同济大学_孙立军_铺面材料组成及其力学性质.pdf

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1、第五章第五章第五章第五章路面材料的力学性能路面材料的力学性能路面材料的力学性能路面材料的力学性能路面材料的力学性能引言引言颗粒材料的工程性质颗粒材料的工程性质稳定类材料稳定类材料沥青混合料沥青混合料水泥混凝土水泥混凝土MinerMiner定律定律--线性疲劳叠加率线性疲劳叠加率一、一、一、一、引引引引言言言言1、路面材料的类型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

2、、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、二、颗粒材料的工程性质颗粒材料的工程性质1234强度来源应力应变关系变形累积泊松比11、强度来源、强度来源强度来源�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。�不能承受拉应力的作用，可以受压或受剪切。黏结力为零。�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、级配等因素颗粒材料的几种组成状态�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�骨架-填充结构，见图：强

3、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。�悬浮结构，粗集料悬浮于细集料之中，见图：强度取决于填充料；密度高，不透水，水敏，冻敏，不耐冲刷压碎值、性状与透水性�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�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�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�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

4、产过程中的内部裂纹会影响压碎值级配要求应满足一定的级配要求，可参见有关手册或规范测试与计算测试采用三轴试验计算：τ=σ⋅tgϕ22、应力、应力--应变关系应变关系测定方法�三轴试验三轴试验应力-应变关系∆σε注意：该曲线与土的应力-应变曲线的区别粒料的模量与受力状态有关k2E=k⋅ϑr1θ为主应力之和ϑ=σ+σ+σ=σ+2σ=∆σ+3σ123123k为系数，k1=7.0-15.7，k2=0.46-0.64由于σ1与σ3有关，所以模量还可以表示为：f2E=f⋅σr13荷载-弯沉关系�随着荷载（弯沉）的增大，模量在增加P破坏点l设计中的考虑�粒料模量的取值比较困难，因

5、为E=F（应力，棱角，纹理，密度），设计中无法考虑这么详细E=K⋅Eg033、变形累积、变形累积�与土的变形累计规律类似与土的变形累计规律类似�当较小时，趋于缓慢稳定增加当较小时，趋于缓慢稳定增加�当较大时，急剧增加当较大时，急剧增加�随增加，稳定的增加随增加，稳定的增加44、泊松比、泊松比一般一般0.2-0.50.2-0.5，一般取，一般取0.25-0.350.25-0.35三、稳定类材料三、稳定类材料三、稳定类材料三、稳定类材料11、、强度特性强度特性•强度来源：黏结力，内摩擦力•当采用黏结力、内摩擦力的概念时，总与剪切有关。实际上，黏结力和内摩擦力提供了各种

6、强度。•测试方法•三轴压缩试验，P45图5-2•梁式试件，4点加荷法，三分点加荷试验，P45图5-2•劈裂试验，间接拉伸试验，图•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。•级配一般采用骨架-填充结构22、、三轴压缩状态下的应力三轴压缩状态下的应力--应变关系应变关系•σ-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。•同样，为应力偏量的函数。•在应力级位较小时，近似直线，E为常数。•与粒料的σ-ε关系有很大不同

7、，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梁式弯拉状态下的应力--应变关应变关系系�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�不反映侧限力的影响�应力-应变曲线与上图类似，但损坏区域更明显，速度更快44、影响因素、影响因素�结合料的剂量和活性结合料的剂量和活性�龄期龄期�集料的类型（土）集料的类型（土）55、参考值域、参考值域�水泥土：E=（0.7-7）*1000Mpa，μ=0.15-0.35�水泥稳定碎石：（7-28）*1000Mpa，μ=0.15-0.2066

8、、变形特性