24小时热门版块排行榜&&&&
【悬赏金币】回答本帖问题，作者卓荦纡余将赠送您 30 个金币
(著名写手)
在线: 549.4小时
虫号: 1993377
注册: 性别: GG专业: 金属结构材料
变形带和剪切滑移带区别？已有2人参与
合金塑性之后的变形带和剪切滑移带是否有区别，两者的切边方向是否相同，不是很清楚？求高人指点！
& 猜你喜欢
已经有10人回复
已经有47人回复
已经有8人回复
已经有16人回复
已经有104人回复
已经有10人回复
已经有48人回复
已经有14人回复
已经有19人回复
已经有17人回复
& 本主题相关商家推荐:
& 本主题相关价值贴推荐，对您同样有帮助:
已经有3人回复
已经有12人回复
Don'tjudgeeachdaybytheharvestyoureap,butbytheseedsyouplant.
(著名写手)
在线: 549.4小时
虫号: 1993377
注册: 性别: GG专业: 金属结构材料
引用回帖:: Originally posted by
变形带：晶体均匀变形时产生的、取向不同的很薄带状区域。变形带是平行的滑移面内异号刃型位错(见滑移)交互作用使晶体发生弯折所形成的。
剪切滑移带：材料在剪切应力作用下产生晶体间的滑移 你说的变形带更像是传统意义上的扭折，与我说的变形带似乎不同！我在说的变形带是说滑移变形带！
Don'tjudgeeachdaybytheharvestyoureap,butbytheseedsyouplant.
(著名写手)
在线: 549.4小时
虫号: 1993377
注册: 性别: GG专业: 金属结构材料
引用回帖:: Originally posted by ThreeM3 at
怎么感觉两个就是一个概念，有重要区别吗？如果真要说区别，变形带是不是还包括剪切之外的其他变形而形成的带 材料力学中的45°剪切带和晶体学中的滑移带是否一样呢？可以思考一下！
Don'tjudgeeachdaybytheharvestyoureap,butbytheseedsyouplant.
相关版块跳转
微米和纳米
无机非金属
我要订阅楼主
的主题更新
小木虫,学术科研互动社区,为中国学术科研免费提供动力
违规贴举报删除请发送邮件至：
广告投放与宣传请联系 李想 QQ：
QQ：&&邮箱：
Copyright &
MuChong.com, All Rights Reserved. 小木虫 版权所有您还可以使用以下方式登录
当前位置：&>&&>& > 沥青高温稳定性试验（共1篇）
沥青高温稳定性试验（共1篇）
以下是网友分享的关于沥青高温稳定性试验的资料1篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
第二章 沥青混合料高温性能分析本文主要从抗剪的角度进行沥青混合料高温稳定性分析,所以在开展研究前 有必要对沥青混合料的高温性能进行全面认识。本章主要内容包括沥青混合料高 温稳定性的影响因素分析和沥青混合料高温永久剪切变形机理分析,以及高温稳 定性试验方法评价。2.1沥青混合料高温稳定性影响因素沥青混合料是一种粘弹性材料,其物理力学性能与温度和荷载作用时间密切 相关。通常所说的“高温稳定性能”的“高温”条件是指沥青混合料在使用过程 中受交通荷载的反复作用,容易产生车辙、推移、波浪、拥包等永久性变形(也 包括泛油)的温度范围。而沥青路面在高温条件下或长时间承受荷载作用,沥青 混合料会产生显著的变形,其中不能恢复的部分成为永久变形【231。沥青混合料高温稳定性的好坏取决于沥青混合料高温抗剪强度的高低,沥青 混合料在路面结构中产生破坏的情况,主要是发生在高温时由于抗剪强度不足 或塑性变形过剩而产生推挤等现象,以及低温时抗拉强度不足或变形能力较差 产生裂缝现象,目前沥青混合料强度和稳定性理论,主要是要求沥青混合料在 高温时必须具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力即沥青混合料的抗剪强度, 主要取决于沥青混合料的粘聚力C和内摩擦角中两个参数,通过三轴试验方法 应用Mohr--Coulomb理论包络线方程(2.1)可以得到:f=cytggk+c(2.1) 式中:r一沥青混合料的抗剪强度(MPa);盯一正应力(MPa):C一沥青混合料的粘聚力(MPa);≯一沥青混合料的内摩擦角(rad)沥青混合料高温抗剪强度取决于沥青混合料的粘聚力与内摩阻角,随着温度 的升高,内摩阻角对高温抗剪强度的贡献亦随之增长。沥青混合料的内摩阻角决 定于沥青混合料的矿料级配,颗粒形状、表面特征及沥青膜厚度,而粘聚力则取 决于沥青的性能及沥青与矿料的相互作用。影响沥青路面高温稳定性的因素,简单可分为内因与外因。内因主要包括矿 质集料特性、级配、沥青胶结料性能、沥青与矿料之间的相互作用及路面结构, 外因则包括气候条件及交通条件‘24】【25儿261。1)级配在集料的所有技术性质中,级配也许是比较重要的,它几乎影响沥青混合料的所有性能,对高温稳定性亦是如此。要想使集料(尤其是粗集料)形成有效嵌 挤,集料级配方面的改进是最重要也是最有效的手段。集料级配决定了矿料颗粒 问嵌挤力的大小及混合料密实程度,直接影响沥青混合料的高温稳定性。研究表 明,在最佳沥青含量时,中粒式沥青混凝土车辙最小,细粒式次之,粗粒式车辙 最大。WestTrack环道试验也得出了相似的结论。由此可见,单纯增大矿料粒径 不一定能改善混合料高温稳定性,关键是形成良好的骨架嵌挤结构,并保持一定 密实度。一般认为4.75mm筛孔通过率是影响沥青混合料结构组成形态的重要 因素。2)沥青性质沥青的物理性质对混合料抗车辙性能有影响。在一定温度和加载速率下,沥 青粘度越大,混合料的粘滞阻力也越大,抗剪切变形能力越强,沥青混合料抗车 辙性能越好。沥青粘度随温度变化而变化,沥青的温度敏感性越低,则形成的沥 青混合料相应具有更好的高温稳定性能,这种关系已被一些快速加载试验所证 实。沥青胶结料所提供的粘聚力大小与沥青混合料本身的性质,沥青用量及沥青 与矿料之间的相互作用密切相关,沥青混合料在高温条件下的粘聚力与沥青本身 在高温条件下的粘结力有关。反映在沥青的技术指标上就是如何提高沥青的高温 粘度及提高其劲度模量,在沥青指标中列入反映沥青高温使用条件下的性能指标 通常有两个:一个是软化点,一个是60℃粘度。很显然,沥青的软化点越高, 60℃粘度越高,沥青的高温性能越好。3)沥青用量矿料表面裹覆的沥青膜分为结构沥青与自由沥青,沥青用量太低,沥青混合 料难以压实,使其抗车辙能力差;而随着沥青用量的增加,自由沥青所占的比例 越来越大,其润滑作用也越来越强,使沥青混合料的高温稳定性急剧下降,因此 为保证沥青混合料的高温稳定性应限制沥青膜厚度,通常情况下,沥青膜厚度为 8~15/2m是可接受的一个范围,这样就使沥青用量得到一个合理的控制。美国 WestTrack环道试验表明:高沥青含(OAC+0.7%)对应了最大的车辙,同时 低沥青含量的混合料抗车辙能力比最优沥青含量的混合料差。也有研究认为用马 歇尔方法确定的最佳沥青用量比用于控制车辙的最佳沥青用量高0.3%~0.5%。 4)空隙率空隙率较大的沥青混合料容易产生压密变形,增加其密实度可增加矿料颗粒 问的接触压力,从而提高其抗车辙能力。但当空隙率低于某临界值时,继续减小 空隙率,反而会使沥青混合料抗车辙能力降低。美国Westrack环道试验结果表 明,4%空隙率是最小空隙率的临界界限,随着空隙率的增加,车辙变形也增大。 5)集料在一般重交70”沥青的混合料高温抗剪强度的贡献中,约有60%来自于集料的嵌挤作用,而集料的嵌挤作用在很大程度上决定于集料级配及表面特征。另 外集料的粒径,集料与沥青之间的相互作用亦对沥青混合料的高温抗变形能力有 一定的影响。集料的形状和表面粗糙度在很大程度影响沥青混合料的嵌挤作用强弱及内 摩阻角的大小。通常坚硬、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近正方体的集料,相应沥 青混合料具有较好的高温稳定性。