路面材料的力学性质.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑路面材料的力学性质 第八章 路面材料的力学性质 (三) 本次研究主要成果 加入此专题研究的有七个省、四院校，共计十一个单位，重点对十种半刚性材料和沥青混合料举行了测试和研究工作，根据这些资料汇总取得以下成果 1、半刚性材料龄期与强度模量、龄期的增长规律 将全国资料汇总分析，总结了石灰土、二灰土、二灰碎石，水泥粉煤灰碎石、水泥碎石、水泥砂砾、水泥石粉煤灰砂砾、石灰水泥碎石等几种半刚性材料的抗压强度R、抗压模量E、劈裂强度ζ、劈裂模量E随龄期(日)d而增长的规律，它们之间具有良好的直线型或幂函数关系，以幂函数的相关性更好 表6-1、6-2汇总了半刚性材料ζ～d、E～d的相关关系 表6-3、6-4表示了水泥碎石、二灰碎石的E～d、R～d、E～d、ζ～d的增长规律由表可知，水泥碎石的力学参数在28天时，平均可达成180天的54%，90天平均可达成80%；二灰碎石的力学参数在28天仅平均达成38%，90天平均达成64%，由此可见原模范对水泥碎石采用90天的龄期，二灰碎石力学参数初期增长缓慢，为充分发挥材料的潜力，采用180天龄期是合理的。

水泥碎石90天龄期的抗压强度E、R可达成180天的E、R的80%和88%，而劈裂参数E、ζ却为78%和72%，二灰碎石90天龄期的抗压参数E、R可达成180天的70%，而劈裂参数E、ζ仅达成56%和59%所以，劈裂参数比值多数较抗压参数比值低 表6-1-1 半刚性基层材料劈裂强度ζ～d增长规律 表6-1-2 半刚性基层材料劈裂强度ζ～d增长规律 表6-2-1 半刚性基层材料抗压模量E～d增长规律 表6-2-2 半刚性基层材料抗压模量E～d增长规律 表6-3 水泥碎石 表6-4 二灰碎石 2、半刚性材料参数汇总及变异性分析 表6-5汇总了全国十个单位测试的各种半刚性材料设计参数——抗压强度R、抗压模量E、劈裂强度δ 将表6-5的各种半刚性材料按力学指标——R，E，ζ，E并按大小举行排列，分别计算其平均值，均方差，按98%的保证率计算代表值，并将排列序号相加得到合计分，分数最少的为第一名，分数最多那么在排序为结果表6-6为力学指标排序表 由表可知，抗压强度与模量之间的对应关系没有劈裂强度与劈裂模量之间对应关系好，这与回归公式反映在相关性方面是一致的。

若从四个力学参数指标综合评分结果来看，仍能将十种半刚性材料举行粗略的排队限于本次试验的结果分析：①二类砂砾、二灰碎石、水泥粉煤灰碎石是最好的基层材料；②其次是石灰水泥粉煤灰碎石、水泥稳定碎石、砂砾等综合稳定类；③这次试验中石灰水泥碎石因水泥剂量仅3%，石灰5%，实际上属于石灰稳定类，故强度、模量稍低；④这次试验的二灰土和水泥灰土砂的力学参数均较高，这说明这类材料只要拌和平匀，是可以获得良好的强度和刚度，作为底基层用是一种好材料；有的省在缺乏砂石料地区将水泥灰土砂用作二级马路的基层，路面的弯沉值也较小，但裂缝进展较快，应进一步查看，总结阅历；⑤石灰土仍是各种半刚性材料中力学性能最差的一种材料，因此，随着当前交通量不断增加、车型不断增量的形势下，石灰土不宜作为高等级马路的基层用 表6-6 半刚性材料按力学特性排列名次 表6-7汇总了十种材料参数的变异系数 由表可知，各种半刚性材料的变异系数变化范围均在5-55%左右，多数为5-30%这样大的变异性是与材料类型、各地原材料的质量差异、合作比差异有关，与制件和测试的操作和养生设备等人为因素有关，因此，设计时应根据各地区的材料、实测材料设计参数，考虑施工的实际处境确定采用的设计参数值。

表6-7 半刚性基层材料参数变异系数C(%) 3、材料模量与强度关系 根据测试结果，按抗压模量与抗压强度的均值，劈裂模量与劈裂强度的均值举行回归分析得到如下相关关系： 基按抗压模量与抗压强度的代表值，劈裂模量与劈裂强度的代表值举行回归，可得(6-2-1)、(6-2-2)相关关系： 由数理统计可知，对于样本容量n=10的回归，若要求95%稳当性，那么最小相关系数为0.632；若要求90%稳当性，那么相关系数最小应达成0.549因此，除(6-2-1)式外，其他公式均可利用作为模量值的估算 4、抗压、劈裂、弯拉参数之间比较关系 (1) 标准条件下设计龄期各种力学参数比较关系，无论是用均值，还是代表值，同类材料的R/ζ，E/E比值，其变异性均较大，且模量比值的变异性大于强度比值各半刚性材料R/ζ，E/E，其变化范围强度比一般为5-11，模量比1.2-6详见分报告五 半刚性材料抗压参数与劈裂参数均值比： 半刚性材料抗压参数与劈裂参数代表值比 (2) 十种半刚性材料抗压参数与劈裂参数之间相关关系： 以上四个公式中，除抗压模量均值与劈裂模量均值间建立的回归公式(6-3-2)其相关性较差外，其他三个统计公式均成立。

