应力吸收层在沥青混凝土结构中设计参数的研究

刘文晶,樊久铭

(哈尔滨工业大学国家级力学实验教学示范中心)

应力吸收层在沥青混凝土结构中具有防止和延缓反射裂缝的功能,可增加沥青混凝土的疲劳寿命,同时防止水的渗透。沥青混凝土的定义是由沥青胶结料和集料胶结在一起组成的路面材料,尽管应力吸收层的定义更加突出了作为使用功能的一方面,但实质上是一种特殊的沥青混凝土,沥青含量较高,因此其主要设计参数和普通沥青混凝土无异,包括抗压模量、劈裂强度、泊松比等。在国外,沥青混合料的抗压模量称之为劲度模量,沥青混合料的模量与加载速度、加载时间、试验温度密切有关,因此沥青混凝土的模量和强度均在指定的条件下进行。

1 抗压回弹模量

沥青路面结构进行弯沉计算时需要沥青混凝土的抗压回弹模量,该抗压回弹模量试验测试温度 20℃,此外,如进行弯拉验算时,则采用测试温度 15℃时的抗压回弹模量,劈裂强度的试验温度同样是15℃。

试验采用圆柱体试件,其直径 D为 10 mm,高 h为100mm,试验加载的速率为 2mm/min。试验成型采用静压法、轮碾法、搓揉法和旋转压实成型法,试件的密度符合马歇尔标准击实密度的 100%,用于抗压强度试验的试件个数不得少于 3个,用于抗压回弹试验的试件个数不得少于 3～6个。对抗压强度要求以 2 mm/min的加载速率均匀加载直至破坏,由破坏荷载P(N)和圆柱体试件的面积参数可计算得出试件的抗压强度(MPa)为

对抗压回弹模量,应根据试件的平均抗压强度把对应的荷载均匀分成十级,分别取 0.1 P,0.2 P,0.3 P,0.4 P,0.5 P,0.6 P,0.7P七级作为试验荷载。首先以 2 mm/min的加载速率均匀加载在 0.2 P并保持 60 s进行预压和观察两个千分表的读数是否接近,然后以 2mm/min的加载速率均匀加载至 0.1P,立刻记录两千分表的读数和实际的荷载值,再以同样的速率卸载至零荷载,并保持 30 s,再次记录两千分表的读数,加载与卸载两次读数之差即为此级荷载作用下的回弹变形 Δl1(mm)。然后依次加载 0.2 P,0.3 P,0.4 P,0.5 P,0.6P,0.7 P,测定每级荷载作用下的回弹变形Δli(mm)根据各级荷载对应的抗压强度 Rci和回弹变形 Δli关系曲线,在经过原点修正后的 Rci和Δli关系曲线上读得第五级荷载对应的抗压强度 Rc5和 Δl′5,沥青混凝土的抗压回弹模量 E(MPa)为

按照上述步骤进行抗压试验,7级回弹,原点修正后取第 5级的数据计算回弹模量,试验结果见表 1。

表 1 抗压回弹模量试验结果

2 泊松比

路面结构计算时需要泊松比数据。泊松比定义为侧向压力与轴向应变的比值。在进行回弹模量试验时,量测轴向和侧向应变,就可确定泊松比。由于泊松比对路面响应的影响较小,通常可假定适当的值用于设计,而不是根据实际试验确定其值。

规范规定采用劈裂试验测定材料的泊松比。在试验室旋转成型了直径为 100mm的试件,在 20℃时进行劈裂试验,但应力吸收层材料横向变形非常大,往往超过了传感器量程,使得测量数据可靠度下降。为此利用测试回弹模量的圆柱体试件,在进行抗压回弹模量试验的同时,采集试件的径向变形,然后根据抗压试件的轴向变形量计算其泊松比。测试抗压回弹模量与泊松比的计算如图 1所示。

图 1 泊松比测试示意图

泊松比按下式计算

式中:μ为泊松比;△D为径向的变形,mm;△L为轴向的变形,mm;D为试件的直径,mm;L为试件的高度,mm。

试验温度 20℃,泊松比测量结果如表 2所示。

表 2 泊松比试验结果

由表 2可知,采用抗压回弹试件测定泊松比,其结果比规范推荐的数值要小。

3 结 论

应力吸收层的抗压回弹模量较低,泊松比也比普通沥青混凝土低。

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