填料是指沥青混合料组成中粒径小于0.075mm的矿料颗粒,在我国俗称矿 粉,通常加入填料是为了降低沥青混合料的空隙率并提高最佳沥青用量。为使沥 青混凝土有必要的稳定度,一定数量的填料是必需的,但填料过多会使最佳沥青 用量时混合料发脆并开裂,降低沥青胶砂的粘聚力,同时使沥青混合料容易产生 大的塑性变形,因此应严格控制沥青混合料中小于O.075mm的粉料颗粒含量。 此外,沥青混合料高温稳定性还与沥青与矿料之间的相互作用有关。沥青与 矿料之间相互作用的强弱,不仅与沥青的化学性质有关,而且与矿料的性质有关。 6)交通条件交通条件对沥青路面高温性能的影响有荷载、轮胎气压、行驶速度、渠化交 通等。荷载对沥青路面高温车辙的影响是不言而喻的,重载车、超载车对路面的 水平剪力较一般车辆大,也大大加剧了路面的水平推移,从而使弯道、上下坡、 进出口等路段的车辙和推移明显重于其他位置。通常轮胎气压是适应行车荷载 的,荷载越大则轮胎气压越高,车辆超载必然引起轮胎气压增加,其对车辙的影 响与荷载是一致的。行驶速度对车辙的影响主要反映在荷载的持续作用时间上, 车辆行驶速度越小,荷载作用时间越长,相同交通量所引起的路面变形越大。渠 化交通也加速了沥青路面的变形。7)气候条件对沥青路面高温性能的影响归根到底反映在温度上,有资料表明:在40℃~ 60。C范围内,沥青混合料的温度每上升5℃,其变形将增加2倍。路面长期处于 高温状态下,必定会加速车辙的发展。2.2沥青混合料高温永久剪切变形机理分析‘27[28】沥青路面高温永久变形是在车辆荷载反复作用下的结果,这种变形主要发生 在夏季高温季节,是沥青混合料高温稳定性不足的反映。通常沥青路面高温永久变形可简单分为三个阶段:1)开始阶段的压密过程;沥青混合料在被碾压成型前是骨料、沥青及空气组成的松散混合物,碾压时 高温下处于半流态的沥青及由沥青与填料组成的胶浆被挤进矿料间隙,同时骨料 被强力排列成具有一定骨架的结构,产生压密变形。碾压完毕交付使用后,受车辙荷载作用时,此密实过程还会有进一步的发展。2)沥青混合料的剪切流动;高温下沥青混合料是处于以粘性为主的半固态物质,在车轮荷载作用下,沥 青及沥青胶浆便产生流动,从而使混合料的网络骨架结构失稳,半固态物质除部 分填充空隙外,也将向沥青混合料自由面流动,从而使路面受载处被压缩而变形。 3)矿质骨料的重新排列及矿质骨架的破坏。高温下处于半固态的沥青混合料,由于沥青及胶浆在荷载作用下的首先流 动,混合料中粗、细骨料组成的骨架逐渐成为荷载的主要承担者,再加上沥青的 润滑作用,硬度较大的矿料颗粒在荷载直接作用下沿矿料间接触面滑移,促使沥 青及胶浆向其富集区域流动,以致流向混合料自由面,特别是当骨料间沥青及胶 浆过多时,这一过程更加明显,从而导致矿质骨架失稳。由此可见,沥青混合料的高温稳定性最初原因是压密及沥青高温下的流动, 最后导致骨架的失稳,从本质上讲就是沥青混合料的结构特征发生了变化。沥青混合料的车辙主要是在交通荷载条件下由混合料的压实和剪切变形引 起的,在初始阶段,沥青混合料变形主要由压密变形引起,在第二阶段,变形则 主要由等体积的剪切变形引起。Hofstra andLlomp指出引起车辙的主要原因是剪 切变形而不是压密变形,Eisenmannn and Hilmer也得出沥青混合料的高温车辙主 要是由等体积的剪切变形引起的。2.3沥青混合料高温稳定性试验方法评价[23]影响沥青高温性能的因素各异,同样可用于沥青混合料高温性能试验的方法 也很多,通常包括试验室圆柱试件的单轴静载、动载、重复试验,三轴静载、动 载、重复试验,径向静载、动载、重复试验,简单剪切的静载、重复加载和动力 试验,此外还有中空圆柱试件的动力、剪切试验,棱柱形梁试件的弯曲蠕变试验, 小型模拟试验设备的车辙试验,大型环道、直道试验设备的足尺路面高温性能试 验和现场试验路面的加速车辙试验等【231。1)经验法性评述用于沥青路面高温稳定性评价的最简便最直观的方法是以高温(一般采用60℃)抗压强度(RT)与常温20℃抗压强度的比值(KT)来衡量,根据路面结构 层的受力分析可知,沥青混合料是处于三向受力状态的,而作为近似松散材料的 沥青混合料,其强度(f)取决于内部的粘结力(c)与包括嵌挤作用的内摩阻力 (p),即:f=c+o'tg?p,侧压力O-越大,则内摩阻力对强度的贡献也越大,当 盯=0时,则强度取决于粘结力c。所以在用单轴压缩试验测定抗压强度时,由于 其侧压力盯=O,得到的RT和KT必然会过高的评价c的作用,而过低的评价妒的 作用,与实际受力状态相差甚远,故得到的试验结果与路用性能的相关性太差,在70年代被马歇尔试验所取代。马歇尔试验最早由Brues Marshall提出,后由美国陆军工程兵部队加以改进 并添加了一些测试性能,最终发展成了沥青混合料设计标准。由于马歇尔试验过 程中试件的内部受力极为复杂且与路面沥青混合料的三向受力状态相差甚远,大 量研究表明,马歇尔试验在评价路面高温稳定性方面存在严重的局限性,大多数 国家认为用马歇尔方法设计的沥青混合料的稳定度和流值指标与实际路面相关 性不好,我国“七五”期间也进行了大量研究,发现沥青混合料的马歇尔稳定度 无多大差别。一般来说,马歇尔稳定度高的沥青混合料高温稳定性也好,流值在 一定程度上表示混合料的可塑性,流值小的混合料可塑性小,流值大的可塑性大。 但近年来研究表明沥青混合料的马歇尔稳定度与流值和沥青路面实际的车辙深 度相关性不好,满足马歇尔稳定度和流值指标的沥青混合料并不能对路面车辙进 行有效控制,尽管目前大多数国家对沥青混合料的配合比设计仍采用马歇尔稳定 度及流值指标,但主要是确定沥青最佳用量及施工质量控制,作为沥青混合料的 高温稳定性指标,已逐步要求采用其他试验作为补充或检验,如车辙试验、蠕变 试验。2)蠕变通常对材料旋加一定水平的荷载或应力时,材料将产生变形,当外力撤消后, 若变形立即全部恢复,那么这种材料成为弹性材料,但完全弹性材料是极少的, 大多数材料(像沥青混合料)在外力的长时间作用下,作为响应的变形也会随时 间的增加而不断增长,在取消外力后变形随时间的增长而逐渐恢复,但有一部分 变形会永久存在,这种力学性质被称为蠕变,这种材料被成为粘弹性材料,沥青 及沥青混合料都是典型的粘弹性材料,尤其在高温下,粘弹性表现的更为突出, 沥青路面的车辙或永久变形就是沥青混合料粘弹性性能的直接反映。随着交通渠化后,沥青路面高温稳定性已经从原来主要的推移、拥包等现象 转为以车辙为主的高温稳定性问题。随着力学图式的转变,评价高温稳定性的马 歇尔试验法日益被单轴蠕变试验取代,流值和稳定度被永久变形取代。单轴静载蠕变试验是一种相对简单的试验方法,经过多年的试验研究,一些 研究者己提出了沥青混合料蠕变劲度极限值,但单轴蠕变试验花费的时间长,各 研究者采用的试验条件不同,其试验结果差异较大,尤其是试验时必须保持试件 恒定的温度和稳定的应力水平,实验要求比较高。单轴压缩蠕变的受力图式是不 体现混合料的侧向压力的,在增加粗集料含量的前提下,要反映粗集料的骨架作 用,单轴压缩蠕变试验不是理想的试验方法。同时由于试验结果不具有普遍性, 应用还受到各种条件的限制,尽管我国亦对单轴静载蠕变试验进行了较多的研 究,基于试验结果变异性较大的原因,没能提出相应的蠕变劲度极限值。3)车辙试验(轮辙试验)[29l【30】【3l】车辙试验方法最初是由英国道路研究所(TRRL)开发的,由于试验方法本 身比较简单,试验结果直观且与实际沥青路面的车辙相关性甚好,因此在日本、 北美、欧洲、澳大利亚等国得到了广泛的应用。我国于“七五”、“八五”期间, 在日本样机的基础上研究开发了现行的车辙试验仪,并开展了相关研究。目前国内外普遍认为车辙试验是最能反映沥青路面实际抗辙槽能力的方法。 如常规车辙试验通过试验所得到的变形一时间曲线,可得到以下三个指标:I任 一时刻的总变形,即车辙深度;II动稳定度,通常求取45min,60min的变形, 计算产生lmm变形试验轮往返的次数,作为动稳定度;Ⅲ相对变形,最大变形 与试件厚度的比值。