沥青混合料动态蠕变模量与动稳定度的关系_图文_百度文库

1、第 12卷第 6期 2009年 12月建 筑 材 料 学 报J OU RNAL OF BU ILDIN G MA TERIAL SVol. 12, No. 6Dec. ,2009收稿日期 :2008211212; 修订日期 :2009203211基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50678183第一作者 :樊统江 (1954 , 男 (土家族 , 重庆人 , 重庆交通大学教授 , 国务院政府津贴获得者 . 主要从事道 、 桥、 隧等特种铺装工程和高性 文章编号 :100729629(2009 0620667205沥青混合料动态蠕变模量与动稳定度的关系樊统江 , 何兆益(重庆交通大学 土木

2、建筑学院 , 重庆 400074摘要 :研究了分别基于 AC13和 AC25优化出的 9组级配 、 SBS 改性中海 70#沥青和中海 70#沥青两种结合料 、 花岗岩和石灰岩两种集料以及 50,70mm 两种车辙试件厚度等条件下的沥青混合料 动稳定度 (DS 与车辙模量 (E DS , E DS 与动态蠕变劲度模量 (S dy , S dy 与 DS 这三者的关系 . 结果表 明 , 不同沥青混合料的 S dy 与采用厚度匹配的车辙试件 DS 之间存在良好的相关性 . 因此可以将 DS 转换为 S dy , 并用其作为沥青路面结构设计的参数 .关键词 :级配 ; 沥青混合料 ; 动稳定度 ;

3、 车辙模量 ; 动态蠕变劲度模量 ; 结构设计参数 中图分类号 :U416.217 文献标志码 :ACorrelation of Dynamic Creep Stiffness Moduluswith Dynamic Stability of MixturesFA N Tong 2j i an H (School of Civil Architecture , 400074,China Abstract :(of ures can better characterize anti 2rutting behavior of asp halt pavement at ure but can not

4、 be used as a design parameter to calculate t he st ruct ure t hickness of asp halt pavement s. However , it can be t ransformed into rutting modulus (E DS to find t he relationship between dynamic creep stiff ness modulus (S dy and DS. The relationship s between DS and E DS , E DS andS dy , S dy an

5、d DS of asp halt mixt ures were examined , in which 4set s of gradation AC13using Zhonghai as 2p halt 70#modified wit h SBS and granite aggregate and 5set s of gradation AC25using Zhonghai asp halt 70#and lime stone aggregate were used. The rut specimen s t hickness of 50, 70mm for AC13and AC25were

6、used. The result s show t here exist a good relationship between S dy and DS of asp halt mixt ures for u 2sing matching wheel t racking test specimens and it is concluded t hat DS can be t ransformed into S dy as a de 2sign parameter to calculate t he st ruct ure t hickness of asp halt pavement s.K

7、ey w ords :gradation ; asp halt mixt ure ; dynamic stability (DS ; rutting modulus (E DS ; dynamic creep stiff ness modulus (S dy ; st ruct ure design parameter 轮辙试验的动稳定度 (DS 能较好地反映沥青 路面的高温抗车辙行为 , 而且试验方法简单 , 设备费 用低 , 是目前国内外普遍用来研究沥青混合料高温 稳定性能的方法之一 124. 可是 DS 表达的是沥青混 凝土单位变形所承受的车轮作用次数 , 虽然能形象 地表达路面的行车作

8、用行为但不是力学指标 , 因此 在沥青路面结构力学计算时不能将其作为一个计算 参数输入 , 通常使用的是沥青混合料的蠕变劲度模 量 . 曾有研究者基于单轴静态蠕变试验方法的简单 性 , 提出以单轴静态蠕变劲度模量作为沥青路面结构力学计算参数 . 文献 5尝试研究了单轴静态蠕变 劲度模量与轮辙试验的 DS 之关系 , 结果发现这两 者的相关系数只有 0. 5912, 并不理想 . 随着研究技 术的发展 , 有学者认为动态蠕变劲度模量 (S dy 更能 反映沥青路面的行车作用行为 . 能否将轮辙试验的 DS 与 S dy 建立起相关性 ? 为此本文基于文献 526的试验结果 , 对 4组 AC13

