應力吸收層在瀝青混凝土結構中設計參數的研究

2010-07-12 08:50:20劉文晶樊久銘

黑龍江交通科技 2010年2期

劉文晶,樊久銘

(哈爾濱工業大學國家級力學實驗教學示范中心)

應力吸收層在瀝青混凝土結構中具有防止和延緩反射裂縫的功能,可增加瀝青混凝土的疲勞壽命,同時防止水的滲透。瀝青混凝土的定義是由瀝青膠結料和集料膠結在一起組成的路面材料,盡管應力吸收層的定義更加突出了作為使用功能的一方面,但實質上是一種特殊的瀝青混凝土,瀝青含量較高,因此其主要設計參數和普通瀝青混凝土無異,包括抗壓模量、劈裂強度、泊松比等。在國外,瀝青混合料的抗壓模量稱之為勁度模量,瀝青混合料的模量與加載速度、加載時間、試驗溫度密切有關,因此瀝青混凝土的模量和強度均在指定的條件下進行。

1 抗壓回彈模量

瀝青路面結構進行彎沉計算時需要瀝青混凝土的抗壓回彈模量,該抗壓回彈模量試驗測試溫度 20℃,此外,如進行彎拉驗算時,則采用測試溫度 15℃時的抗壓回彈模量,劈裂強度的試驗溫度同樣是15℃。

試驗采用圓柱體試件,其直徑 D為 10 mm,高 h為100mm,試驗加載的速率為 2mm/min。試驗成型采用靜壓法、輪碾法、搓揉法和旋轉壓實成型法,試件的密度符合馬歇爾標準擊實密度的 100%,用于抗壓強度試驗的試件個數不得少于 3個,用于抗壓回彈試驗的試件個數不得少于 3～6個。對抗壓強度要求以 2 mm/min的加載速率均勻加載直至破壞,由破壞荷載P(N)和圓柱體試件的面積參數可計算得出試件的抗壓強度(MPa)為

對抗壓回彈模量,應根據試件的平均抗壓強度把對應的荷載均勻分成十級,分別取 0.1 P,0.2 P,0.3 P,0.4 P,0.5 P,0.6 P,0.7P七級作為試驗荷載。首先以 2 mm/min的加載速率均勻加載在 0.2 P并保持 60 s進行預壓和觀察兩個千分表的讀數是否接近,然后以 2mm/min的加載速率均勻加載至 0.1P,立刻記錄兩千分表的讀數和實際的荷載值,再以同樣的速率卸載至零荷載,并保持 30 s,再次記錄兩千分表的讀數,加載與卸載兩次讀數之差即為此級荷載作用下的回彈變形 Δl1(mm)。然后依次加載 0.2 P,0.3 P,0.4 P,0.5 P,0.6P,0.7 P,測定每級荷載作用下的回彈變形Δli(mm)根據各級荷載對應的抗壓強度 Rci和回彈變形 Δli關系曲線,在經過原點修正后的 Rci和Δli關系曲線上讀得第五級荷載對應的抗壓強度 Rc5和 Δl′5,瀝青混凝土的抗壓回彈模量 E(MPa)為

按照上述步驟進行抗壓試驗,7級回彈,原點修正后取第 5級的數據計算回彈模量,試驗結果見表 1。

表 1 抗壓回彈模量試驗結果

2 泊松比

路面結構計算時需要泊松比數據。泊松比定義為側向壓力與軸向應變的比值。在進行回彈模量試驗時,量測軸向和側向應變,就可確定泊松比。由于泊松比對路面響應的影響較小,通常可假定適當的值用于設計,而不是根據實際試驗確定其值。

規范規定采用劈裂試驗測定材料的泊松比。在試驗室旋轉成型了直徑為 100mm的試件,在 20℃時進行劈裂試驗,但應力吸收層材料橫向變形非常大,往往超過了傳感器量程,使得測量數據可靠度下降。為此利用測試回彈模量的圓柱體試件,在進行抗壓回彈模量試驗的同時,采集試件的徑向變形,然后根據抗壓試件的軸向變形量計算其泊松比。測試抗壓回彈模量與泊松比的計算如圖 1所示。