在车辙试验过程中,沥青混合料试件上轮辙的产生与发展都 与实际沥青路面车辙的产生与发展十分相似,因此,若能恰当的进行沥青混合料 设计,使其动稳定度满足规定的要求,就有可能对沥青路面的车辙深度进行有效 的控制。但是通常来说,动稳定度指标取最后15min的变形,是为了消除由于试件本 身的压密变形。试件本身的压密变形也是车辙的一种形式,消除这种变形,不能 全面评价沥青混合料的动稳定度,特别是评价压实度不足的混合料。因为在我国, 有些高速公路施工时没有充分地压实,也有的片面追求平整度,在降低温度后碾 压,造成压实度不足,致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密(比正常情 况严重)形成车辙。相对变形代表沥青混合料在荷载作用下车辙发展全过程, 它更能反映沥青混合料在高温下的抗永久变形能力。车辙试验是模拟车轮荷载在路面上行驶而形成的工程试验方法,车辙试验毕 竟是一种工程模拟式试验,它不易取得力学计算、车辙预估等计算时需要的力学 指标,只是用来检测沥青混合料的抗车辙能力。4)简单剪切试验132J通常认为,沥青路面的第二阶段永久变形主要是由于沥青混合料塑性剪切流 动引起的,美国SHRP战略公路研究计划推荐的简单剪切试验就是用于考察沥青 混合料的抗剪切流动性能,这种试验方法是由土的直剪试验方法发展而来,并进 一步考察了沥青混合料的特殊性质,增加了垂直的动力荷载及温度控制,可测定 试件的复数剪切模量,相位角及应变等。相对而言,设备较复杂,能否推广有待 进一步研究。Superpave剪切试验机,可用于对沥青混合料进行多种类型的试验,如恒高 度简单剪切试验(SSCH)、恒高度频率扫描试验(FSCH)、恒高度重复剪切试验 (RSCH),试验结果可用于对沥青混合料的路用性能进行分析与评价。5)扭转剪切试验Sousa开发的中空圆柱体试件的扭转剪切试验是在轴向荷载和扭矩的共同 作用下,沿试件的内、外壁分布均匀的径向应力,使试件处于三维应力状态,进而研究混合料的动态特性的一种试验方法。由于中空圆柱体试件的对称性, 试件的法向和剪切应力都是均匀分布的。这种方法适用于确定沥青混合料在三 维应力状态下的永久变形特性和动力性能。这个试验的试验设备相当复杂,目 前只适合于在研究工作中采用。6)大型环道、直道试验环道或直道试验是~种大型的足尺路面结构在实际车轮和交通荷载作用 下的试验,其试验结果与实际路面结构的关系密切,是一种实际路面结构的加 速加载试验方法。由于许多试验条件可以控制,因此因素单一,便于分析。大 型环道试验或直道试验因为最能反映实际路面的车辙形成过程和性状,因此可 用于验证试验。但试验成本高,试验周期长,一般不轻易开展这种试验。7)野外现场试验野外现场试验是一种实际路面结构在实际交通荷载作用下的试验,可直接 观测到路面结构在汽车荷载作用下的应力与应变情况。这类试验以美国SHRP 试验路为代表,一次试验需历时数年才能完成。由于试验费用昂贵,这类试验 极少进行。美国1996年开始在总长2.9l公里的西部环道进行试验。其主要目 的是开发与混合料性能有关的热拌沥青路面施工规范,验证SHRP开发的 Superpave性能预测模型和完全的混合料分析方法。目前该项试验仍在进行中。 8)三轴静载三轴试验原理是使试件处于三向受力状态,沿试件径向的是均匀分布的气 体或液体压力,(本文所用仪器为气体压力)两个主应力相等,即盯,=盯,。在 这一点上反映了道路路面的实际受力情况。三轴试验假定沥青混合料近似为各 向同性均质体,采用摩尔理论来解释混合料的抗剪性能,即认为材料的破坏是 由于颗粒之间产生了剪切滑移。试验结果可以获得材料在极限平衡状态时的一 族应力圆,由该应力圆族构成的包络线以表示材料符合材料库仑方程的抗剪强 度规律,进而求得材料得抗剪参数粘结力C和内摩擦角妒【33】。综上所述,目前评价沥青混合料高温稳定性的试验方法虽很多,但大部分试 验方法和指标都是经验性的,并没有得出反映材料本质的力学特性的参数。其中 三轴试验方法较好,其最接近沥青路面的三向受力状态,且通过试验得到能反映 材料本质的力学特性的参数,为进一步进行沥青混合料高温稳定性抗剪研究提供 依据。本文采用三轴试验方法进行沥青混合料的高温稳定性抗剪试验研究。第三章 沥青混合料三轴剪切试验方法3.1三轴剪切试验仪介绍3.1.1三轴试验的应力分析三轴试验原理是使试件处于三向受力状态,沿试件径向的是均匀分布的气 体或液体压力,(本文所用仪器为气体压力)两个主应力相等,即o 2=O 3。在 这一点上反映了道路路面的实际受力情况。三轴试验假定沥青混合料近似为各 向同性均质体,采用摩尔理论来解释混合料的抗剪性能,即认为材料的破坏是 由于颗粒之间产生了剪切滑移。试验结果可以获得材料在极限平衡状态时的一 族应力圆,由该应力圆族构成的包络线以表示材料符合材料库仑方程的抗剪强 度规律,进而求得材料得抗剪参数粘结力C和内摩擦角中。本文进行三轴剪切试验的是英国WFI公司生产的TriAxis三轴试验系 统图3.1,图3.2为试件的应力状态。试件用橡皮膜包裹放在压力室中,通过 高压空气对试样施加(室压)围压盯,,试样为各项等压应力状态,即 以=盯,=盯,=盯。:随后通过活塞施加轴压,则在轴向产生偏差应力q一仃,,设 吼=盯,,仃。为总轴向应力,盯.、盯,、盯,分为大、中、小主应力。≯卜。吼 1+}盯,=盯a∞一盯3J图3.1三轴仪 图3.2试件应力状态图3.1.2三轴剪切试验仪器简介本试验采用的是英国进口WF公司生产的型号为Tritechl00的大型三轴试 验机;该仪器主要可以进行大三轴压缩试验、沥青混合料动态弹性模量,静(动)态蠕变等试验。英国WF公司(Wykeham Farrance)是世界上项级的大地学试验设备 (geotechnical test equipment)的生产商和供应商,为土木工程、土力学和高 级土类测试提供试验设备。Tritech系列是WF公司为研究沥青混合料类强度研 制生产的设备,分为Tritech 10、Tritech 50和Tritech 100共3个型号。Tritech 100吸取了当今先进的机械制造工艺和自动控制技术,量测、控制精度高且实 现了数字化操作,它可以与计算机相连作为计算机控制下的三轴试验系统的一 部分,如图3.1;下面对Tritech 100三轴试验系统做一个简要的介绍。3.1.2.1系统基本构成同传统三轴仪一样,Tritech 100三轴仪主要也是由压力室、轴向加压设备 和围压旌加系统组成,不同的是Tritech 100中增加了数据采集、反馈和计算机 控制与分析系统。试样置于压力室中试样,空气充当围压传递媒介,由围压施 加系统对压力室中的空气加压,再通过空气将围压施加到试样上。轴向加载器 对试样施加轴向压力,从而在试样中产生偏应力。试验过程中的数据采集和控 制通过CDAS(Control and Data Acquisition System)如图3.5来进行,CDAS 通过RS 232端口与计算机相连。计算机控制与分析系统使Tritech 100三轴试 验系统真正实现了自动化。在计算机控制与分析系统的帮助下,试验人员只需 要根据所设计的试验要求,选择仪器部件进行组合,在试验对应的软件里面设 置好各种参数。3.1.2。2仪器基本组件(1)轴向加载器(Axial Actuator)内置于压力室中,通过气压向试件施加轴向荷载。AxialActuator内置有荷 载传感器和位移,该传感器探头与试样帽接触,从而可测出作用于试样上的轴 向力和轴向位移。轴向压力的量测范围为0—100KN和控制精度可以达到0.1N, 数据采集精度O.01N;轴向位移量程为30mm,控制精度达到0.1,ton,数据采 集精度为于分之一/gn。本文采用的是从下面往上加载,上部轴向加载器是固 定的,所以采用的是外接轴向位移传感器,量程为100mm,精度达到0.1/an。 (2)围压控制器(Cell Pressure Controller)通过高强度塑料管一端与空气压缩机相连,将已经相对稳定的高压空气进 行二次控制,出口端通过两根高强度塑料管与加载系统相连,一端接轴向加载 器,一端接三轴室,为试样提供稳定的压力。