9、级配和 5组 AC25级配 的沥青混合料 S dy 与 DS 的关系进行了拟合 , 发现不 同沥青混合料的 S dy 与采用厚度匹配的车辙试件的 DS 之间存在着良好的相关性 , 因此提出将 DS 转换 为 S dy , 并用其作为沥青路面结构设计的参数 . 值得注意的是 ,DS 的单位是次 /mm , 而 S dy 的 单位是 M Pa. 因此 , 笔者提出将 DS 转换为车辙模量 (E DS , 然后建立 S dy 与 E DS 的关系 , 从而将 DS 与 S dy 联系起来 , 解决了这两者度量单位不一致的问题 .1 车辙模量 E DS 的定义DS 的计算公式为 7:DS =N C 1

10、C 2d 60-d 45(1 式中 :d 45, d 60分别为对应于时间 t 1(45min 和 t 2 min 的变形量 ,mm ; C 1以 0,C 2, 试验 室制备 3001. 0, 从路面切割 150 mm 宽的试件取 0. 8; N 为试验轮往返碾压速度 , 通 常为 42次 /min.由式 (1 可知 ,DS 是以 t 2与 t 1的变形量之差来 反映沥青混合料在试验温度下承受荷载作用能力的 大小 , 实际上反映了沥青混合料的模量在试验温度 下的变化趋势 . 假定在试验温度下 , 随着沥青混合料 的变形 , 其试验轮的接触面积 A DS 保持不变 , 这时可 以近似地把沥青混合

11、料内部某一点的平均应力看成 为是试验轮所施加的压强 p DS (0. 7M Pa 对接触面积 A DS 的积分与 A DS 之比 , 即 DS = A DSp DS d A DS A DS, 并以 此 平 均 应 力 与 t 2, t 1时 的 应 变 之 差 (60-45=(d 60-d 45 /h , 其 中 h 为 车 辙 试 件 厚 度 , mm 之比来描述沥青混合料在试验温度下承受荷 载作用能力的大小 , 则该值与 DS 的概念是完全等 效的 , 并将此值定义为车辙模量 E DS , 即 : E DS =60-45=A DSp DS d A DS(d 60-d 45 /h=hA DS

12、p DS d A DS A DS (d 60-d 45 (2或者d 60-d 45=h A DS 0p DS d A DS(3 将式 (3 代入式 (1 得 :DS =E DS A DS N C 1C 2h A DS 0p DS d A DS (4 或者E DS =DS hA DSp DS d A DS(t 2-t 1 A DS N C 1C 2(5 目前我国的车辙试验机大多为曲柄连杆驱动行 走方式 , 试验室制备的试件尺寸为 300mm ×300 mm ×h mm , 故 C 1, C 2均取为 1. 0; t 2-t 1=15min , N =42次 /min , p

13、DS =0. 7M Pa , 代入式 (5 可得 : E DS =0. 00111DS h (6 假定沥青混合料的 S dy 与 E DS 有线性关系 : S dy =K 1E DS +K 2将式 (6 代入 , 则有 :S =0. K h +K 2(7 1, .dy试验材料及方法2. 1 材料本研究使用的材料与文献 526相同 , 即上面层 用 SBS 改性中海 70#沥青和花岗岩集料 , 下面层用 中海 70#沥青和石灰岩集料 , 其性能指标均满足交 通部规范要求 8.2. 2 试验方法AC13型和 AC25型沥青混合料的级配和最佳 油石比与文献 526相同 .AC13型和 AC25型沥青

