路用环氧沥青混合料抗剪试验及数值模拟.pdf

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1、2010年2月石油沥青PETROLEUMASPHALT第24卷第1期路用环氧沥青混合料抗剪试验及数值模拟尹祖超汪小茂齐运华长江勘测规划设计研究院(武汉430010)摘要环氧沥青在国内外诸多钢桥面铺装中应用并表现出良好的使用性能，而这种性能良好的材料还没有在国内的道路铺面中应用的先例。以国内研发的7610型环氧沥青为结合料，以最大公称粒径为16lnln的玄武岩为集料，采用单轴贯入试验对应用于中面层的7610型环氧沥青混合料进行了抗剪性能的研究，并对该试验进行了数值模拟。结果表明，7610型环氧沥青混合料的抗剪性能远优于一般的沥青混合料；试验结果和数值模拟存

2、在误差，主要是由于试验试件与力学模型在均匀性方面的差异。关键词7610型环氧沥青单轴贯入试验抗剪性能数值模拟国产7610型环氧沥青是应用于路面的高性采用正交实验法，数据见表1。能沥青材料。这种材料最显著的特点是其混合料表1抗剪强度试验级配及因素的抗车辙性能很好，应用于路面中面层比较合适。因为中面层一般处于三向受压状态，其剪应力是最大的。并且从长寿命路面的角度考虑，上面层为高质量沥青混凝土，起着保证行车舒适性、保护中面层的作用；中面层为高模量抗车辙沥青混凝土；下面层为高柔性抗疲劳沥青混凝土，起着缓解基层反射裂缝，消除疲劳破坏的作用，即是一种柔加刚加柔的结构

3、组合⋯。鉴于抗剪性能和抗车辙性能相关性很好J，通过对7610型环氧沥青混合料抗剪性能的研究来间接研究其抗车辙性，其试验方法【3主要有三轴压缩试验、间接拉伸试验、单轴贯人试验等。由于三轴压缩试验操作比较麻烦、试验求解繁琐，并且与间接拉伸试验一样不能求得材料的抗剪强度，因此采用单轴贯人试验研究路用7610型环氧沥青混合料的抗剪强度参数。在对单轴贯人试验进行数值模拟的基础上，进一步考察抗剪参数相互问的关系，以与试验结果进行对比，为国产7610型环氧沥青混合料抗剪性能的1．2抗剪参数求解方法研究提供参考。首先对单轴贯人试验进行力学分析，有限元1抗剪试验研究求解1

4、MPa压力(即单位压力)下的第一主应1．1试验级配收稿日期：2009—11—19。试验采用贝雷参数中的CA比和不同粒径的作者简介：尹祖超，硕士，助理‘[程师，现在长江勘测规通过率来表征不同的级配。为研究的方便，试验划设计研究院工作。12石油沥青2010年第24卷力为一0．105MPa，第三主应力为一0．779MPa，=0．105×4．41=0．46(MPa)最大剪应力为0．337MPa。因此，通过贯人试验因此，内摩擦角()等于39．2。，粘聚力的力乘以以上系数即可求得求出主应力和抗剪强(C)等于325．8kPa。而普通沥青混合料的粘聚度。内摩擦角和粘聚力

5、通过下式H求出。力一般在100kPa左右。咖=inf、or(1)g1+一，c=孚()(2)式中：——贯人试验求得的第一主应力，MPa；——贯入试验求得的第三主应力，MPa；——无侧限抗压强度试验求得的压应力，MPa。1．3单轴贯入试验图2环氧沥青混合料荷载与位移曲线将旋转压实成型的试件取芯后，标定试件的2试验数值模拟圆心和钢压头的具体位置。将试件放入60。烘箱2．1莫尔一库仑屈服准则保温4h后置于UTM承载台上，进行单轴贯人屈服准则是指变形体由弹性状态向塑性状态试验。初始温度为60℃，加载速度为1mm／min，过渡的力学条件。常用的屈服准则有Mises屈

6、服如图1所示。准贝0、Drucker—Prager屈服准贝U、Mohr—Cou-lomb屈服准则等等。屈服函数是将屈服准则表示为应力状态、应变状态、时间、温度等的函数。在ADINA中，莫尔与库仑屈服函数的表达式如下：fMc=1sin6+÷[3(1一sin6)sin0+(3+sin)cos0]一3C(3)式中1s-1(×参)；——材料的摩擦角，(。)；C——粘聚力，kPa；，——第一应力不变量，即，l=1+2+图1单轴贯人试验3，0-l、0-2、3为三大主应力，与坐标系的选择无关；以试验l2为例，得到的荷载与位移曲线如——第二应力偏量不变量，即J2=一×图

7、2所示。将得到的试验结果代人上面两式，即可求得[1一2)+(2一3)+(3—抗剪参数。例如，试验l2得到的贯入．=压力0-1)]；()和无侧限抗压强度()分别为4．41-，3——第三应力偏量不变量，即J3=MPa和1．37MPa。(20-1—0-2—0-3)(2Or2—0-1一3)(20-3一1一2)————————————————一。而抗剪强度T：0．337×4．41=1．48(MPa)0-1=0．779X4．41：3．43(MPa)屈服面如图3所示。第1期尹祖超等·路用环氧沥青混合料抗剪试验及数值模拟13因此，屈服函数为零的点对应的压力为}伸予午线的

8、Jl压缩予午线的3．74MPa，并认为此时试件开始进入屈服阶段，)ruckcr—