此外还有数据线与CDAS和轴向 加载器相连,用以量测和控制三轴压力室中和加载器的空气压力。压力控制精 度为lKPa,数据采集精度为0.叭KPa。(3)三轴室(Triaxial Cell)三轴室分为常温三轴室和可温控三轴室,本文采用可温控的三轴室(如图 1S3.3)。常温三轴室额定的最大工作压力2000KPa,试验尽寸150mm直径。可温 控三轴室与温控箱相连,室内温度可以在室温到350℃的范围变化。图3.3可温控三轴室(4)温度控制箱(Temperature Controller)温控箱通过数据线相连可以控制可温控三轴室室内温度,由于该系统只能 制热不能制冷,使得三轴室内温度只能从室温到350图3.4温度控制箱(5)数据采集与控制系统(CDAS)CDAS与以上几个控制系统交换信息并由RS一232端口与计算机相连。通 过试验软件,计算机可以自动采集数据,并且能够控制试验进行(如图3.5)。16图3.5数据采集与控制系统(CDAS)3.2试件的制作以及参数设定3.2.1试件制备三轴剪切试验试件的制作采用静压成型(如图3.6),本文成型的试件规格 为150mm(直径),150mm(高)(如图3.7)。静压成型压力一般在120.130KN 间。重交沥青试件的成型温度为175℃,改性沥青试件的成型温度为185℃。图3.6静压图3.7成型试件模子173.2.2试验温度考虑到车辙最容易发生在高温时期,因此在进行抗剪试验时采用60。C的温 度。3.2.3试验参数由于国内没有做过该仪器的试验,参照国外做法为,选择的加载速率mm/min,围压分别为0kPa、138kPa、276kPa,在三个不同的围压下进 行剪切试验。3.3三轴剪切试验操作过程:3.3.1试验前准备工作把试件放在三轴室底座上,然后将橡皮膜套在试件上,再用两根橡皮条箍 在己套上橡皮膜试件的两端,以保证橡皮膜密封严实,以防在施加围压时,气 体进入。橡皮膜必须完好无损。套上橡皮膜试件如图3.8所示。旋上三轴室上 的旋杆,密封好三轴室,在温度控制器上设置好试验温度,三轴室内开始加温, 试块在三轴环境箱内保温一般6小时左右,便可保证试块温度也达到三轴室的 温度,然后进行试验。图3.8橡皮膜包裹的试件3.3.2试验过程数据采集记录图3.9为计算机软件UTMl2试验实时数据采集过程,横坐标代表试验时 间,左边纵坐标代表应力值,右边纵坐标代表变形量,红色线表示应力随时间变化的应力数据曲线,蓝色线表示变形量随时间变化的变形数据曲线,绿色线表示试验的围压应力状态。应力曲线随刚开始阶段随时问的增大而增大,当增 大到一定量值时应力出现峰值,然后下落,这时表明试件已剪切破坏。图3.9数据采集试件坡坏全过程3.3.3试件破坏形态试件破坏形式为典型的剪胀破坏,试件周围均匀鼓出,如图3.1l右试件所 不。图3.10试件破坏形态强烈对照图(注:左试件为剪切破坏前试件,右试件为剪切破坏后试件)3.4试验数据处理方法3.4.1莫尔一库伦破坏准则‘34l沥青混合料的剪切破坏采用摩尔库仑强度理论进分析。下面简要介绍一下 19摩尔库仑准则。土力学认为一旦土体内任一平面上的剪应力达到了土的抗剪强度,土就发 生破坏,而任一平面上的抗剪强度f,只是该面上法向应力盯的函数,即f,=f(cr) (3.1) 这一函数在法向应力与剪应力图上为一曲线,称莫尔破坏包线或莫尔强 度线。在一定的应力范围内,这一关系曲线可用线性方程,即库伦方程表达, 于是式(3.1)就成为L=c+o-tg.jp (3.2) 式中,c和妒称为总应力强度参数,此时剪破面上的法向应力以总应力表示。 在三轴试验中,一般大、小主应力为已知。因此,破坏准则常用试样剪 破时的大、小主应力表示。当以总应力表示时为:堕!巫:鱼竺!立sjnp+㈨s驴 (3.3) 22下标/表示破坏时,(盯。一cr3),/2、(q+吧),/2为极限总应力圆点的坐标。 由于莫尔一库伦强度包线以直线表示,因此强度参数为常数。由式(3.3) 可知,一组极限总应力圆顶点的连线将是一条直线,称k,线。同时,由于强度 包线与坐标横轴的交点可看作处于极限平衡状态的点圆,因此,k,线亦必交横 轴于该点,如图3.1l所示。∥麓 广歹∥ ∥ 商 /\图3.11抗剪强度线现在若设k,线的倾角为口r,与坐标纵轴的截距为dr,则由式(3.3)可知 tga,=sin々o (3.4) d,=ccos々o(3.5) 因此,一旦k r线己知,即12'r、dr为己知,就可以根据式(3.4)和式(3.5) 计算土的强度参数。3.4.2沥青混合料的强度参数计算本文求解沥青混合料的强度参数就是根据以上在土力学中摩尔库仑理 论,通过在不同的侧限压力下通过三轴剪切强度试验得到Mohr.Coulomb失效包 络线。20Mohr.Coulomb包络线被定义为:f=C+crtan≯ (3.6) 式中:f一剪应力;盯一正应力;C一粘结力;tall毋一失效包络线的斜率;西一内摩擦角。Mohr.Coulomb失效理论经常被用图3.14表示。在图3.12中的虚线被称为k,线,它经过每一失效摩尔圆的最大剪切应力。 最大剪切应力的坐标与p和q有关。这里p、q分别用式(3.7)和式(3.8)被给 出,获得沥青混合料三轴强度参数C和母的实际方法就是通过每个莫尔圆的最大 剪切应力P、q作线性回归得到.i},线,然后就确定了与纵坐标的截距ao和角度a, 如图3.12所示。然后,经过简单的几何推导沥青混合料的(c)((p)使用式 (3.9)和式(3.10)被计算出来。图3.12摩尔库仑失效理论P2(q+吒)/2(3.7) q=(仃l—cr3)/2(3.8) 矿=sin‘1(tana) (3.9) C=%/cos≯ (3.10)其中盯.=P/S一+q,P为试件破坏时的最大竖向荷载,S。。。为最大破坏 荷载下试件的受力面积,盯,为围压。鉴于试件到达破坏极限状态时的竖向变形较小,一般为4~5mm左右,所以相对应的横向变形较小,为了方便计算,所 以在进行应力计算时忽略不计受力面积的变化,认为最大破坏荷载下的受力面 积S。。。与原来试块截面面积s一样进行计算。2l第四章 沥青混合料抗剪指标C、矽值影响因素分析 4.1引言沥青混合料高温稳定性的好坏取决于沥青混合料高温抗剪强度的高低,沥青 混合料高温抗剪强度又取决于沥青混合料的粘聚力与内摩阻角。沥青混合料的内 摩阻角主要决定于沥青混合料的矿料级配、颗粒形状、表面特征及沥青膜厚度, 而粘聚力主要取决于沥青的性能及沥青与矿料的相互作用。又因影响沥青路面高 温抗剪强度的因素主要包括矿质集料特性、级配、沥青胶结料性能、沥青与矿料 之间的相互作用及路面结构,以及包括气候条件。因此为了了解沥青混合料抗 剪指标C、妒值的规律性,本章分别对以下几种不同抗剪指标C、妒值的影响因 素进行分析:(1)同级配类型不同粒径级配曲线对沥青混合料抗剪指标C、妒值的影响;(2)同粒径不同级配曲线对沥青混合料对抗剪指标c、妒值的影响;(3)沥青含量对沥青混合料对抗剪指标c、p值的影响:(4)压实度对沥青混合料对抗剪指标c、p值的影响;(5)沥青类型对沥青混合料对抗剪指标C、tp值的影响;4.2试件体积指标计算方法及说明[3614.2.1试件的最大理论相对密度,一试件的最大理论相对密度,n由式(4.1)计算求得。式中:P。,一油石比,%:九一沥青的密度,g/cm3;比一矿料的有效相对密度,g/cm3。4.2.2矿料全体的有效相对密度1)对非改性沥青混合料以预估的最佳油石比拌和二组的混合料,采用真 空实测最大相对密度,取其平均值。然后由式(4.2)反算合成矿料的有效相对密度k。2,差,:塑二墨“e100PbYr y6(4.2) 式中:/”一合成矿料的有效相对密度;见一试验采用的沥青用量(占混合料总量的百分数)%:7r一试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度;7b一沥青的相对密度。2)对改性沥青及SMA等难以分散的混合料,有效相对密度直接由矿料的 合成毛体积相对密度与合成表观相对密度按y,。=Cxy,o+(1一C)×y。