浇筑式沥青混凝土动态模量主曲线研究

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1、2014年6月石油沥青PETROLEUMASPHALT第28卷第3期浇筑式沥青混凝土动态模量主曲线研究王华荥，张磊，张晓春(东南大学智能交通科技馆，南京210008)摘要：利用Superpave简单性能试验机(sgr)对浇筑式沥青混凝土在不同温度和荷载作用频率下的动态模量进行了试验研究，并分析了温度和荷载频率对动态模量和相位角的影响。根据时间一温度等效原理，通过非线性最小二乘拟合，确定了浇筑式沥青混合料的动态模量主曲线，通过主曲线获得任何温度下、试验设备无法测试频率范围内的浇筑式沥青混凝土的动态模量，为浇筑式沥青混凝土路面结构设计提供相应的材料参数。关键词：动态模量主

2、曲线SPT相位角时间一温度等效原理路面结构不仅仅受到自身重力等静力荷载的l沥青混合料的动态模量作用，还会受到来自高速行驶、重载车辆以及气沥青混合料作为一种粘弹性材料，同时具有候等多种环境因素的影响作用。路面材料在动态粘性和弹性两种性质。将其在连续正弦荷载作用荷载作用下的力学响应，除了受到静力作用下的下的应力应变关系定义为复合模量(E)，作为因素影响外，对荷载的大小、作用时间、频率等其材料强度的基本表征。复合模量E是个复数，因素具有一定的应力依赖性。沥青混合料作为现可以表达为：在广泛使用的路面材料，是粘弹塑性的综合体，E：E+iE”(1)其力学性质随荷载作用时间、温度的

3、不同，具有式中：、EL弹性模量和粘性模量。较大的差异性。而我国现行沥青路面设计中均采E，：—Or0COS~E”：—O-osimh(2)——一．■一、-，用相当于静态荷载作用下测定的静态模量作为设0O计模量¨J，其试验荷载变化速度慢，实验过程式中：。——最大压应力(kPa)；中其荷载级位在一段时问内维持不变，这显然与E0——最大可恢复轴向应变；路面结构承受车轮动载的受力状况存在很大差——相位角(。)。异。因此，对动态荷载作用下的沥青混合料的动动态模量是复数模量的绝对值，反映了材料态参数尽心研究具有重要的意义。抵抗变形的能力，其定义如下：美国公路合作研究组织(NCHRP1

4、—37A)lEl=~／(E)+()。(3)提出的力学经验路面设计指南(MEPDG)使路动态模量还可以通过试验以达到稳定状态时面设计在基于力学方法方面迈出了一大步。在力的应力幅值和应变幅值的比值来确定，即：学经验设计指南中，采用动态模量主曲线来表征E·I：一O"o(4)沥青混合料对温度和荷载频率的依赖性J。本0文通过Superpave简单性能试验机(SPT)对浇相位角()定义为在一个加载循环中沥青筑式沥青混凝土进行进行了动态模量试验，并根混合料产生的应变落后于所施加的应力。的据时间一温度等效原理，利用非线性最小二乘拟时间与应力循环周期的比值，用来表征在一定温合的方法得到

5、了参考温度下的动态模量主曲线和收稿日期：2013—12—04。时间一温度转化因子，用以描述沥青混凝土的粘作者简介：王华荣(1987～)，男，籍贯：福建泉州。东南弹性性质。大学硕士研究生。30石油沥青2014年第28卷度下，通过较长的时间获得，亦可以在较高的温沥青混合料的移位N-7-：】，如式(5)所示。度下，较短时间内观察到现象。因此，改变温度尺度和改变时间尺度是等效的，简称为时间一温lgr(5))度等效原理J。根据时间一温度等效原理，沥青混合料动态其中：C。与C——材料常数，按照经验方法取模量曲线可以用不同温度下的模量一频率曲线沿为C1=8．86，C2=101．6；

6、着频率轴平移而叠合在一起。通常，在低温条件——基准温度，时，只能得到动态模量一频率曲线的一段，卜试验温度。若要继续获得温度下的动态模量一频率关系，鉴于基准温度未知，且试验温度中可能需要再进行低频和高频的试验，对试验条件要求未包含。通过选择其中某一试验温度作为很高，难以实现。当温度升高到时，能够得参考温度，由其他温度对于参考温度的移到另一条动态模量一频率曲线，如果以为参位因子lga，按式(6)～(8)求解出。考温度，将温度下的曲线向左平移至低频段，lg。=一C。(一)／(C2+一)(6)可以发现两个温度下的动态模量一频率曲线在动lgar=一C(—)／(C2+71一)(7

7、)态模量相等部分完全重合。换言之，温度下lgr0=lgr—lgr0=的动态模量为温度下低频荷载(加载时间较一长)激励的结果，温度下的动态模量为温-C1C2丽(8)度下高频荷载(加载时间较短)激励的结果。对于式(8)，lg。由试验结果确定，则式3．2动态模量主曲线的确定和分析(8)中只有一个未知数，求解该一元二次方温度和荷载作用时间对沥青混凝土性质的影程，即可得出对应于一的基准温度。本响很大。路面结构内的工作温度和荷载作用频率文选取参考温度为3O℃，按照经验公式都是在一个较宽的范围内不断变化的，所以很有(5)与(8)，计算出基准温度值，结果如表必要了解