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1、瀝青混合料的勁度模量一、勁度模量的定義研究路面粘彈性具有很重要的實(shí)用價(jià)值，在荷載作用下，應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)非線性關(guān)系，為了描述瀝青處于粘彈狀態(tài)下的力學(xué)特性，采用勁度模量的概念。勁度模量與彈性模量不同，它是取決于溫度和荷載作用時(shí)間而變化的參數(shù)，是表現(xiàn)瀝青粘性和彈性聯(lián)合效應(yīng)的指標(biāo)。各國(guó)學(xué)者或研究機(jī)構(gòu)確定的勁度模量如下：由于不同研究者對(duì)瀝青結(jié)合料的低溫勁度模量的認(rèn)識(shí)和定義也不同。范·德·波爾采用荷載時(shí)間t和溫度T為函數(shù)的應(yīng)力應(yīng)變之比來(lái)表示粘彈性瀝青抵抗變形的性能，勁度模量由下式表示。式中：S－瀝青的勁度模量，Pa；σ－應(yīng)力，Pa；ε
2、－應(yīng)變；t－載荷時(shí)間，s；T－溫度，℃。瀝青結(jié)合料的勁度模量還是荷載作用時(shí)間的參數(shù)。不過(guò)關(guān)于時(shí)間的概念要比溫度復(fù)雜些，它可以有一下幾種情況：1通常意義上的時(shí)間2加載速率3換算時(shí)間瀝青結(jié)合料的勁度模量Sbit除了由實(shí)驗(yàn)獲得外，可以從著名的VanderPoer諾模圖（見(jiàn)下圖）求出，它取決于瀝青的針入度指數(shù)PI，軟化點(diǎn)及荷載作用時(shí)間，當(dāng)為W級(jí)瀝青（蠟含量高）時(shí)，PI要從不同溫度的針入度回歸求出，軟化點(diǎn)也要用當(dāng)量軟化點(diǎn)T800代替。當(dāng)瀝青粘度已經(jīng)測(cè)定后,瀝青勁度模量可以簡(jiǎn)單的由下式求得：σ，ε——拉伸狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變?chǔ)拧獞?yīng)變速率λ
3、——拉伸粘度，它與通常的剪切粘度η存在三倍法則λ=3η。二、瀝青勁度模量的作用①用于預(yù)估瀝青混合料的勁度模量；Heukelom和Klomp建立了瀝青勁度模量與瀝青混合料的關(guān)系式，并考慮了礦料體積百分率和空隙率的影響：其中：為混合料中的集料體積率:為礦料體積百分率Vv——混合料的空隙率。該公式已經(jīng)由VanDraat及Sommer對(duì)混合料不足3%作了修正，以上關(guān)系已作出了諾謨圖，見(jiàn)下圖②評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能。由F.Bonnaure在1977年，用彎曲試驗(yàn)建立的瀝青勁度預(yù)估瀝青混合料的進(jìn)度及相位角的方法如下：預(yù)估瀝青混合料相
4、位角的諾謨圖以上諾謨圖也按下表根據(jù)不同的瀝青勁度利用計(jì)算機(jī)計(jì)算求得三、勁度模量對(duì)路用性能的影響瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以看作是建立一個(gè)多層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每層的結(jié)構(gòu)性能由表示這層材料特性的各種參數(shù)決定,也就是各層的厚度、勁度模量、泊松比及疲勞性能曲線。除力學(xué)特性外,層間摩擦力也很重要。假如兩層間黏結(jié)充分,也就是層間不會(huì)在連接面產(chǎn)生滑動(dòng),則路面結(jié)構(gòu)的張力相對(duì)要小很多。除層間完全連續(xù)、絕對(duì)光滑的情況外,還可計(jì)算具有部分摩擦力時(shí)的情況。1.現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法(BISAR計(jì)算程序)力學(xué)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)---多層系統(tǒng)力學(xué)參數(shù)---適用于特定情況通過(guò)常用計(jì)算
5、機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。BISAR程序較為普遍,由殼牌實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)。程序最大適用于10層系統(tǒng)。通過(guò)力學(xué)和幾何學(xué)特性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行明確描述。最底層假定為無(wú)限大,層厚無(wú)限。荷載定位在坐標(biāo)系中,程序適用于多層圓形分布荷載疊加。通過(guò)x,y,z坐標(biāo)可以在坐標(biāo)系中進(jìn)行定位,程序在坐標(biāo)系中計(jì)算張力、壓縮應(yīng)變及位移。2.計(jì)算后路面結(jié)構(gòu)的建立為了與規(guī)范一致,在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要從路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型中選定合適的路面結(jié)構(gòu),適應(yīng)交通量及路基的需要。路面結(jié)構(gòu)由以下各層組成:(1)瀝青面層;(2)瀝青聯(lián)結(jié)層;(3)瀝青基層---假設(shè)總厚度足夠;(4)底基層;(5)路基。各層
6、物理特性在以下分項(xiàng)中概述。瀝青類(lèi)型名字已經(jīng)從2008年5月更改,但由于本研究在2005~2007年間,因此仍采用舊名字。2.1路基路基是一個(gè)無(wú)限厚度的半球體。這里的勁度系數(shù)是指靜態(tài)模量E2?；谠O(shè)計(jì)規(guī)程,設(shè)計(jì)荷載較不利于滿(mǎn)足設(shè)計(jì)壽命內(nèi)的可預(yù)見(jiàn)承載值。本設(shè)計(jì)過(guò)程考慮E2=40MN/m2。本例中,E2的值在40~80MN/m2之間以10MN/m2為一階變化,應(yīng)力隨之發(fā)生相應(yīng)變化。表1基層厚度與模量類(lèi)型層厚/mm勁度模量/MPa泊松比M50200900.35FZKA2001350.35CKt15020000.25CKt20020
7、000.25Concrete200200000.252.2底基層表1中描述了基層厚度及其勁度模量。M50的力學(xué)靜態(tài)模量是通過(guò)SHELL公式確定的。根據(jù)公式,模量由路基模量決定。即E粒料=E路基×0.2×H0.45FZKA碎石墊層模量下式確定：E碎石墊層=E路基×(1+10.52×lgH碎石墊層-2.10×lgE路基×lgH碎石墊層)CKt(水硬性砂礫石)的勁度模量確定在2000MPa;本研究瀝青路面設(shè)計(jì)過(guò)程也假定為此值?；炷粱鶎踊貜椖Ａ靠梢愿鶕?jù)平均壓應(yīng)力參照混凝土技術(shù)公式計(jì)算得出。2.3上基層上基層采用瀝青材料,但上基層
8、之上加鋪聯(lián)結(jié)層越來(lái)越普遍。在此計(jì)算中,勁度模量的值為假設(shè)值。2.4聯(lián)結(jié)層聯(lián)結(jié)層材料多采用K-22、K-22/F混合料。其勁度模量的測(cè)試方法之一是采用IT-CY(圓柱體試件間接張拉法)測(cè)試。在布達(dá)佩斯工業(yè)與經(jīng)濟(jì)大學(xué)公路工程實(shí)驗(yàn)室,瀝青混合料勁度模量的確定采用IT-CY方法進(jìn)行