计算确定,其 中沥青吸收系数C值根据材料的吸水率由c=0.033K2-0.2936w,+0.9339求得, 材料的合成吸水率按式4.3计算得到。u:(上一上)×100(4.3) y☆ y。。式中:y~合成矿料的有效相对密度:yn一材料的合成毛体积相对密度;,m一材料的合成表观相对密度。4.2.3试件合成毛体积相对密度4.2.5试件的矿料间隙率VMA(%)试件的矿料间隙率VMA按式(4.6)计算求得。VMA:(1一丝×只)×100 ,站4.2.6沥青饱和度VFA(%)沥青饱和度VFA按式(4.7)计算得到。VFA:=—V—.M.—A..。。-...V.—V— 4.3原材料试验137I (4.6) (4.7)4.3.1集料4.3.1.1物理指标试验所用集料为广韶高速公路公司提供的佛岗石场生产的花岗岩集料,填 料采用石灰石矿粉。集料各项指标均符合规范要求。集料密度按照《公路工程 集料试验规程》(JTG E42—2005)的要求进行,其中粗集料的密度采用网篮法 测定:细集料采用坍落筒法进行测定。各级粗、细集料及填料、水泥的表观密 度、毛体积密度、有效密度(计算密度)及吸水率分别见表4.1。表4.1面层花岗岩集料物理指标试验结果编号 规格(mm) 表观密度(g/cm3) 毛体积密度(g/cm3) 吸水率(%) 119~26.52.3 29.5~192.1 34.75-9.52.l42.36~4.752.5O~2.362.6 6矿粉 2.720, ,7水泥 3.100/ 4.3.1.2集料压碎值、磨耗、针片状含量试验花岗岩集料力学指标及针片状颗粒含量试验结果分别见表4.2。表4.2花岗岩集料压碎值、磨耗、磨光值及针片状含量试验结果集料规格 压碎值(%) 磨光值(BPN) 磨耗值(%) 针片状含量(%) 花岗岩碎石 14.规范要求 ≤28≥42≤30≤15试验结果表明:集料的物理力学指标满足设计及规范要求。4.3.1.3筛分试验结果花岗岩集料筛分试验根据《公路工程集料试验规程》JTGE42—2005中的 T中的规定采用水筛法进行试验,试验结果见表4.3。表4.3花岗岩集料筛分试验结果孔径 通过通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%)(mm) 26..54.752.361.180.60.3O.150.075 19.26.599.135.18.81.30_3O.2O O O 000 9.5-.151.83.90.4O.30O 000 4.75—9.093.90.9O.3O.-4..51.1O.30O O 0.2..251.929.521.912.74矿粉和水泥的筛分试验根据《公路工程集料试验规程》JTGE42—2005中的 T规定采用水洗法进行,试验结果见表4.4。表4.4矿粉与水泥筛分试验结果筛孔尺寸(mm) 0.60.30.150.075矿粉 水泥 4.3.2沥青胶结料4.3.2.1SBS改性沥青改性沥青路用性能检测指标见表4.5。表4.5SBS改性沥青试样性能指标试验结果试验项目 试验结果 技术要求延度(5℃,5cm/min) 35.7≥30针入度@25℃0.1mm 48.3≥40软化点(环与球法)(℃) 75.9≥70针入度指数 0.28≥O.225℃弹性恢复(%) 89.2≥85闪点(COC)(℃) 310≥230离析软化点差(℃) O.8<2.50135℃运动粘度(Pa.S) 2.471≤3溶解度(%) 99.8≥99.0RTFOT加热损失%.0.05≤1.O残留物针入度%84.4≥65残留物延度(5℃,5cm/min) 26.8≥15试验结果表明:该SBS改性沥青的软化点、弹性恢复、针入度指数、旋 转薄膜烘箱老化后的延伸度等技术指标满足设计及规范要求。4.3.2.2重交沥青AH一70“重交沥青路用性能检测指标见表4.6。表4.6AH.70重交沥青试样性能指标试验结果试验项目 试验结果 技术要求延度(5℃,5cm/min) >100≥100针入度@25℃0.1mm 6760~80软化点(环与球法)(℃) 47.044~54针入度指数 .0.798.1.5~+1.0相对密度 1.042试验结果表明:AH一70重交沥青的技术指标满足设计及规范要求。4.4同类型不同粒径级配曲线的沥青混合料对抗剪指标c、妒值 的影响沥青混合料是由沥青结合料粘结矿料组成的,其高温稳定性的形成机理也 来源于沥青结合料的高温粘结性和矿料级配的嵌挤作用。但在高温状态下,即 使采用改性的高粘度沥青结合料,仅仅靠沥青是无法承受车辆荷载的强大水平 推挤力和水平剪切作用的。在这种情况下,粗细集料形成的骨架起到了重要的 作用。据国外有研究得出,沥青混合料的高温稳定性有约60%依赖于矿料级配 的嵌挤作用,沥青结合料的粘结性能有约40%的贡献。因此,集料的组成级配 对沥青混合料的高温稳定性来说是重要的因素,而集料的粒径对沥青混合料的 高温稳定性有相当的影响。以往也有研究表明,集料越粗对抗车辙越有利。车 辙试验表明,对AC.13、AC—16、AC.25混合料,动稳定度并没有显著的差别。 美国为验证superpave配合比设计成果的西部环道试验中的试验结果表明,热 拌沥青混合料在最佳油量,空隙率为8%时,AC一25的车辙深度最大。因此可以看出,同类型不同粒径级配曲线的沥青混合料,由于其最大粒径 的不同,其粒径分布的范围不同,对其抗剪强度的大小必定会有影响。本部分 研究不同类型的沥青混合料对抗剪指标c、妒值的影响,从抗剪强度指标的角 度来区分采用同种类型沥青以及矿料的情况下,AC一13、AC.20和AC.25的高 温稳定性的强弱。试验所采用重交沥青AH70“沥青,级配为常用的上、中、下面层得AC.13、 AC.20和AC.25沥青混合料,其合成级配组成见表4.7。表4.7AC.13、AC一20、AC.25合成级配表通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%)级配曲线31.526..54.752.361.180.6O.3O.150.075AC.98.l 47.l 5.7.2 AC.1.2-20.9.2476.57AC一2510099.63.28.l 10.488..4.1同类型不同粒径级配沥青混合料试件体积参数按照《沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052.2000)试验要求,对表4.8经 过多次组合优选出来的3组级配混合料进行双面击实75次标准马歇尔试验, 采用表干法测量试件的毛体积密度,采用真空法测量沥青混合料的最大理论密 度,并以此计算沥青混合料马歇尔试件体积指标。采用马歇尔法确定最佳油石 比。并在最佳油石比下成型了试件,AC一13、AC一20、AC.25三组级配沥青混 合料试件主要体积参数汇总见表4.8。表4.8试件平均体积参数表级配 编号 最佳油石比(%) 空隙率(%) vFA(%)AC一131.1~1.65.74.572AC一202—1~2.64.8567.2AC一253.1~3.64.54.570.74.4.2同类型不同粒径级配沥青混合料的三轴试验结果对AC.13,AC.20,AC.25三种不同级配在最佳油石比下成型的试件进行 了三轴剪切试验,得到的试验结果见表4.9。表4.9AC一13,AC.20,AC.25三轴剪切试验结果编 围压O'1盯3P q 求得抗剪指标级配号 (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) C(kPa) 西(。) R 2 1.1AC一0.990 1.1.3.151.4O 700O 3503501.l .91.5.11.7O 680O 3403401.8138.2521.21.635872.1O 654O 3273272.69655S2.77701AC.20l 71.435.930.989 2.4O 615-.92-476092—64.5688.53-12.53.86965583.013737AC..996 3.7.9327.93-31.5493.53-6965689为了方便理解,下面先以最佳油石比为5.7%的AC一13重交沥青的混合料 试件为例,进行描述数据处理的过程。根据第三章3.4介绍的数据处理方法, 通过式(3.7),(3.8)求得P,q,然后以P为X轴坐标,q为Y轴坐标进行线 性回归得到K,线(y=0.531x+158.95),得到Kf线的截距ao=l 58.95,和Kf线 的斜率tan口=0.531,如图4.1所示。根据式(3.9),(3.10)可以求得普通沥 青AC—13在最佳油石比下的抗剪指标C=l 87.57kPa,庐=32.06。从4.1图上可 以看出相关系数R2=0.9897,因此可知所参与统计的试验数据满足要求。 800700 600—500生400o300 200 100 OV=0.531X+158.95R2:0j98972子? ?/O
