基于无约束共振法沥青混合料动态模量试验分析

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义模量是反映材料的力学特性的重要参数之一，也是基于力学法进行沥青路面设计的重要指标。我国现行沥青路面设计规范基于弹性层状理论体系，采用15℃和20℃时的静态单轴压缩回弹模量作为表征沥青混合料劲度的参数。而沥青混凝土是一种粘弹塑性材料，其模量与荷载水平、温度条件、作用时间都密切相关，因此采用静态模量作为沥青路面设计参数往往忽略了阻尼、惯性以及共振等一系列动态因素的影响，不能正确反映材料的基本性能，也不能得到与实际路面结构动态响应相符的分析和计算结果。动态模量能够更加真实的反映沥青路面在服役过程中的受力状态，而

2、且与沥青混合料的路用性能密切相关，国外早已将其作为重要的材料参数进行沥青路面设计，这也是路面设计方法发展的趋势。目前大家普遍比较认可的是重复加载法试验所得的单轴压缩动态模量，然而由于该试验设备相对昂贵，国内仅有部分科研院校及单位具备条件进行相关研究，同时该试验方法存在试验过程复杂、耗时的弊端，也不利于该试验方法的普及。为了节约资金和时间成本，国内外学者和研究员进行了大量的研究，一方面通过开发更加简便的试验方法，进行沥青混合料动态模量测量；另一方面通过半经验法建立动态模量预估模型，从而得到常用沥青混合料的动态模量推荐值。无约束共振法已经广泛应用于测量材料弹性特性的各个领域，当然

3、也可以用于测量沥青混合料马歇尔试件的动态模量。该方法只需要用力锤轻轻敲击一下或者几下试件，几秒钟之内就能够迅速测出试件的弹性模量，用这样的方法不仅省时省力，试验费用还便宜，而且可以做到完全意义上的无损检测，可以重复进行试验。要充分发挥沥青路面的优点，确保沥青路面施工水平达到设计的目标和标[1]准，必须做好施工过程中的质量控制；随着道路工程施工技术的发展，我国沥青路面施工工艺水平普遍提高，但是沥青路面在从原材料到成型过程中存在[2]诸多方面的变异，无法保证沥青路面的质量和均匀性。通过测定路面芯样的体积参数反算压实度，从而评价施工质量的方法具有很大的局限性；而如果用传统方法测量动

4、态模量，现场钻取的芯样往往又不能满足试件的高度要求。而-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文无约束共振法可以对不同厚度的沥青混合料圆柱体试件进行动态模量测量，非常适合用于路面芯样的检测，因此开展无约束共振法试验研究具有极其重要的意义。所以本文希望通过利用敲击振动法来研究薄圆板沥青混合料的动态模量，制定科学的试验方法，为评价施工质量与设计指标的符合性，控制和提高施工质量提供一种新的途径。1.2国内外的研究现状及分析1.2.1重复加载法研究现状动态模量是沥青混合料最基本的力学指标之一，1960年，Papazian开始了[3]沥青混合料动态模量测试方法的研究。1979年重复加载法被A

5、STM收编为沥青混合料动态模量标准测试方法。此后，美国国家公路协作计划项目开展了简单性能试验机的研究，并于2003年提出了SPT试验标准，将其作为动态模量[4]的备选测试方法。重复加载法要求采用旋转压实仪成型的圆柱体试件，经过养生后将试件进行取芯和切割，最后得到Φ150×170mm的试件。设备要求能提供压力范围为0~25kN，精度要求小于1.2N，试验前先把传感器定位金属块粘牢在试件上，位移传感器量程在1mm以上，精度小于0.5%，试验需要测量5种温度、6种加载[5]频率下的动态模量。由于单轴压缩动态模量对试件尺寸要求比较严格，实际路面获取的芯样往往不能满足其要求，通常是采取

6、重塑的方法。鉴于此，人们开始尝试基于半圆试件间接拉伸重复加载的试验模式，开展动态模量测试方法的研究。[6]刘宇在分析半圆试件荷载响应的基础上开发了基于半圆试件的动态模量测试方法，确定了试验过程中所用的参数，并对沥青面层常用的混合料类型进行了动态模量测试。对试验数据的变异系数分析表明，该方法的离散性较小，[7]具有很好的重现性和稳定性。马林基于间接拉伸试验模式，考虑二维平面应力假设和试件膨胀的影响，针对我国常用的两种沥青混合料研究沥青混合料动态模量的分析和测定方法，并通过比较两者动态模量主曲线得到以下结论：AC-20型沥青混合料对加载频率和温度的依赖性都低于AC-13C型，在低

7、频段表现更为明显。沥青混合料的性能是在全温全频范围内随温度或频率连续变化的，无论是单轴压缩还是间接拉伸都只能获得一定数量的数据散点，因此要通过这些点获[8]得较大范围内连续的动态模量主曲线具有一定的局限性。迟凤霞利用动态剪-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文切流变仪对沥青混合料进行连续动态频率扫描，较准确地获得了动态复数模量随频率变化的二维主曲线及主曲线簇，克服了单点扫描和需要多个试件导致的试验平行性下降的缺陷，且主曲线的频率范围跨越了15个数量级，为全温全频范围内的分析提供了充分条件。1.2.2无约束