沥青混合料劲度模量Word下载.docx
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1通常意义上的时间2加载速率3换算时间
沥青结合料的劲度模量Sbit除了由实验获得外，可以从著名的VanderPoer诺模图（见下图）求出，它取决于沥青的针入度指数PI，软化点及荷载作用时间，当为W级沥青（蜡含量高）时，PI要从不同温度的针入度回归求出，软化点也要用当量软化点T800代替。
当沥青粘度已经测定后,沥青劲度模量可以简单的由下式求得：
σ，ε——拉伸状态下的应力和应变
ε——应变速率
λ——拉伸粘度，它与通常的剪切粘度η存在三倍法则λ=3η。
二、沥青劲度模量的作用
①用于预估沥青混合料的劲度模量；
Heukelom和Klomp建立了沥青劲度模量与沥青混合料的关系式，并考虑了矿料体积百分率和空隙率的影响：
其中：
为混合料中的集料体
积率:
为矿料体积百分率
Vv——混合料的空隙率。
该公式已经由VanDraat及Sommer对混合料不足3%作了修正，
以上关系已作出了诺谟图，见下图
②评价沥青混合料的低温抗裂性能。
由F.Bonnaure在1977年，用弯曲试验建立的沥青劲度预估沥青混合料的进度及相位角的方法如下：
预估沥青混合料相位角的诺谟图
以上诺谟图也按下表根据不同的沥青劲度利用计算机计算求得
三、劲度模量对路用性能的影响
沥青路面结构设计可以看作是建立一个多层次系统结构。
每层的结构性能由表示这层材料特性的各种参数决定,也就是各层的厚度、劲度模量、泊松比及疲劳性能曲线。
除力学特性外,层间摩擦力也很重要。
假如两层间黏结充分,也就是层间不会在连接面产生滑动,则路面结构的张力相对要小很多。
除层间完全连续、绝对光滑的情况外,还可计算具有部分摩擦力时的情况。
1.现行设计方法（BISAR计算程序）
力学路面结构设计---多层系统力学参数---适用于特定情况通过常用计算机软件进行设计。
BISAR程序较为普遍,由壳牌实验室开发。
程序最大适用于10层系统。
通过力学和几何学特性对系统进行明确描述。
最底层假定为无限大,层厚无限。
荷载定位在坐标系中,程序适用于多层圆形分布荷载叠加。
通过x,y,z坐标可以在坐标系中进行定位,程序在坐标系中计算张力、压缩应变及位移。
2.计算后路面结构的建立
为了与规范一致,在路面结构设计中,要从路面结构类型中选定合适的路面结构,适应交通量及路基的需要。
路面结构由以下各层组成:
（1）沥青面层;
（2）沥青联结层;
（3）沥青基层---假设总厚度足够;
（4）底基层;
（5）路基。
各层物理特性在以下分项中概述。
沥青类型名字已经从2008年5月更改,但由于本研究在2005~2007年间,因此仍采用旧名字。
2.1路基
路基是一个无限厚度的半球体。
这里的劲度系数是指静态模量E2。
基于设计规程,设计荷载较不利于满足设计寿命内的可预见承载值。
本设计过程考虑E2=40MN/m2。
本例中,E2的值在40~80MN/m2之间以10MN/m2为一阶变化,应力随之发生相应变化。
表1基层厚度与模量
类型
层厚/mm
劲度模量/MPa
泊松比
M50
200
90
0.35
FZKA
200
135
CKt
150
2000
0.25
CKt
2000
Concrete
200
20000
2.2底基层
表1中描述了基层厚度及其劲度模量。
M50的力学静态模量是通过SHELL公式确定的。
根据公式,模量由路基模量决定。
即E粒料=E路基×
0.2×
H0.45
FZKA碎石垫层模量下式确定：
E碎石垫层=E路基×
（1+10.52×
lgH碎石垫层-2.10×
lgE路基×
lgH碎石垫层）
CKt（水硬性砂砾石）的劲度模量确定在2000MPa;
本研究沥青路面设计过程也假定为此值。
混凝土基层回弹模量可以根据平均压应力参照混凝土技术公式计算得出。
2.3上基层
上基层采用沥青材料,但上基层之上加铺联结层越来越普遍。
在此计算中,劲度模量的值为假设值。
2.4联结层
联结层材料多采用K-22、K-22/F混合料。
其劲度模量的测试方法之一是采用IT-CY（圆柱体试件间接张拉法）测试。
在布达佩斯工业与经济大学公路工程实验室,沥青混合料劲度模量的确定采用IT-CY方法进行测试。
测试温
度为10!