P(kPa)图4.1Kf线回归图28用同样的方法计算得到其他两种级配曲线沥青混合料的抗剪强度指标。三 种不同级配曲线在最佳油石比下的抗剪指标汇总见表4.10。表4.10在最佳油石比下三种级配抗剪指标汇总表级配曲线 AC.13AC-20AC.25沥青类型 重交沥青 重交沥青 重交沥青抗剪参数指标C(kPa) 187..7抗剪参数指标矿值(。) 32.R20.O.996由图4.2上可以看出,在表4.7合成级配下,同在最佳油石比下,同类型 不同粒径级配的沥青混合料随着矿料粒径的增大,沥青混合料的粘聚力c值呈 现出减少的趋势,其可能的原因是较细粒径的混合料,集料与沥青的接触点比 较粗的级配多,因此粘聚力较大。由图4.3上可以看出,同类型不同粒径级配的沥青混合料大体上摩擦角m 随着最大粒径的增大呈现增大趋势,但AC.20、AC一25的摩擦角增大不明显, 这也许与本文所选用的级配有一定的关系。因此,从抗剪强度指标的角度分析,就本论文所选用的级配而言,沥青混 合料的C值随矿料最大粒径的增大而减少,摩擦角中值随矿料粒径的增大而增 大。要想得到高温稳定性较好的沥青混合料则要综合考虑抗剪指标C值和m 值,只有当C值和巾值都较高时沥青混合料才具有较好的高温稳定性。lHU185180主175荸170曹165I■■■■■■一¨■■■■■■一160I■■■■_■■■■■_155l■■■_阻■■■_AC一13^C一20AC一25级配图4.3不同级配曲线的西值对照图4.5同粒径不同级配曲线对沥青混合料抗剪指标c、妒值的影响对于同一粒径,不同的级配曲线对沥青混合料抗剪指标有何影响也是我们 关心的问题。国内对沥青混合料级配曲线的影响说法不一,为了更详细的了解 它的内在关系,经过多次组合设计,最终选取图4.4中三种不同级配曲线的 AC.13沥青混合料进行三轴试验,研究同粒径不同级配曲线对抗剪性能的影 响。这三组不同级配曲线走向为:级配一和级配二的2.36ram以下的细集料走 向一致,但2.36ram以上的级配粗集料走向不同,级配一走向偏上,级配二走 向偏下,级配二和级配三的4.75mm以上的粗集料级配曲线基本相似。图4.43组不同走向的AC.13的级配图4.5.1同粒径不同的级配曲线沥青混合科试件体积参数经过马歇尔试验,三组不同级配曲线的AC.13改性沥青混合料的最佳油石 比为:级配一为6.0%,级配二5.7%,级配三6.5%,分别在最佳油石比下成 型试件,试件主要体积参数汇总见表4.11。表4.11试件平均体积参数表级配 编号 最佳油石比(%) 空隙率(%) VFA(%)级配一 1一l~l-66.O 4.472.3级配二 2—1~2.95.74.172.5级配三 3—1~3.66.55.272.54.5.2同粒径不同级配曲线沥青混合料三轴剪切试验对三组不同级配曲线的AC.13改性沥青混合料试件进行了三轴试验,数据 处理方法如前所述,得到的三轴试验结果见表4.12,抗剪指标汇总见表4.13。 表4.12不同级配曲线的AC一13改性沥青混合料三轴试验结果编 围压 仃l 盯3P q 求得抗剪指标级配号 (kp) (kp) (kPa) (kPa) (kPa) C(kPa) 西(。) R 2 16.5408.556580162.530.20.995 4级配一 O 582..257243411535l O 821..65.9594.5718.5.7422.75138.3.440.9882级配二038762.25415.250287521O 580..1级配三 147.528.90...25.15.75表4.13不同级配曲线沥青混合料抗剪指标汇总表级配曲线 级配1级配2级配3最佳油石比(%) 6.O5.76.5抗剪指标C值(kPa) 162.抗剪指标庐值(。)30.233.4428.9R20.9920.9880.997从试验结果可以看出,不同级配曲线的沥青混合料其抗剪指标有明显的不 同,试验结果表明,级配二的抗剪参数指标C值和≯值最大,说明级配二的抗 剪性能明显优于其他两个级配曲线的沥青混合料。可以从级配曲线图4.4中看出,级配一和级配二的2.36mm以下的细集料 走向一致,但2.36mm以上的级配粗集料走向不同,级配一走向偏上,级配二 走向偏下,因此级配一的粗料不足以形成骨架。级配二和级配三的4.75mm以上的粗集料级配曲线基本相似,但4.75mm以下的集料级配曲线不同,级配二的4.75mm以下集料走向偏上,级配三的4.75mm以下集料走向偏下,因此, 级配三的混合料的细料偏粗,将粗集料形成的骨架撑开。级配一集料偏细,从 图4.5沥青混合料结构组成示意图可以看出,各级集料均被次级集料所隔开, 不能直接接触形成骨架,集料悬浮于沥青胶浆之间形成悬浮密实结构,因此抗 剪强度指标C值和≯值不高。级配二,从混合料结构组成示意图4.6可以看出, 形成了较密实和明显的骨架结构,同时又有相当数量的细集料可填密骨架的空 隙,因此形成了骨架密实结构,因此沥青混合料的抗剪指标C值和庐值最大。 级配三,从图4.7混合料结构组成示意图可以看出,由于细料部分较粗所以将 粗集料形成的骨架撑开,同时没有一定数量的细料来填充骨架,因此形成的空 隙也较大,为减少沥青混合料的空隙,需增大沥青用量来填充空隙,又因级配 本身偏粗,比表面积较小,因此集料表面的沥青膜较厚,在高温条件下沥青起到了润滑作用,使得混合料的抗剪能力下降,所以抗剪指标c值和庐值较小。因此得出结论:级配只有形成骨架密实型时,其抗剪指标C值和庐值达到 最大。图4.5级配~沥青混合料结构组成示意图图4.6级配二沥青混合料结构组成示意图图4.7级配三沥青混合料结构组成示意图4.6油石比变化对沥青混合料抗剪指标C、p值的影响沥青混合料由沥青、集料和矿粉混合而成,显然这些材料的物理力学特性 将不同程度的影响到沥青混合料的路用性能。而沥青用量对混合料的抗车辙能 力有极为明显的影响,是影响沥青混合料抗剪性能的重要因素之一。同一级配 在不同沥青用量下沥青混合料其抗剪性能究竟有多大变化,是我们所关心的。 为研究不同油石比对混合料抗剪性能的影响,采用表4.7AC.13级配,采用 SBS改性沥青,沥青混合料在5%,5.5%,5.7%,6.O%,6.5%不同的油石比 下成型试件进行三轴剪切试验,剪切试验结果见表4.15。不同油石比下试件体 积指标性能见表4.14。表4.14试件体积性能表编号 油石比(%) 空隙率(%) VFA(%)1-l~1-654.6602.1~2.65.54.2653.1~3.95.74.17l4.1~4.66.O 4.2755.1~5-66.5不同油石比下的三轴试验试验结果表油石比 围压o-I o-3P q 求得抗剪指标编号(%) (kPa) (kPa) (kPa) fkPa) (kPa) c(kPa) ≯(。) R 2 1-45.51..I1..055..99l 1.4O 680.7O 340.35340.351—81.261.62761760.42.252.】 O 717.3O 358.65358.652—2138.55630.552..150.92l 5. 