14、混合料的车辙试验过 程见文献 5.动态蠕变试验采用欧洲标准 , 对于 AC13的 4种级配和 AC25的 5种级配 , 主要进行 40 , 荷载应力水平为 0. 1M Pa 的 S dy 试验 . 采用以 轮碾成型的块状试件所钻取的芯样作为动态蠕变试 件 , 并将其两端磨平达到 63. 5mm 厚度 (此厚度为 动态蠕变试件的厚度 , 与下面的车辙试件厚度无关 再测定其密度 . 所有试件的空隙率控制为 3. 8% 4. 2%.试验采用正弦波 , 频率为 0. 5Hz. 试验设备 采用英国 Cooper 公司的 NU 23型气动伺服试验机 , 传感器的测量精度为 0. 001%.试验时在试件的上

15、 、 下表面垫上光滑的聚四氟乙烯塑料薄膜 , 以便消除 接触面摩擦对试验结果的影响 . 所有数据由计算机 采集和处理 .866建 筑 材 料 学 报 第 12卷 3 试验结果AC13,AC25两种级配类型下的车辙试件 (厚 度分别为 50,70mm DS 试验结果见图 1; 这些试件 所对应的最佳级配的 S dy 试验结果见文献 6.4 结果分析和讨论4. 1 级配的影响由试验结果可以看出 , 不管是粗级配 (AC25 还 是细级配 (AC13 , 只要级配有轻微变化 , 对沥青混 合料的 DS 值和 S dy 值都有较大影响 , 前后相差可达 数倍之多 , 且对粒径较小的级配影响更为严重 .

16、 如厚 度同为 50mm 时 ,AC1321试件的 DS 值及 S dy 值 6就分别是 AC1322试件的 8. 3倍和 3. 6倍 ; 厚度同 为 70mm 时 ,AC2525试件的 DS 值和 S dy 值 6则分 别是 AC2521试件的 1. 9倍和 1. 4倍 .4. 2 DS 与 E DS 的关系图 2是按式 (6 将不同厚度车辙试件的 DS 试 (a AC13 group (b 图 1 AC13,AC25DS Fig. 1 DS AC25验数据换算为 ,配的影响 , 值与 E DS 值之间仍具有良好的相关性 (R 2达 0. 9以上 .图 2 AC13,AC25级配类型下厚度不

17、同试件的 DS 值与E DS 值之关系Fig. 2 Relationship between DS and E DS for the differentstructural thickness (50,70mm of AC13and AC254. 3 E DS 与 S dy 的关系图 3为 AC13,AC25两种级配类型下 , 不同厚度试件的 E DS 与 S dy 的关系 . 由图 3可见 , 它们的 E DS值与 S dy 值受试件厚度与集料粒径不匹配的影响更大 . 小粒径级配 (AC13 由于使用的车辙试件厚度都大于集料粒径的 3倍以上 , 故试件厚度对试验结果影响较小 , 其 E DS

18、 值与 S dy 值的相关系数可达 0. 8以上 ; 大粒径级配 (AC25 的 50mm 厚度试件因其厚图 3 AC13,AC25级配类型下厚度不同试件的 E DS 值与 S dy 值之关系Fig. 3 Relationship between E DS and S dy for the different structural thickness (50,70mm of AC13and AC25度只有集料粒径的 2倍 , 尺寸效应明显 , 对试验结果 影响较大 , 故其 E DS 值与 S dy 值的相关系数只有约 0. 3. 但如果将 AC25级配沥青混合料的 50mm 厚 试件及 AC

19、13级配沥青混合料的 70mm 厚试件的 E DS 数据去掉后 , 则剩余试件的 E DS 值与 S dy 值相关 系数即显著提高 (R 2近 0. 9 , 如图 4所示 . 表明在沥 青混合料的集料粒径与车辙试件厚度相匹配的情况 下 , 沥青混合料的 E DS 值与 S dy 值相关性良好 . 4. 4 S dy 与 DS 的关系图 5给出了各试件 DS 值与 S dy 值直接相关的 结 果 . 由图 5可见 , 无论哪种级配类型 , 当车辙试件 966 第 6期 樊统江 , 等 :沥青混合料动态蠕变模量与动稳定度的关系 图 4 AC13级配车辙试件 (厚 50mm 和 AC25级配车辙试

