环氧沥青混合料力学参数研究

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1、环氧沥青混合料力学参数研究1、广东晶通公路工程建设集团有限公司广州市510635；2、广东省高速公路发展股份有限公司广州市510100；摘要：分别对环氧沥青混凝土的主要力学参数模量和强度进行了试验、分析和讨论。动态弯曲模量由于其试验加载方式和铺装层实际受力状态基木一致，而且测试方式模拟了荷载作用下材料应力和应变的实际过程，相对而言更适合作为桥面铺装力学分析时的模量。对于常温下的环氧沥青混凝土铺装，其力学分析计算的模量值变化幅度应为500〜15000Mpa。从安全取值、破坏模式的一致性考虑，推荐采用15°C弯拉破坏最大拉应变作为其极限拉应变。目前人们

2、对于普通沥青路面这种半无限空间弹性层状体系的参数确定、力学模型、强度理论己经有了比较深刻的认识，相应的设计规范也有明确而具体的规定。力学模型简化为双圆荷载作用下的半无限空间弹性层状体系［1］,材料参数如模量和强度都有明确的测定办法，设计规范［2］甚至还推荐了各个层次、各种材料结构的模量和强度推荐值。但对于环氧沥青混凝土而言，要计算其荷载作用下的应力应变，除了受力情况复杂、无法获得解析解外，其各种力学参数的选取或确定还没有一个较为统一的认识。一般地，常规的力学性能参数主要有强度、弹性、塑性、韧性、硬度等主要，一种材料的力学参数选取和其受力和破坏模式有

3、关［3］,对于钢桥面铺装而言，其主要可能的破坏方式有：（1）车辆荷载作用导致的顶面负弯矩处疲劳开裂；（2）层间抗剪切强度不足而导致的层间推移；（3）高温时材料抗剪强度不足的塑性变形过大即车辙；（4）低温时抗拉强度不足或变形能力不好产生的裂缝。大量的工程实践表明，环氧沥青混合料钢桥面铺装产生的病害以（1）和（2）为主，其中第（1）种情况乂占绝大多数。因此，研究环氧沥青混合料的力学参数应当针对由于负弯矩导致的疲劳破坏过程的铺装层的受力特点进行分析。木文拟对表征环氧沥青钢桥面铺装疲劳特性的材料力学参数---模量和强度进行试验和研宄。1环氧沥青混合料的模量

4、强度试验由于沥青混凝土这种各向异性的粘弹性材料而言，表征.其弹性性能的模量依据不同的计算0的、测试条件可以分为许多种。按照受力方式的不冋可以分为剪切模量、抗压模量和抗拉模量；按照是否考虑吋间因素可分为静态模量和动态模量；按照测试方法可分为松弛模量和蠕变模量等等不一而足。对于冋一种材料这些模量值相差很大，如果所用的模量类型不能很好的模拟苏实际受力过程，则最终的计算或者分析结果将会有很大误差或者错误，冇吋其至会是相反的结论。因此，对于一种材料特别是环氧沥青这种受吋温影响较大的粘弹性材料艽弹性参数的选取必须结合其受力特点、吋温条件、破坏模式来综合考虑。我

5、国现有设计规范中，规定路面厚度计算吋依据设计或验算指标的不同而分别选用20°C时和15°C下的抗压冋弹模量。是采取逐级加载卸载测试法下0.5倍破坏强度吋材料的静态模量值。这种测试方法虽然有艽不足之处，如：用抗压模量来进行拉应力验算，承受的是动态荷载却用静态模量进行计算等。但基本上反映了静力荷载作用下沥青混凝土路面的应力应变特性。对于环氧沥青混凝土铺装而言同样存在选用合适的试验条件和合适的试验方法测试的问题。下面本文将对环氧沥青混凝土常用的几种模量进行测试和讨论。试验采用美国ChemCo公司所生产的环氧沥青，由两部分组成：其中A组分为环氧树脂，B组分

6、为石油沥青和固化剂组成的匀质合成物。集料采用深圳平湖芙蓉石场的辉绿岩。矿料级配按表3-1，级配按照马歇尔试验法确定最佳油石比和矿料级配。然后分别按照不同的模量测试方法和规程成型试件。表1环氧沥青混合料级配中值1.1抗压冋弹模量分别测试了-10°C、15°C和40°C条件下美国环氧沥青混合料的抗压冋弹模量如表1所示。试验用试件按照现行交通部标准《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》中静压法试件成型方法，制备直径和高度为均为100mm的圆柱体试件。试件压实度控制为100±l%,然后按要求将试件在120'C条件下固化4个小时。试验仪器选用是美

7、国MTSSystemsCorporation生产的MTS810系列伺服液压材料试验机，可以方便地自动采集实验过程中的施加的力和试件的变形等数据。试验吋将荷载分为7级，荷载范围定为0.1〜0.7倍的破坏荷载，采用逐级加载--卸载，加载速率采用2mm/min。按设定加载速率加到预定荷载后直接卸载，然后稳定30S«作为对比，同吋对一种AC9普通沥青(AH-70)混合料进行了冋样试验条件的冋弹模量测定。试验结果见表3-2和3-3。表2环氧沥青混合料在不同温度下抗压冋弹模量试验结果表3普通沥青混合料在不同温度下抗压冋弹模量试验结果从表2和表3可以看出，随着温

8、度的降低，环氧沥青混合料的抗压冋弹模量由40°C时的745Mpa迅速增加到-15°C时的24719Mpa,之间相差30倍。