路基路面工程材料特性

本章的結構和重點一個中心

兩個特點三種材料四種主要參數(shù)BEAConfidential.|1一個中心兩個特點一個中心：材料特性兩個特點：1：方法實驗多2：經(jīng)驗公式較多三種材料：1：瀝青以及瀝青混合料2：粒狀材料以及細粒土3：鋼筋混凝土四種主要參數(shù)：回彈模量、動模量、疲勞特性、永久變形參數(shù)BEAConfidential.|2材料特性的概念梳理回彈模量：就是用于彈性理論的彈性模量。若荷載比之于材料強度小得多，且重復作用許多次，每次荷載作用下的變形幾乎完全可以恢復，而變形與荷載又呈正比，則可以看作是彈性的。動模量：動模量又分為動復合模量和動勁度模量。疲勞特性永久變形參數(shù)：隨著交通荷載和胎壓的增加，多數(shù)永久變形出現(xiàn)在上層，而不是在土基。為了計算車轍深度，必須確定各層材料的永久變形參數(shù)。BEAConfidential.|37.1回彈模量

BEAConfidential.|4σd在無側(cè)限壓縮實驗中為軸向應力，而在三軸壓縮實驗中為超過側(cè)限壓力的那部分軸力。

會彈模量是非破損實驗7.1.1加載波形BEAConfidential.|5豎向應力脈沖再考慮慣性和粘性作用后，應力脈沖時間與車速和深度有關巴克斯達（Barksdale）

馬克林（Mclean）BEAConfidential.|6注意：KENLAYER中采用的結果得到了脈沖時間較長的反向曲線，這和路面中的實際應力脈沖較為吻合。由于車速變化很大，且在設計階段材料的深度也是未知的，為此建議采用歷時為0.1S和間歇時間為0.9S的半正弦荷載。應該指出，荷載歷時對粒狀材料的回彈模量影響很小，對細粒土視其含水量多少有一些影響，而對瀝青材料影響很大。不清楚間歇時間有何影響，但可能影響不大。BEAConfidential.|77.1.2設備BEAConfidential.|8此為FHMA所推薦的實驗裝置。瀝青混合料的回彈模量也可以用重復荷載間接拉伸試驗確定。粒狀材料和細粒土的回彈模量可用重復荷載的三軸試驗確定。BEAConfidential.|97.1.3粒狀材料7.1.4細粒土AASHTO規(guī)定了對粒狀材料和細粒土的回彈模量實驗作了各種規(guī)定。試件的準備可用不同側(cè)限壓力和偏應力的不同組合完成。200次BEAConfidential.|107.1.5瀝青混合料本身的性質(zhì)壓縮實驗和間接拉伸試驗間接拉伸試驗的優(yōu)點是可以應用馬歇爾試件，它很容易在實驗室制備或從路面中鉆取。壓縮實驗回彈模量由式7.1確定。間接拉伸試件回彈模量用式7.2計算，荷載歷時為0.1S，每隔3S加載一次。BEAConfidential.|117.1.6各種實驗之間的相互關系

一地基土

回彈模量的實驗與土承載力的實驗區(qū)別加州R值實驗：加州承載比CBR實驗德克薩斯三周實驗分級分組指數(shù)BEAConfidential.|12加州R值實驗BEAConfidential.|13加州CBR承載比實驗是一種貫入實驗。BEAConfidential.|14德克薩斯三軸實驗分級分組指數(shù)德克薩斯三軸實驗是根據(jù)莫爾包絡線的位置對土進行分級。分組指數(shù)：在AASHTO土的分類方法中，分組指數(shù)變化為0-20，該值隨通過200號篩的百分數(shù)、塑性指數(shù)和液限而變化。BEAConfidential.|15各種實驗的關系圖BEAConfidential.|16其他的關系式除圖7.10之外，MR、

CBR和R值還有其他相關的關系式。BEAConfidential.|17二：熱拌瀝青結構層系數(shù)：AASHTO設計方法中，HMA，基層和底基層的質(zhì)量用其結構層系數(shù)表示，這些相互關系圖本來是用來確定結構層系數(shù)的，但是也可以用來確定回彈模量。馬歇爾實驗：直徑102mm和高64mm的圓柱形試件，溫度為60度和加載速率為每分鐘51mm時進行。量測兩個值：穩(wěn)定度，即試件破壞時所需的荷載；流值，即破壞時的豎向變形。由于加載速率很快，穩(wěn)定度就是粘聚力，流值就是內(nèi)摩阻力。粘聚力儀器：測量HMA的粘聚力。BEAConfidential.|18BEAConfidential.|19三：基層BEAConfidential.|20未穩(wěn)定基層瀝青穩(wěn)定基層BEAConfidential.|21水泥穩(wěn)定基層回彈模量與無側(cè)限抗壓強度的相互關系7.2瀝青混合料的動模量

7.2.1動復合模量動復合模量和動勁度模量瀝青混合料的回彈模量實驗和復合模量試驗的區(qū)別實數(shù)與虛數(shù)部絕對值來表示動模量?？捎脺y定回彈模量同樣的設備進行復合模量實驗。動模量隨著加載頻率而變化，應選用與實際交通荷載最接近的頻率進行試驗，這樣確定的動模量相當于設計用的回彈模量。BEAConfidential.|227.2.2動勁度模量實驗方法：類似于疲勞試驗。三分點小梁實驗，在三分點上施加半正弦重復荷載，荷載歷時為0.1s,間歇為0.4s。BEAConfidential.|23BEAConfidential.|24與動模量的關系由于勁度模量隨應力水平而變化，它不能在線彈性層狀體系中用做動模量。為了得到E0