20、件 (厚 70mm 的 E DS 值与 S dy 值之关系Fig. 4 Relationship between E DS and S dy of AC13(h =50 mm and of AC25(h =70mm 厚度相同时 , 其 DS 值与 S dy 值都表现出良好的相关 性 . 其中 AC13组的相关系数最高可达 0. 9909, AC25组的相关性略差 . 如果将 AC13组 70mm 厚 试件和 AC25组 50mm 厚试件的试验数据去掉 , 则 剩余试件的 DS 值与 S dy 值相关系数可达 0. 9265, 表现出非常良好的线性关系 , 似乎并不受结合料 、 级 配和集料等因

21、素的影响 , 如图 6所示 . 因此可以认 为 , 通过对不同级配 、 不同结合料和不同集料的沥青 混合料采用匹配的车辙试件厚度进行大量车辙试验 和动态蠕变试验后所建立的 E DS 与 S dy 或 DS 与 S dy 的关系都是可行的 , 从而可以用 S dy 指标来代替 DS 指标并引用到沥青路面结构力学计算和分析中 . (a AC13 group (b AC25group图 5S dy 值与 DS 值之关系5S dy DS for the different structural thickness of AC13and AC25图 6 AC13级配车辙试件 (厚 50mm 和 AC25

22、级配车辙试件 (厚 70mm 的 S dy 值与 DS 值之关系Fig. 6 Relationship between S dy and DS of AC13(h =50mm and of AC25(h =70mm 为此笔者建议 , 在进行沥青路面结构厚度设计时 , 可参考本文得到的公式 :DS =98. 145S dy -820. 36(7或S dy =0. 0102DS +86. 8106(8利用车辙动稳定试验数据来预估沥青混合料的 S dy值 , 并将其代入相关沥青路面结构设计程序中 , 从而初拟出结构设计厚度 .需要指出的是 , 进行沥青混合料车辙试验时 , 必须考虑集料粒径与试件厚度

23、的匹配性 . 我国目前提 出的车辙检验指标无论是对粗级配还是细级配 , 都 是在 50mm 厚度试件基础上制定的 , 并未考虑粒径 对结构形成的影响以及由此带给试验结果的误差 . 本研究中 AC25的最大粒径采用上限值 , 即其最大 粒径为 26. 5mm , 所以采用 70mm 的试件厚度能基 本满足厚度应为最大粒径 2. 5倍的要求 .5 结 语1. 可以将沥青混合料的动稳定度 DS 转换成车 辙模量 E DS , 从而赋予了 DS 明确的力学概念 . 2. 在适宜的试件厚度下 , 沥青混合料的 DS 与 动态蠕变劲度模量 S dy 之间具有良好的相关性 , 其拟 合公式的相关系数分别高达

24、 0. 9909(AC13 和 0. 9265(级配不同时 . 因此在工程上可以利用本文 提出的公式和相关沥青路面设计程序 , 采用与路用 性能相关性好的车辙试验数据来初拟沥青路面的结 构厚度 .3. 本文提出的公式仅限于与本研究类似的条 件下使用 . 通用公式还需要考虑更多沥青结合料 、 集 料 、 级配种类以及每种级配所对应的最适宜车辙试 076建 筑 材 料 学 报 第 12卷 件厚度和动态蠕变试验的试件高度等影响因素 , 同 时要考虑到不同试验的重现性 . 因此还需要开展进 一步的试验研究 .参考文献 :1 NIEV EL T G , T HAMFALD H , 张家 . 用轮辙试验方

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