沥青混合料四点弯曲动态模量试验研究.pdf

2011年4月
石油沥青 PETROLEUM ASPHALT
第25卷第2期
沥青混合料四点弯曲动态模量试验硏究
宋鑫钱振东王江洋
东南大学智能运输系统研究中心(南京210096)
摘要沥青混合料的动态模量主要有压縮动态模量、臂裂动态模量和弯曲动态模登。考
虑到四点弯曲更符合沥青路面实际的弯拉受力状态,进行了沥青混合料四,点弯曲动态模量试
验,采用LDMT-25疲劳试验系统,应用非接触式的位移量测方法,在试验温度、加载频率
和应力比不同组合的エ況下,对AC-13C型沥青混合料四点弯曲动态模量值进行了测定,
分析了试验中四点弯曲动态模量的影响因素。
关键词沥青泥合料四点弯曲动态模量频率温度荷载油石比
动态模量作为路面动力学特性的基本参数而青混合料进行了四点弯曲动态模量试验研究,其
倍受关注。美国 AASHTO2002路面设计方法中,研究成果对于以后进行四点弯曲动态模量与四点
动态模量已经成为评价沥青混合料性能和结构设弯曲疲劳试验的相关性研究具有一定的意义,
计的基本输人参数之一,并且在 Superpave中得为沥青路面的设计提供参考。
到应用?。我国在路面材料动态模量方面的研1相关基本理论
究起步相对较晚。杨屹东和许志鸿等对沥1.1动态模量
青路面材料动态模量試验进行了探讨研究,并提
复合模量是描述沥青混合料的粘弹性性质的
出了试验方法的建议。赵延庆等9对几种不同一种方法们。复合模量定义为任意给定时刻t和
的沥青混合料和混合料中所用的胶结料分别进行荷载角速度ω下的正弦应力振幅=osin(ox)
了动态模量试验和动态剪切模量试验,利用试验与相同时间和频率下的正弦应变振幅= Ensin
结果对 Hirsch预测模型进行了验证研究。马林(ot-ゅ)的比值。具体公式为
等?采用目前我国常用的沥青混合料,分别测
E*=
ao sin(ot)
定其在单轴压缩和间接拉伸试验模式下的动态模
E Eosin(At-o
量,根据时间-温度转换原则,建立了动态模量式中:Eー一为复合模量;
及相位角主曲线,并进行比较分析。陈磊磊等切
To一为应力峰
为了研究热固性环氧沥青混合料的动态性能,对
为应变峰值;
环氧沥青混合料的动态模量进行了试验研究。
一为相位角。
从目前来看,国内外对沥青混合料动态模量
动态模量E是E”的绝对值,反映材料抵
的研究成果,主要以压缩动态模量和劈裂动态模抗变形的能力,也可以通过用试验达到稳定状态
量为主,对沥青混合料弯曲动态模量的研究成果时的应力值和应变幅值的比值来确定,即
相对较少。考虑到动态荷载对沥青路面的损伤更
E'=V(E)2+(E")2=
多基于沥青混凝土的弯拉作用的,对弯曲动态
模量的研究就显得尤为重要。相比于三点弯曲,式中:IE为动态模量;
在四点弯曲加载模式下,试件中央13范围内弯
收稿归期:2011-01-20。
矩为常量,变形更加均匀,与实际更加吻合。因
作者简介;宋鑫(1988-),男,江苏南通人,东南大学硕
土研究生。研究方向:钢桥面铺装技术、道路工程。E
此,对使用70号道路石油沥青的AC-13C型沥
mail songxin8504(@ 126. corn,
18
石油沥青
2011年第25卷
E'一为存储或弹性模量;
合料成型小梁试件,尺寸为250mmx40mmx
E"—为损失或粘性模量。
40mm,跨径为200m。
1.2四点弯曲梁
2.2试验仪器设备
采用三分点加载法简化模型见图1,弯矩分
采用LDMT-25微机控制沥青混合料动态疲
析图见图2。图1中A和B为外支点位置,C和劳试验机, Multi-05多通道闭环测控仪,YD
D为内力点(加力点位置)。
28A动态电阻应变仪,非接触式位移测定系统,
包括KD9004电涡流位移传感器,KD900位移
P/2P/2
前置器,DIF-4电荷电压滤波积分放大器,
INV360DF智能信号采集处理分析仪及信号处理
软件等。
2.3试验方案
为研究沥青混合料四点弯曲动态模量与各种
图1四点弯曲加载箇化模型
影响因素之间的关系,参考了国内外沥青混合料
动态模量的试验方法 AASHTO TP62、 ASTM D
3497-79等,设计了三种油石比(4.9%,
5.2%,5.5%)的沥青混合料在三种试验温度
(-15,0,15℃)、三种加载频率(1,5,10
PL/6
Hz)以及四种应力比(0.2,0.3,0.4,0.5)
不同组合下的四点弯曲动态模量试验方案。加载
图2四点弯曲加载弯矩图
波形为正弦波。
3试验结果及分析
由材料力学和结构力学可知试件跨中挠度3.1试验结果
为
根据试验采集到的力波形和位移波形,计算
MM
23PL
d
E
x
108bん3E
出AC-13C型沥青混合料四点弯曲动态模量,
式中:d一为跨中挠度;
如表1~3所示。
L一为试件跨长;
表1四点弯曲动态模量(油石比:4.9%
b一一为截面宽度;
んー一为截面高度
不间应力比时四点弯曲动态模量/MPa
温度/℃频率/
E一为弯拉劲度模量;
0.2
0.3
0.4
0.5
P为外荷载,其最大值由四点弯曲静
15
9201033
载试验得到。
通过跨中挠度反算弯拉劲度模量为:
890
128815721820
23P
E
1000155419082135
s 108bdh
618
由式(2)和式(4)可得矩形截面简支梁
的四点弯曲动态模量值为
9511136119
23PL3
E
802117713161458
108bdh
2试验方法
158
347
491
545
2.1试件制备
727
9001000
以最住油石比5.2%为中心,以0.3%的间
91510761219
隔左右各选一种油石比拌制AC-13C型沥青混