。
基于此来测定K-22/F的劲度模量,见表2。
表2计算采用沥青材料劲度模量
试件数量
均值
标准差
最小值
最大值
AB-11/F
57
12825
1253
10771
14879
K-22/F
43
14846
1594
12232
17460
3.5面层
目前道路建设最常用材料是AB-11,AB-11/F,AB-16,AB-16/F,ZMA-11混合料。
本计算采用AB-11/F混合料。
面层和联结层三种模量分别确定,即均值、最小值、最大值,最小值和最大值分别都在95%保证率之内。
此计算中不采用改性沥青,虽然其具有较高的劲度模量。
3.采用的路面结构
计算采用的材料性质见表3。
路面结构沥青层总厚度由交通荷载等级（采用交通荷载等级C,D,E,K）及基层确定,同时考虑最大及最小层厚:
（1）AB-11/F层厚在35~60mm之间;
（2）K-22/F层厚在70~100mm之间。
完全光滑情况单独考虑,之后分别考虑光滑程度100%,75%,50%,25%,0%的情况。
计算中,单轮荷载50kN（单轴重100kN）,作用半径R=0.15m,p=0.707MPa。
4.计算过程
沥青层破坏假设为层底拉应力造成,同时垂直压应力达到最大。
经验显示压应力不会达到容许极限值,因此将讨论沥青层最小压应力的控制。
假设完全光滑情况可实现,正是沥青层最小应力情况,此时应力水平明显小于中值水平。
反之,各沥青层应力要控制在更低水平。
计算中包括20种路面结构类型,见表3,包括5种基层类型情况,3种不同劲度模量面层,3种不同劲度模量联结层,5种不同沥青层间摩擦力情况。
表3计算中采用的路面结构类型
层1层2层3层4
编号总厚度
厚度/cm混合料厚度/cm混合料厚度/cm混合料厚度/cm混合料
M50-C166AB-11/F10K-22/F20M50----
M50-D194AB-11/F7K-22/F8K-22/F20M50
M50-E235AB-11/F9K-22/F9K-22/F20M50
M50-K266AB-11/F10K-22/F10K-22/F20M50
FZKA-C155AB-11/F10K-22/F20FZKA----
FZKA-D184AB-11/F7K-22/F7K-22/F20FZKA
FZKA-E224AB-11/F9K-22/F9K-22/F20FZKA
FZKA-K255AB-11/F10K-22/F10K-22/F20FZKA
CKt1-C134AB-11/F9K-22/F15CKt----
CKt1-D184AB-11/F7K-22/F7K-22/F15CKt
CKt1-E204AB-11/F8K-22/F8K-22/F15CKt
CKt1-K244AB-11/F10K-22/F10K-22/F15CKt
CKt2-C114AB-11/F7K-22/F20CKt----
CKt2-D145AB-11/F9K-22/F20CKt----
CKt2-E195AB-11/F7K-22/F7K-22/F20CKt
CKt2-K235AB-11/F9K-22/F9K-22/F20CKt
B-C166AB-11/F10K-22/F20Concrete----
B-D184AB-11/F7K-22/F7K-22/F20Concrete
B-E184AB-11/F7K-22/F7K-22/F20Concrete
B-K195AB-11/F7K-22/F7K-22/F20Concrete
5.计算结果
5.1面层层底拉应力
如果沥青层间无摩擦力,则拉应力只在面层层底出现,否则将出现压应力。
计算证明了这一点,甚至在摩擦力25%时,只有沥青层总厚度较小的情况才会出现20~25με的应力。
由此,在设计时,这种标准在沥青层间完全光滑情况时需要考虑。
然而,这种情况在实践中可能发生,但只在极端情况下出现。
图1中显示出几种不同路面结构类型在最小及最大模量下的面层应力。
同交通荷载水平的增长一样,应力通常不会降低,这是由面层厚度的不连续性造成的。
6.2沥青层底拉应力
沥青层底应力的增长符合早期经验与研究结论---是路面结构疲劳破坏的主要原因之一,这意味着,此处的应力值是最大的。
这种情况下就要确定路面结构的哪个参数的变化导致了应力的明显变化。
图2示例出沥青层在较低应力水平时劲度模量与应力的关系。
计算结果显示,层底应力与面层劲度模量关系不大。
假设路面结构不变,只改变面层模量,层底应力的变化范围可计算得到,在表4中显示出其在路面类型中的性能。
可以看出,基层强度越大,面层劲度模量在路面结构中的影响越小。
图1不同类型层底拉应力
联结层劲度对路面结构性能有较大的影响。
如图2所示,偏差的减小与基层劲度模量的增大并存,但对某一固定基层类型,仍变化较大（15%~25%）。
计算结果中可以看出,联结层材料质量和物理参数的改
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