基于耗散能评价沥青混合料的疲劳性能.pdf

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1、器工程材料与设备EngineeringMaterial&Equipment基于耗散能评价沥青混合料的疲劳性能严建新(上海南汇地产有限公司，上海201300)摘要：疲劳开裂是由于交通荷载重复作用而导致破坏累积的过程，是沥青路面结构破坏的一种主要形式。弯曲疲劳发生的典型模式是：水平拉应变造成沥青混凝土层底部的微裂缝，然后经由重复荷载作用致使微裂缝向上发展，最终导致路面破坏。常用的沥青路面疲劳特性的研究方法有现象学法、断裂力学法和耗散能法。为用不同的耗散能统计指标评价沥青混合料的抗疲劳性能，笔者在不同的加载条件和作用环境下进行两点梁弯曲试验，同时研究了混合料的一些特性，包

2、括劲度模量、耗散能、疲劳寿命和愈合效果。关键词：沥青混合料；弯曲疲劳；耗散能法；两点梁弯曲试验中图分类号：U414文献标志码：B文章编号：1009—7767(2013)05—0146—05EvaluationonFatiguePerformancesofAsphaltMixturebyEnergyDissipationMethod1概述沥青混合料是一种黏弹性材料，在加载和卸载过程中会不断产生能量消耗。对于弹性材料而言，加载过程中能量被存储，卸载时能量全部释放，加载与卸载时的应力一应变曲线完全重合。而对于黏弹性材料而言，其加载与卸载过程中的应力一应变曲线不重合，会形成

3、滞变回线，材料中部分能量通过功、热以及材料损伤的形式损失[1。21。耗散的能量可以通过计算该加载周期的应力一应变滞变回线的面积确定。以正弦波加载模式为例，第i个加载周期的耗散能计算式为：W产1T盯i龟sin蛾。(1)式中：形i为第i周期的耗散能；ori为第i周期的应力水平；自为第i周期的应变水平；哦为第i周期的相位角。在反复加载的过程中，沥青混合料的劲度模量随着作用次数增加而下降，疲劳逐渐发生，试件产生微裂缝。每次加载耗散不等的能量形，其变化与加载模式有关，对于应力控制加载模式，每次加载的耗散能随着荷载作用次数的增加而增大；而对于应变控制加载模式。每次加载的耗散能随

4、着荷载作用次数的增加而减少。146席荭笈木2013No．5(Sep．)V01．31笔者的研究目的是通过两点梁弯曲试验，采用不同的耗散能统计指标对比研究沥青混合料的疲劳特性。两点梁弯曲试验(2PB)在法国南斯法国运输发展科学技术研究院(IFSTI'AR)内进行。2试验过程与材料2．1两点梁弯曲试验(2PB)两点梁弯曲试验广泛应用于沥青路面材料的劲度模量和抗疲劳能力的评估。试验中，将梯形试样安装成垂直悬臂梁，底部固定，顶部按恒定幅值的正弦波加载。梯形梁试件如图1所示．在同一应变水平下进行4次平行试验。两点梁弯曲试验仪如图2所示。试件破坏通常发生在距底部1／3高处，此处受

5、到最大弯曲应力，如图3所示。沥青混合料初始劲度模量通常定义为第50次加载或者第100次加载时的劲度模量。在试验过程中，当沥青混合料的劲度模量下降为初始劲度模量的50％时．定义沥青混合料试件发生了疲劳破坏【圳。2．2试验材料试验中混合料类型选用最大粒径10mm密级配沥青碎石(DBM)或沥青混凝土；胶结料选针人度100(单位：0．1mm)的基质沥青；集料选用石灰岩。级配曲线如图4所示。图1两点梁弯曲试验试件图2两点弯曲梁试验仪荷载{≯_——_应a)试验梁破坏状况b)破坏示意图图3试件的破坏形式3试验结果分析选择应变控制加载模式进行疲劳试验。具体试验参数如下：试验温度为2

6、0℃：加载频率为15Hz和25Hz；加载方式为正弦波连续加载；应变水平为120～190斗8醐。试验测定指标为劲度模量、相位角和耗散能。工程材料与设备韶EngineeringMaterial&Equipment0】110筛孔尺、J／mIn图4级配曲线图5为劲度模量与加载次数的关系，图中的劲度模量为所测的实时应力除以相应的加载应变。0102030405060荷载反复作用次数，万次图5劲度模量随荷载作用次数的变化关系(160we)从图5中可以看出劲度模量的变化可分为3个阶段：第1阶段为劲度模量骤减阶段，由于内部加热所引起；第2阶段为劲度模量平稳阶段：第3阶段为疲劳破坏阶段

7、，此时劲度模量从平稳状态转变为急速减小。疲劳试验中，相位角先迅速增大，然后趋于平稳，如图6所示。60．00⋯～一。。，一—●————_—一0◆厂———]：{【Pn=47。j乏《20．00102030405060荷载反复作用次数／万次图6相位角与荷载反复作用次数关系曲线(160斗s)应变控制模式下，耗散能与加载次数关系如图7所示。由于微裂缝的产生和发展，每个加载周期耗散2013m"5期(9一)第31卷席荭技术147∞吣鲫阳∞如∞∞加加oo◆◆MKO65、麓鍪》揖器工程材料与设备EngineeringMaterial&Equipment能随着加载次数的增加逐渐减小。