2—.2.3..65410.653—.953.94.5718.53—4O 845..73-l ..988 5.73—0387623—70830.5O 415.25415.253-3—0287524.16.O O 644...9484—43664.136374..15395.154.941l4.766005-l 0.3260.3411.945-5 5—36.62.528.930.992 5..95283.955..255..25不同油石比下的AC.13沥青混合料的抗剪参数汇总见下表4.16。表4.16不同油石比下的AC.13改性沥青混合料的抗剪参数汇总表 油石比(%) 55.55.76.O 6.5C(kPa) 175.74.74162.54≯(。) 35.30.9928.93R20...9917油石比与C的相关关系如图4.8所示。图4.8C值与油石比之间的关系图由图4.8可以看出在改性沥青AC—13混合料,其抗剪强度指标C值随着 油石比从5%~5.7%增加而增加,在此阶段,沥青不足以形成结构沥青薄膜来 粘结矿料颗粒。此时,随着沥青用量的增加,结构沥青逐渐增多,较好地包裹 在矿料表面,使沥青与矿料间的粘附力随着沥青的用量增加而增大。这说明适 当的增加沥青用量有利于提高沥青混合料的粘结力。当油石比在5.7%时,C 值达到最大,这说明,当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿料颗粒表面时, 沥青胶浆具有最优的粘聚力。之后C值随着油石比的增加下降速度很快,这一 阶段,由于沥青用量过多逐渐将矿料颗粒推开,在颗粒间形成未与矿料交互作 用的“自由沥青”,所以沥青胶浆的粘聚力随着自由沥青的增加而降低。以上的 分析可以看出,沥青混合料的粘结力在最佳油石比处达到最大,而沥青用量一 旦超过最佳油石比,粘结力降减弱的很快。因此在实际的工程中,应严格控制 沥青用量,使其在最佳油石比,或比最佳油石比偏小,要严格的控制防止沥青 用量偏大。油石比与庐的相关关系如图4.9所示。图4.9巾值与油石比之间的关系图从图4.9可以看出改性沥青混合料AC.13的≯值总体变化趋势是随油石比 的增大而减少,这是因为随着沥青用量的增加,沥青不仅起着粘结剂的作用, 而且起着润滑剂的作用,从而降低了粗集料的相互密排作用,因而降低了沥青 混合料的内摩擦角。但仔细观察本次试验的结果,可以发现,毋值随用油量从 5%~5.5%的增加而减小,这说明,在此阶段由于沥青的润滑作用,使得集料 之间的嵌挤作用有所减弱,从而西值减少。但油石比从5.5%~5.7%变化时,≯ 值呈现增长的趋势,其主要原因可能是在沥青的进一步润滑作用,集料之间(尤 其是细集料之间)在压实作用下,颗粒重新排布,使得颗粒之间的接触点增多, 从而≯值也增加。但是当油石比大于5.7%后,矽值开始下降。因此,在实际的 施工过程中,严格控制沥青用量使其在最佳油石比,这对于西值来说也是同等重要的。因此,严格控制沥青混合料的用油量是保证沥青混合料的抗剪强度的重要 措施。沥青混合料的抗剪强度参数C、矽值在最佳油石比时都达到最大,油石 比小于最佳油石比时,C、≯值下降不大,油石比大于最佳油石比时,C、庐值 下降很快。从沥青混合料抗剪性能变化的稳定角度出发,可以在最佳油石比的 基础上,适当的减少沥青用量,通过加大压实功,使混合料充分嵌挤,又没有 留下大的空隙率是提高沥青路面高温稳定性能的重要措施,尤其是对于超载车 和重载车多的路段,尤为重要。4.7沥青类型对沥青混合料抗剪指标g、妒值的影响沥青混合料是一个具有多级空间网络结构的分散体系,从最细一级网络的 结构来看,它是各种矿质集料分散在沥青中的分散系,因此它的抗剪强度与分 散相的浓度和分散介质粘度有着密切的关系。对同一种级配,利用不同类型的沥青进行抗剪试验,本研究利用两种沥青 制作试件,进行三轴剪切试验。采用的沥青为SBS改性沥青、泰国重交AH。704沥青。粗细石料均采用花岗岩,采用AC一13级配见表4.7。采用两种不同类型沥青油石比采用最佳油石比5.7%,分别成型试件进行 三轴试验,三轴试验结果见表4.17。表4.17不同类型沥青三轴试验结果沥青 围压o编号种类 (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) C(kPa) ≯(。) R 2 l一1O 82l-.65l一2138.95509.951.94.5718.5l-4O 845.41.5改性 ..98l 1.0387621.l 5.25415.25l-l .41.0287522.1重交 87. 2.6953l2.887122.402.5138l2—6276.35705.352.7O770O 3853852.813812.92762由于从评价沥青路面的高温稳定性出发,沥青的60℃粘度特别受到重视, 60℃粘度指标常作为反映沥青在盛夏季节沥青耐热性的指标。夏季沥青路面的 温度可达50。C~70℃,因此测定60℃粘度可较真实地反映路面的实际使用情 况。本文也采用布氏旋转粘度试验方法测试了这两种不同类型沥青的60℃粘 度,并将其与沥青混合料的抗剪强度对应的C、o值汇总如下表4.18所示。 表4.18不同类型沥青混合料三轴试验结果汇总表SBS成品改性沥青混和料类型 60℃沥青粘度(Pa.s) C(kPa) 巾ro) 空隙率 AC..44.1%重交AH.70”沥青混和料类型 60℃沥青粘度(Pa.s) C(kPa) 中f。) 空隙率 AC..14.5%从试验结果表4.18可以看出,随着沥青粘度的增加,沥青混合料的粘聚力 C值有较大的提高,这从~定程度上反映出沥青的粘度间接反映了沥青内部的 沥青胶团相互位移,是其分散介质抵抗剪切作用的抗力,所以沥青混合料受到 剪切作用时,特别是受到短暂的瞬时荷载时,具有高粘度的沥青能赋予沥青混 合料较大的粘滞阻力,因而沥青粘度高的沥青混合料具有较高抗剪强度。 从试验结果表4.18可以看出,沥青混合料的摩擦角中随着沥青粘度的增 加而有所增大,这是因为高粘度的沥青往往会牵制颗粒移动,如果沥青粘度太 低,压实时集料颗粒容易移动和推移,从而摩擦角中减小。但摩擦角。随沥青 粘度增加的其变化幅度很小,这也从另一个方面说明了,沥青的粘度主要是通 过影响沥青混合料的粘聚力c值来影响沥青混合料的抗剪性能的,其对沥青混 合料的摩擦角中影响不大。根据以前的试验研究[381,随沥青粘度的变化,混合料的c和m值变化的 规律汇总如图4.10所示。由图中也可以看出,沥青混合料的粘聚力c和内摩 擦角。随沥青粘度的提高而增大。因此本次研究得到的沥青粘度与抗剪强度参数的关系与以往的试验研究是一致的。图4.10粘度和C、中值的关系图同时,由于改性剂的加入使得沥青发生了相转变,引起了沥青组分的重新 分配,形成了一种均匀、分相而不分离的织态结构,从而使得基质沥青的性能 大为改善,因此使用SBS改性沥青的沥青混合料的抗剪性能明显要优于重交沥 青的抗剪性能。对于重载耐久的沥青路面上、中面层可以考虑采用改性沥青提 高其抗车辙能力。4。8不同压实度对沥青混合料抗剪指标c、妒值的影响对于同一种沥青混合料由于压实的差异,从而造成沥青混合料的空隙率有 所偏差。在工程中的具体体现就是,路面压实度的存在不均匀性,从而造成局 部的性能薄弱,从而成为影响沥青路面总体质量的隐患。在我国新建的高速公 路,不少由于沥青面层的压实度不足、空隙率较大,导致高温稳定性不足而产 生早期破坏。因此,研究不同空隙率变化对沥青混合料抗剪性能的影响有着现 实的意义。为研究不同压实度变化对混合料抗剪性能的影响,采用表4.7AC.13级配,对上面层AC.13改性沥青混合料在最佳油石比5.7%下按设计空隙率为 4%,7%,10%分别进行成型试块,并进行三轴剪切试验,试验结果见表4.20, 不同压实度下的沥青混合料的体积指标见下表4.19。表4.19实测试件平均体积性能表编号 虽佳油石比(%) 空隙率(%) 压实度(%) VFA(%)1—1~1.65.74.199.8702—1~2.65.77.296.7693.1~3.65.79.594.365注:压实度通过换算所得,压实度=试件的毛体积密度,试件的标准毛体积密度,试件的 标准毛体积密度为试件空隙率为4%时的毛体积密度。