應(yīng)力吸收層在瀝青混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)計參數(shù)的研究

劉文晶,樊久銘

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)國家級力學(xué)實驗教學(xué)示范中心)

應(yīng)力吸收層在瀝青混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)料和集料膠結(jié)在一起組成的路面材料,盡管應(yīng)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(zhì)上是一種特殊的瀝青混凝土,瀝青含量較高,因此其主要設(shè)計參數(shù)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(guān),因此瀝青混凝土的模量和強度均在指定的條件下進(jìn)行。

1 抗壓回彈模量

瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)壓實成型法,試件的密度符合馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實密度的 100%,用于抗壓強度試驗的試件個數(shù)不得少于 3個,用于抗壓回彈試驗的試件個數(shù)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(shù)可計算得出試件的抗壓強度(MPa)為

對抗壓回彈模量,應(yīng)根據(jù)試件的平均抗壓強度把對應(yīng)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(jìn)行預(yù)壓和觀察兩個千分表的讀數(shù)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(shù)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(shù),加載與卸載兩次讀數(shù)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(jù)各級荷載對應(yīng)的抗壓強度 Rci和回彈變形 Δli關(guān)系曲線,在經(jīng)過原點修正后的 Rci和Δli關(guān)系曲線上讀得第五級荷載對應(yīng)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(jìn)行抗壓試驗,7級回彈,原點修正后取第 5級的數(shù)據(jù)計算回彈模量,試驗結(jié)果見表 1。

表 1 抗壓回彈模量試驗結(jié)果

2 泊松比

路面結(jié)構(gòu)計算時需要泊松比數(shù)據(jù)。泊松比定義為側(cè)向壓力與軸向應(yīng)變的比值。在進(jìn)行回彈模量試驗時,量測軸向和側(cè)向應(yīng)變,就可確定泊松比。由于泊松比對路面響應(yīng)的影響較小,通?？杉俣ㄟm當(dāng)?shù)闹涤糜谠O(shè)計,而不是根據(jù)實際試驗確定其值。

規(guī)范規(guī)定采用劈裂試驗測定材料的泊松比。在試驗室旋轉(zhuǎn)成型了直徑為 100mm的試件,在 20℃時進(jìn)行劈裂試驗,但應(yīng)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(shù)據(jù)可靠度下降。為此利用測試回彈模量的圓柱體試件,在進(jìn)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(jù)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。

圖 1 泊松比測試示意圖

泊松比按下式計算

式中:μ為泊松比;△D為徑向的變形,mm;△L為軸向的變形,mm;D為試件的直徑,mm;L為試件的高度,mm。

試驗溫度 20℃,泊松比測量結(jié)果如表 2所示。

表 2 泊松比試驗結(jié)果

由表 2可知,采用抗壓回彈試件測定泊松比,其結(jié)果比規(guī)范推薦的數(shù)值要小。

3 結(jié) 論

應(yīng)力吸收層的抗壓回彈模量較低,泊松比也比普通瀝青混凝土低。

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