關于瀝青混合料動態(tài)模量分析

夏 盟

（重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400041）

0 引言

隨著改革開放的發(fā)展，我國公路也相應的快速發(fā)展。公路的快速發(fā)展同時也為我國經濟的快速發(fā)展奠定了堅實的基礎。我國建設高速公路的發(fā)展歷程已經走過一些年，這些年來我國公路建設已經取得巨大成就。我國在公路建設這方面起步較晚，所以目前仍然處在建設公路的好時期。各個等級的公路的開通，不僅加快了我國經濟的建設，連通了各個區(qū)域，而且也間接的提高了人民的生活質量。動態(tài)模量作為瀝青路面的一個重要參數，而荷載頻率對動態(tài)模量有一定的影響，因此就有必要研究荷載作用下動態(tài)模量的變化情況，可以對路面的動態(tài)模量進行評價。

1 溫度的影響

1.1 區(qū)域差異

在我國，研究路面力學性狀之前，先進行抗壓回彈模量的計算。這種方法是比較簡單的，但是會有一些不足。在實際工作當中，在施工現場，不能夠反應出來瀝青路面的動態(tài)模量。溫度對瀝青混凝土的動態(tài)模量的影響很大，路面平時就是在自然環(huán)境之下的，受太陽輻射照射，也會經受著不同時期的不同氣候，瀝青材料溫度的影響就會比較強烈。在我國的南北地區(qū)就會有一些差異，因為全年南北地區(qū)的溫度差異比較顯著。

1.2 研究方法

理論法主要是要假設出計算，解析式比較復雜，不方便應用到實際試驗中。數理統(tǒng)計法，根據實驗以及調查獲得的大量數據，再把路溫和氣象相結合，通過方差回歸分析推算出近似的路面動態(tài)模量的公式，這種方法簡單，建立在大量數據的基礎上計算出來的，精度也會比較高，所以應用的較為廣泛。由于計算機的長足發(fā)展，一門新興的計算方法誕生了，也就是數值分析法。這種方法將數值分析學科與有限元分析方法相結合，把研究的結構劃分成一個個比較小的單元，將結構的無限點位置通過有限個點來控制。將整體的結構離散開來，對單元進行分析，最后在計算整體的位移情況。

2 荷載頻率的影響

在諸多影響荷載作用頻率的因素中，車輛的行駛速度是其中的一個重要因素。車輛的行駛速度不同，在路面的不同深度產生的荷載頻率不相同。國外的一些研究表明汽車的行駛速度為70km/h時，產生的荷載頻率10Hz。大量的研究結果顯示，荷載頻率增大時，動態(tài)模量也會增大。當荷載達到很大的值之后，瀝青混合料的動態(tài)模量會達到最大值；荷載再繼續(xù)增大，動態(tài)模量會變得平緩最后幾乎不變化。

荷載頻率對動態(tài)模量的影響已經在國內外對的試驗中得到證明。要檢驗荷載對動態(tài)模量的影響，可以采用等效厚度法，這種方法可以預測不同行車速度下載路面的結構不同的深度的地方引起的荷載的頻率。

式中t是應力脈沖時間，可以和荷載頻率相互轉化；v是行車速度；L是有效長度;

3 含水率的影響

含水率和體力對動態(tài)模量的影響也很顯著。由彈性力學知道，體應力是三個方向的應力之和。動態(tài)模量會隨著體應力的增大而大幅度增大，增幅大約27.4～51%。含水率對路基土動態(tài)模量的影響，在不同的含水率狀況下，動態(tài)模量的增幅不一樣。此外，任一體應力和偏應力組合下，紅砂巖路基土的動態(tài)模量均隨含水率的增大先增大后減少，具有典型的凸型拋物線特征。

4 動態(tài)模量測試方法

4.1 室內試驗法

4.1.1 重復加載法

靜態(tài)力學計算混合料模量的方法，施加振動的幾種測試工具，施加固定的頻率和荷載在試件的表面上，先后多測試幾組數據，測量試件在荷載作用下的反應，最后根據應力與應變的比值計算彈性模量。試驗是也會受諸多內因和外因的影響，外在因素主要包括以下方面：制備試件的方法以及需要的試件的尺寸，應力幅值，荷載頻率，荷載作用的時間和次數，試驗時的溫度。

4.1.2 超聲波法

超聲波采用的方法和反復加載法完全不同，是將一定頻率的聲波通過某種具有彈性的瀝青混合材料，根據聲波的特性，它會朝各個方向傳播開來，縱波能夠將自身的大部分能量傳遞給瀝青彈性混合料。

4.1.3 敲擊振動法

在試驗開始時需要敲擊試件，產生的振動信號通過壓電式加速度傳感器接收并轉化成電信號，電信號再通過可以放大信號的一起加倍放大，最后傳遞到搜集信號的分析儀器中，人員就可以整理相關的數據，并進行分析整理。這種方法有一定的缺點，針對缺點采用相關的函數對數據進行一次處理,進而增加試驗的精度。另外，選擇頻率時，不能選擇太低的頻率。否則產生電信號時可能會很難搜集到信號，放大的過程中就會產生更多的誤差，因此不能選擇太低的頻率進行試驗。

4.2 室外試驗法

基于彎沉和基于應力波的反算方法都是可以在外面的施工現場試驗的。基于彎沉的反算法可以模擬路面實際荷載的是怎樣作用在路面上以及作用的大小，將路面結構強度的彎沉表現出來并且作為響應參數。這種方法方便試驗人員的理解，因此在實際工作中應用的比較廣泛。基于應力波的反算法是以波動理論為基礎，這種方法是首先不知道路面結構層的情況，通過反算來確定路面不同結構層的動態(tài)模量。這種方法比第一種方法要簡便一些。

5 總結

瀝青路面材料的力學性質是很復雜的，瀝青混合料包含粘性、彈性和塑性，動態(tài)模量是一個很重要的動態(tài)參數。動態(tài)模量和溫度、荷載頻率、含水率等有關系。低溫時瀝青混凝土模量跟水泥的比較接近。高溫時就和粒料的比較接近。在計算溫度對動態(tài)模量的影響時，可以把研究的結構劃分成小的單元，將結構的無限點位置通過有限個點來控制。將整體的結構離散開來，對單元進行分析，最后再計算整體的情況。無論冬季還是夏季，荷載頻率的變化都與車輛的行駛速度呈線性增長關系，而且和路面深度的位置有關，越靠近路面表面增長的速度越快表明動態(tài)模量先是逐漸增大，達到某一程度時，增加的速度會變得平緩，最后幾乎不變，這說明動態(tài)模量不會隨著荷載頻率的增加一直增大。另外，含水率對動態(tài)模量的影響也比較顯著，尤其是對紅砂巖地基土的影響更為顯著。

[1]羊明，胡章立.瀝青混合料動態(tài)模量影響因素探討[J].道路交通，2009,4(4):26-28.

[2]羊明.瀝青混合料動態(tài)模量研究[D].長沙：長沙理工大學，2007.

[3]傅錫光.基于無約束共振法瀝青混合料動態(tài)模量試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2015.