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时间:2018-09-20
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1、第五章铺面材料组成及其力学性质一、引言1、路面材料的类型l颗粒材料,粒料,无黏结材料l水硬性材料,水泥稳定类,石灰-粉煤灰稳定碎砾石,水泥、石灰稳定材料,其他(如钢渣,工业废渣等)l沥青类材料,沥青混凝土,沥青碎石,沥青稳定类材料l水泥混凝土2、应力-应变特性:模量E,这是主要力学分析参数3、强度特性:了解其自身的抗力,了解强度的来源4、变形特性:变形能力,可恢复的和不可恢复的变形,对平整度的影响5、疲劳特性:与寿命有关,与荷载作用次数有关6、耐久性:自然因素的影响,包括水的作用、水稳定性、抗剥落特性、抗冻融特性(温度)、自然老化、抗紫外线二、颗粒材料的工程
2、性质1、强度来源l强度来源n颗粒类材料由于无结合料的黏结,所以不是一个整体,是一个结构层,但自身是松散的。n不能承受拉应力的作用,可以受压或受剪切。黏结力为零。n内磨檫力提供了抗剪切强度,但取决于粒料的纹理、密实度、颗粒形状、级配等因素l颗粒材料的几种组成状态n骨架结构,不含或很少细料(<0.074)的状态,见图:强度来源于接触部位的摩擦力,对集料强度要求高;水稳定性好,透水性好,无冻敏n骨架-填充结构,见图:强度来自于摩擦力,抗剪切强度有所提高;密度高,透水性差,可能是冻敏的,取决于填充料;不耐冲刷。三渣多属于这种结构。n悬浮结构,粗集料悬浮于细集料之中,
3、见图:强度取决于填充料;密度高,不透水,水敏,冻敏,不耐冲刷l压碎值、形状与透水性n压碎值取决于集料的强度和形状,压碎值不足的危害是很大的,产生变形和强度问题n即便是基层、底基层等层次,虽然整体受力较小,但局部接触应力可能很大,仍需要限制压碎值n过于密实碎可提高强度,但可能会牺牲水稳定性、温度稳定性和抗冲刷能力,设计者应设法平衡强度与稳定性之间的关系n形状可能会影响压碎值,所以采用测试压碎值的集料的形状应符合要求。集料生产过程中的内部裂纹会影响压碎值l级配要求,应满足一定的级配要求,可参见有关手册或规范l测试与计算n测试采用三轴试验n计算:2、应力-应变关系
4、更正:P44,倒14行,减小应为增大l测定方法:三轴试验l应力-应变关系ε注意:该曲线与土的应力-应变曲线的区别l粒料的模量与其应力状态有关n,θ为主应力之和,,k为系数,k1=7.0-15.7,k2=0.46-0.64。见图n由于σ1与σ3有关,所以模量还可以表示为:l荷载-弯沉关系,随着荷载(弯沉)的增大,模量在增加P破坏点ll设计中的考虑n粒料模量的取值比较困难,因为E=F(应力,棱角,纹理,密度),设计中无法考虑这么详细n1、变形累计,P51,图5-11l与土的变形累计规律类似l当较小时,趋于缓慢稳定增加l当较大时,急剧增加l随增加,稳定的增加2、泊
5、松比一般0.2-0.5,一般取0.25-0.35三、稳定类材料(石灰土,水泥土,水泥碎石,三渣)1、强度特性l强度来源黏结力,内摩擦力l当采用黏结力、内摩擦力的概念时,总与剪切有关,,P52式5-8有误,lg应为tg。实际上,黏结力和内摩擦力提供了各种强度。l测试方法n三轴压缩试验,P45图5-2n梁式试件,4点加荷法,三分点加荷试验,P45图5-2n劈裂试验,间接拉伸试验,图l同样三种组成状态。由于是整体性材料,所以同样应注意其水稳定性。细集料(结合料)含量越多,越容易冲刷。在满足填充要求的前提下,应尽量减少细集料的用量。强度不是唯一的标准。l级配一般采用
6、骨架-填充结构2、三轴压缩状态下的应力-应变关系lσ-ε关系与土的类似(P35,图4-1),见下图,应变随荷载的增大而迅速增大l同样,为应力偏量的函数l在应力级位较小时,近似直线,E为常数l与粒料的σ-ε关系有很大不同,凹向相反,悬浮结构的粒料可能相似(如果细料类似土的话),这反映了黏结型与嵌锁型的区别3、梁式弯拉状态下的应力-应变关系l梁式试件是半拉半压的受力状态,性质应处于拉、压之间,所得模量略小于三轴l不反映侧限力的影响l应力-应变曲线与上图类似,但损坏区域更明显,速度更快1、影响因素l结合料的剂量和活性l龄期l集料的类型(土)2、参考值域l水泥土:E
7、=(0.7-7)*Mpa,μ=0.15-0.35l水泥稳定碎石:(7-28)*Mpa,μ=0.15-0.203、变形特性:累计永久变形忽略不计4、疲劳特性l概念n疲劳是指材料在低于极限荷载的英里作用下发生破坏,是重复荷载作用下微裂纹的扩展,重复荷载作用的大小不可太大。疲劳反映了路面的寿命,反映了小吨位荷载作用下的数千万次的重复作用,滴水穿石的效果。疲劳设计是路面设计的重要概念,是路面设计的重要特点。n疲劳寿命:指从开始加载至损坏时的荷载作用次数;通常采用梁式试件测量,四点加荷法。所施加的应力实际上就是破坏时的应力,成为疲劳强度。n疲劳极限:当荷载小于一定数值
8、时,材料永远不会发生疲劳损坏,这个数值曾经定义为10
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