号应力(N 应变(mm 平均应力

7、(N R BBS B262.50.0210665-1-312700.34表2试验用沥表混合料小梁情况成型温度轮板编号小梁试件编号混合料类型1116AC-16I5116表1沥青混合料基本情况表级配类型通过下列筛孔的百分率(%191613.29.50.60.3AC-16I 100901007692608034622048133692671851448实际值100968372583424161296沥青用量(%4.5陆,气温变化幅度为40,这种气候对沥青路面的使用具有极其不利的影响。在冬季低温的时候,沥青的粘滞度增大,与矿料的粘结力增大,因而,沥青路面强度增大,变形能力降低。当温度下降,尤其是温度骤

8、降时,会在路面结构中产生温度应力,沥青路面就会收缩,而沥青路面与水泥混凝土路面不同,它没有接缝,这种收缩变形会受下面各层及无限连续板体的约束作用,当累积温度应力超过其抗拉强度时,路面就会开裂。在近几年对沥青混合料的研究中,沥青混合料的低温性能越来越受到人们的重视。低温收缩裂缝与沥青的低温品质及沥青混合料的收缩有关。蠕变是指沥青混合料在固定应力的作用下,变形随时间而发展的过程。蠕变试验是研究沥青混合料低温抗裂性能较好的方法,而弯曲蠕变试验因其加载小、试验简单的特点,为我国现行规程公路工程沥青及沥青混合料试验规程及美国SHRP (美国战略公路研究所推荐。基于以上原因,本文将采用NU-10试验机,针

9、对我国东北的气候特点及现行规程的建议,进行AC-16I 弯曲蠕变试验,并以此为依据,按照Burgers 模型进行粘弹性参数的计算。1试验本试验的目的是为了量测季节性冰冻地区,AC-16I 在规定温度和加载应力水平条件下弯曲蠕变的应变速率,以研究沥青混凝土的低温性能,并进行低温粘弹性参数的回归。试验温度选择-10。1.1沥青混合料基本情况(见表11.2试件情况按照表1中的混合料级配及沥青用量,按公路沥青混合料试验规程(以下简称规程试验方法T 0703-1993中的轮碾法,采用5种不同的成型温度,试验中采用轮碾成型机制成300mm ×300mm ×50mm 的板块状试件,每一温

10、度下成型的试件采用编号1表示。然后采用万能试验机将每块轮板切割成棱柱体小梁,其中各棱柱体小梁试件的尺寸均满足T0751-1993及T0728-2000中有关试件尺寸的规定。具体试件情况如表2所示。1.3小梁试件的弯曲试验按照T 0715-1993中的试验方法,采用万能多R B =3LP B 2bh 2,B =6hd L 2,S B =R B B(1式中:R B 试件破坏时的抗弯拉强度,MPa ;B 试件破坏时的最大弯拉应变;P B 试件破坏时的最大荷载,N ;d 试件破坏时的跨中挠度,mm ;S B 弯曲劲度模量;L ,b ,h 试件的跨径,跨中断面的宽度及高度。1.4小梁试件的弯曲蠕变试验公

11、路工程与运输48J BH交通标准化2007年第6期(总第166期表4AC-16I 的低温粘弹性参数计算结果试件编号E 1E 212k E"1E"2"1"20.351.713.290.352.323.391.460.231.472.11917图3粘弹性参数计算示意图1-1试件组时间(s 图11-1试件组典型的蠕变曲线试验时间为7200s 。加载大小为沥青混合料弯曲试验中的每一组破坏荷载平均值的10%,采用LVDT记录其跨中挠度。图1为根据试验结果整理出的典型弯曲蠕变试验曲线。2低温粘弹性参数计算模型及计算原理2.1流变模型的选用在对沥青混合料的粘弹性模拟中

12、,采用Burg-ers 模型作为其基本的流变学模型,如图2所示。Burgers 模型是由一个Maxwell 模型和一个Kelvin 模型串联而成的,其蠕变方程如下:(t =01E 1+11t+1E 2(1-e -E 22t#$=0J (t (22.2基本计算原理(参照图3由沥青及沥青混合料中所推荐的实用方法,在每一条弯曲蠕变试验曲线上,可分别根据如下公式,得出其Burgers 模型中的粘弹性参数。瞬时弹性模量E 1(×104MPa.s :E 1=1(3延迟弹性模量E 2(×104MPa :E 2=-(4纯粘性系数1(×107MPa s :1=tan =t endend -(5在Burgers 模型的蠕变方程中,第三项代表模型的延迟弹性,其中k =2E 2为延迟时间。另外,根据Burgers 模型的蠕变方程有下式成立:E 2e -tk=(E 1+1t+E 2-=t -(6取k (t =E 2e -tk=t -因本试验所得蠕变曲线的稳定期大多数发生在2400s 3000s 这一时段,兼顾到计算上的简化,故将t 1取为0s ,即可求得Voigt 粘性系数2(×106MPa s :2=kE 2通过上述四项计算,即可求得沥青混合料Burgers 模型中表征混合料粘弹性的力学参数。3低温