表4.20不同压实度下的AC.13改性沥青混合料的三轴剪切试验结果表 编 空隙率 围压 o1..95l-3276.5718.51-4O845..71.54..6511.6276621.7O 830.5O 415.25415.25l-8138.4558.41.0287522一l .42283.422.l .302..507.0.964 2..68260.682—l .942._853-l .90226.903—.173..879.5l 36. 3-.90187.903..763..77不同压实度下的AC.13改性沥青混合料的抗剪参数汇总见下表4.21表4.2l 不同压实度对应的抗剪参数汇总压实度 99_8%96.7%94.3%抗剪指标C值(kPa) 36.08抗剪指标西值(。) 33.R20..9676从表4.21上可以看出,对于三轴剪切试验来说,抗剪指标C值,西值都随 着压实度的增大而增大。从表4.21上可以看出压实度从94.3%提高到99.8%,C值增加了60%,m值增加了38%。由此可知压实度大小对抗剪参数C,矽值 的影响都是很显著的。因此,在实际的工程中,一定要做好压实工作,确保沥 青路面的压实度,能较好地提高沥青混合料的抗剪强度。4.9本章小结本章通过大量的试验,分析了沥青混合料抗剪强度指标c、m值的影响因 素,得到了如下结论:l、沥青混合料类型是其高温稳定性的重要影响因素,其中集料的粒径对 沥青混合料的高温稳定性有相当的影响。随着矿料粒径的增大,沥青混合料的 粘聚力C值呈现出减少的趋势,但是沥青混合料的摩擦角巾值呈现出增大的趋 势,所以只有当C值和中值都较高时沥青混合料才具有较好的抗剪性能。 2、三轴试验结果表明同种类型的沥青混合料同粒径不同级配走向,其抗 剪性能区别较大,且骨架密实型级配类型的抗剪性能最好。3、三轴试验结果表明沥青含量对沥青混合料抗剪性能有重要影响。沥青 混合料的抗剪强度参数C、巾值在最佳油石比时达到最大,油石比小于最佳油 石比时,c、m值随沥青含量的增加而增加的幅度较慢;油石比大于最佳油石 比时,C、o值随沥青含量的增加下降幅度较快。从沥青混合料抗剪性能稳定 性考虑,可以在最佳油石比的基础上,适当的减少沥青用量。4、三轴试验结果表明沥青类型同样是影响沥青混合料抗剪性能的重要因 素。随着沥青粘度的增加,沥青混合料的粘聚力C值有较大的提高,摩擦角。 随着沥青粘度的增加也有所增大,但增加幅度不大。这说明沥青粘度主要是通 过改变沥青混合料的粘聚力C值来影响沥青混合料抗剪性能的。研究表明改性 沥青的抗剪性能明显要优于重交沥青的抗剪性能。5、沥青混合料的压实度对其抗剪性能有较大的影响。抗剪指标C值、≯值 都随压实度的增大而增大,因此,在路面施工时确保路面压实度是保证路面抗 剪性能的有效措施。第五章车辙试验指标与三轴试验指标对比分析通过前面的试验研究我们知道,三轴试验是目前最接近沥青路面的三向受力 状态的试验方法,通过试验得到的抗剪指标较真实、可靠,是最好的高温稳定性 评价试验方法之一。目前模拟沥青路面上车辆行驶时高温车辙的实际情况常采用 车辙试验,由于试验方法思路清晰、操作简单,虽然得到的试验指标并不是力学 指标,但可预估车辙形成的发展。因此车辙试验与三轴试验由于试验方法的不同, 所采用评价指标也不同,他们之间存在着什么样对应关系?这是我们所关心的。 因此本章对三轴试验得到评价指标C、巾值与相应的车辙试验的动稳定度指标 DS进行分析。5.1车辙试验介绍5.1.1试验原理车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动变形能力的 方法,通过板块试件与车轮之间的往复相对运动,使试块在车轮的重复荷载作 用下,产生压密、剪切、推移和流动,从而产生车辙。在试验过程中测定试块 的变形与时间或车轮通过的次数之间的关系,计算沥青混合料的变形率或动稳 定度,分别表示为mm/min或次/mm。车辙试验是~种工程试验方法,试验结果 是工程指标而不是力学参数,因此目前还不能用于理论计算。但由于试验结果 与实际路面车辙相关性好,试验结果用于检查沥青混合料的抗车辙能力。 5.1.2试验设备采用国产车辙试验机,进行非浸水条件下车辙试验。本试验采用的车辙试 验机主要包括行走机构、控制记录及温控系统。试验条件如下:加载轮尺寸:直径200mm,宽50mm。加载轮材料:橡胶轮实心轮胎轮压:0.7Mpa行走距离:230mm碾压速度:42士1次/mm,行走均匀试验温度:60士1℃试件尺寸:300mmx300mmx50mm试验精度:O.01mm环境:非浸水其中,对于试验温度,由于我国夏季许多地区的路面温度都在60同时也是为了与三轴试验的试验温度统一,所以采用605.1.3试验方法(1)试件制备按照我国规定的标准板块状试件尺寸为300mmx300mmx50mm进行制备。 试块压实成型后,基质沥青试件养生12h以上,改性沥青试件养生48h以上,可 进行试验。(2)测试方法试验前先对温度控制系统、试验系统以及定时系统进行校准,然后在试验 前设定到要求的试验温度、试验荷载、加载速度及试验时间。测试时,首先将 高温恒温室升温至设定的温度,然后将试块连模放入恒温室中,当试块温度升 至要求的试验温度,且试块内外温度一致时,把试块放在试验机上进行试验。 试块的升温、恒温过程,需用温度计进行监测。测试时使车轮行走方向与试块 成型的碾压方向一致,并在开始试验的同时记录试验时间、温度、加荷次数、 变形量。到规定时间后停止试验。(3)动稳定度DS计算:动稳定度DS(次/mm)按下式计算:DSl:坠二业竺 (5.1) d2一dl式中:dl一荷载轮作用时间tl(一般为45min)时的永久变形,d2一荷载轮作用时间t2(一般为60rain)时的永久变形,mm。5。2车辙试验结果与三轴试验结果对比分析5.2.1普通重交沥青混合料车辙试验结果与三轴试验结果分析 级配采用第四章表4.7的AC—13,AC.20,AC.25三种不同级配,用重交 沥青在最佳油石比下成型车辙试件及三轴试件,进行试验,车辙试验结果和三 轴试验结果见表5.1。表5.1在最佳油石比下三种级配抗剪指标与车辙动稳定度结果汇总表 级配类型 AC.13AC一20AC.25沥青类型 重交沥青 重交沥青 重交沥青抗剪参数指标C值(kPa) 187..7抗剪参数指标西值(。) 32.0635.9336.2R 20..996动稳定度(次/mm) l 图5.1不同级配曲线的C值对照图图5.2不同级配曲线的≯值对照图图5.3不同级配曲线的动稳定度对照图从图5.1、5.2、5.3可以看出,AC.25级配虽然m值较大,但是C值较AC.13、 AC.20的小,所以其动稳定度并不大,AC一13级配虽然C值较大,但是由值较 AC.20、AC一25的小,所以其动稳定度也并不是最大,只有AC一20级配的C值 和m值都较大,对应的动稳定度为最大。不同粒径级配的C、m值与动稳定度 DS间有着较强的对应关系。可以看出只有当C值和由值都较大时其动稳定度 较大。5.2.2改性沥青AC-13车辙试验结果和三轴试验结果相关性分析 采用第四章4.5中图4.4的三组不同AC一13级配,用改性沥青在最佳油石 比下成型车辙试件和三轴试件,并进行试验,车辙试验结果和三轴试验结果见 表5.2。表5.2在最佳油石比下三组不同级配曲线的混合料三轴抗剪指标汇总表 级配类型 级配一 级配二 级配三沥青类型 改性沥青 改性沥青 改性沥青抗剪参数指标C值(kPa) 162.抗剪参数指标西值(。) 30.233.4428.9R 20.7车辙动稳定度(次/ram) lOO200罡150趔lOO50u级配一 级配二 级配三1■■一 啊_啊_啊_啊_I—l I‘U1级配一级配二图5.6不同级配曲线的动稳定度对照图同样从图5.4、5.5、5.6上可以看出级配二的C、由值最大,对应的车辙动 稳定度也最大。对于三种不同改性沥青混合料,其抗剪指标C、中值与动稳定 度DS也有着对应关系。5.3本章小结本章通过研究普通沥青混合料和改性沥青混合料的高温车辙试验的动稳 定结果与抗剪强度指标C、巾值对比分析发现当C、中值都较大时,对应的车 辙动稳定度就越大,高温稳定性就越好。
欢迎转载：
相关推荐：