和【E*】的相互關系，威茨克和魯特根據(jù)17種不同瀝青混合料和溫度組合用兩種方法實驗所得結果，進行了回顧分析，確定動模量所用荷載半正弦壓縮荷載，對勁度模量為半正弦加載0.1s，間歇0.5s。回歸公式是：BEAConfidential.|257.2.3shell諾饃圖和AI公式實驗確定瀝青混合料的動模量耗費時間，還需要專門的設備。最好的方法是根據(jù)瀝青性質(zhì)和集料的密度，用諾饃圖和公式計算模量。Shell諾饃圖有兩個，第一個是根據(jù)溫度、加載時間（加載頻率）、瀝青的某些性質(zhì)來推斷瀝青的勁度模量。第二個諾饃圖則根據(jù)瀝青勁度模量、瀝青含量和礦料的體積百分含量確定瀝青混合料的勁度模量。BEAConfidential.|26第一步瀝青的性質(zhì)t與f的關系BEAConfidential.|27例題7.7從混合料中回收的瀝青，25度時針入度為22，環(huán)球法軟化點為64度。求溫度為11度和加載時間為0.02s時的瀝青勁度模量。由式子7.18由式子7.16，PI=(20-500*0.04)/(1+50*0.04)=0低于標準針入度時的溫度為64-11=53度。如圖7.19所示，由于加載時間為0.02s。如圖所示:BEAConfidential.|28BEAConfidential.|29第二步：例7.8有一瀝青混合料，瀝青含量為重量的5.5%毛體積比重為2.43.瀝青的比重為1.02，集料的比重為2.85.若瀝青的勁度模量為2*108N/m2,

計算混合料的勁度模量。

由公式

集料的體積百分率為80.6%，再由

瀝青的體積百分率為13.1%，然后在圖里面得到混合料的勁度模量。BEAConfidential.|30BEAConfidential.|31二、AI地瀝青學會公式黃先生和威茨克用回歸公式得到BEAConfidential.|32諾饃圖與AI公式方法的比較Shell諾饃圖不考慮細顆粒通過200號篩的百分率。Shell所考慮的瀝青粘度和針入度是用回收瀝青或混合料中實際有的瀝青確定的。Shell采用環(huán)球標準溫度的針入度。AI公式考慮細顆粒通過200號篩的百分率。AI用原狀瀝青。AI考慮得是瀝青的溫度和粘度。BEAConfidential.|33有例題說明，動模量隨著細粒含量的增加而增加，但是與其他因素比（溫度，粘度、頻率等），影響是很小的。三常用范圍給出HMA模量的常用范圍。BEAConfidential.|347.3疲勞特性

一、實驗方法實驗方法采用三分點加載小梁彎曲實驗。優(yōu)點?？刂萍虞d的方式：常應力方法和常應變法。

常應力加載：主要承重層的較厚的路面；破壞發(fā)生快

常應變加載：小于2in的薄層路面；必須要人為假設的破壞準則，如應力等于初始應力的50%。為了縮短試驗時間，通常采用半正弦加載，歷時0.1s和間歇0.4s，而不用回單模量實驗的0.9s。應力范圍選擇應使試件在重復作用1000至1000000次以內(nèi)破壞。BEAConfidential.|35BEAConfidential.|36諾饃圖及方程式原因：疲勞試驗是一種破壞實驗，它比非破損回彈模量實驗耗費更多的試件，為了得到合適的結果，需要24個以上的試件進行實驗。這就需要簡單的諾饃圖和方程式。來計算疲勞性質(zhì)，無需要再做疲勞實驗。Shell:

對于常應力實驗：對于常應變實驗：BEAConfidential.|37例題7.12已知：Vb=13%，PI=-0.7和Sm=3.3*108Pa,用方程式和諾饃圖求常應力106和常應變作用105次出現(xiàn)破壞的初始應變。BEAConfidential.|38諾饃圖及方程式BEAConfidential.|397.3.2波特蘭水泥混凝土BEAConfidential.|40波特蘭水泥混凝土的疲勞壽命取決于應力比，即彎拉應力與抗彎拉強度之商。專門為某一項目做疲勞試驗是不實際的，因為試驗結果的變異性要求大量的實驗和需要大量的費用，幸虧有大量數(shù)據(jù)可以用于設計。PCA設計準則十分保守，結果使疲勞壽命比年均壽命低很多。BEAConfidential.|417.4永久變形參數(shù)永久變形是柔性路面設計的一個重要因素。隨著交通荷載和胎壓的增加，多數(shù)永久變形出現(xiàn)在上層，而不是在土基。為了計算車轍深度，必須確定各層材料的永久變形參數(shù)。多數(shù)方法是用重復荷載實驗，它與會彈實驗相似，知識荷載重復作用取10萬次，并記錄作用一定次數(shù)之后的永久變形。BEAConfidential.|42直接法VESYS法BEAConfidential.|437.4.2實驗種類增量靜載試驗：僅適用于粘滯流動其主要作用的混合料和細粒土。動載試驗蠕變實驗（后面兩種實驗適用于所有材料）BEAConfidential.|447.5其它性質(zhì)

7.5.1地基反應模量BEAConfidential.|45BEAConfidential.|46P為作用在板上的壓力，為板的撓度由于承載版實驗既費事，又費錢，所以經(jīng)常用