(3) 弯拉参数与劈裂参数的比值 石灰土 二灰碎石 石灰土稳定碎石 水泥碎石 5、现场制件与室内标准制件比较 在标准养生条件下，规定龄期时现场制件与室内制件的设计参数比较，从本次测定结果来看，尚未得出明确的规律，分散性较大对同一种材料而言，抗压强度的变异性较小石灰土的比较处境与其他材料不同，广西、湖北、吉林三省的资料说明，现场制件测定值大于室内制件测定值，而同济大学在苏州试验路上测得的结果是现场制件测定值小于室内制件测定值 表6-8为现场制件与室内标准制件的设计参数统计表，仅供推举材料设计参数时参考 表6-8 现场制件与室内标准制件参数的关系统计表 6、半刚性基层材料设计参数的时-温换算关系 半刚性基层材料的强度和模量在某种温度范围内随着龄期增加而增长在工程实践中采用一个标准龄期作为确定材料设计参数的标准：即室内养生温度20℃±2℃，相对湿度大于90%条件下，水泥稳定类以三个月龄期(90d)，灰土和二灰稳定类以六个月龄期(180d)为标准 由于龄期长，给工程设计和施工技师检验带来不便，因此，采用快速养生法预料半刚性基层材料的强度和模量参数值是特别必要的。

经研究说明，养生龄期天数d与养生温度T存在式(6-6)所示的关系(a为试验系数，即材料系数)： 即能在较短的时间内以较高的温度获得相当于标准养生温度20℃±2℃下较长龄期(设计标准龄期)的结果为了在较短的时间内获得标准养生条件下规定设计龄期强度，那么养生温度越高越能节省时间但从国外资料说明，高于60℃后规律性较差，所以选用60℃作为快速养生的标准温度 为了建立半刚性基层材料的时-温换算关系，同济大学道路与交通工程研究所对二灰碎石、水泥碎石两种典型半刚性基层材料在五种养生温度(15、20、40、50、60℃)下和不同养生龄期时的抗压强度和模量以及劈裂强度和模量举行了测试研究现将其结果成果汇总于下 (1) 二灰碎石 1) 抗压参数时-温换算关系 对于二灰碎石抗压强度和模量得到如下时-温换算关系： 这就说明，在60℃的养生温度条件下养生一天，相当于标准养生温度20℃下养生20天即在60℃的养生温度条件养生9d测得的抗压强度和模量值，就相当于标准养生条件(温度20℃、龄期180d)下的设计参数 2) 劈裂参数的时-温换算关系 对于二灰碎石劈裂强度和模量得到如下时-温换算关系： 式(6-8)说明，在60℃的养生温度条件下养生6d测得的劈裂强度和模量，就相当于标准养生条件 (温度20℃，龄期180d)下的设计参数。

(2) 水泥碎石 对于水泥碎石在不同养生温度下和不同龄期时的抗压强度和模量、劈裂强度和模量的研究说明，它们存在一个通用的时-温换算表达式： 式(6-9)说明，60℃的养生温度条件下，养生11.25d(11天6小时)所测得的水泥碎石的抗压强度和模量、劈裂强度和模量即可作为龄期90d水泥碎石的设计参数值 (3) 进一步验证 表6-9 半刚性基层材料设计参数的时-温换算关系汇总表 为了验证同济大学的上述成果，山西省交通科研所、广西交通设计院和交通科研所对二灰碎石和水泥碎石也举行了快速养生与标准养生比较试验研究根据其测试数据，我们按同样的数据整理方法举行整理分析，其结果与同济大学建立的d/d值比较分析见表6-9由表6-9可知，12组数据有4给数据误差达40%以外，其余8组数据的误差均小于15%，只要在快速养生过程中严格按试验规程举行，那么按快速养生法测试的试验数据，是可以用于预料设计参数值因此，快速养生方法对加快设计合作比周期，对施工质量操纵和质量检验具有重要意义，是一项具有较大实用性的技术快速养生法可在生产中进一步推广应用。

7、沥青混合料材料设计参数与温度的关系 由于弯沉设计指标是以20℃为标准温度，层底拉应力验算是以15℃为设计温度，因此，沥青混合料的抗压参数以20℃为标准温度，劈裂参数以15℃为标准温度，分别建立材料设计参数与温度的相关关系，表6-10-1为沥青混合料抗太强度和抗压模量与温度T间的关系 式汇总表，表6-10-2为沥青混合料劈裂强度、劈裂模量与温度T的关系式汇总 根据山西省交科所的研究说明：对同一级配类型的沥青混凝土，抗压参数、劈裂参数与标准温度之比值同温度T的关系式与沥青标号无关；表6-10中说明，中粒工沥青砼的密级配与开级配的相关公式很接近；同济大学与公规院的成果也说明，级配类型对设计参数与温度的影响不大因此，将表6-10的资料汇总，综合得到如下表达式 根据上述公式，只要测得20℃或15℃以下的抗太参数或劈裂参数，就可推算-10℃～+30℃范围内的相应设计参数 表6-10-1 沥青混合料抗压强度R和模量E与温度T的关系式汇总 表6-10-2 沥青混合料劈裂强度ζ和模量E与温度T的关系式汇总 8、沥青混合料劈裂参数与加荷速度关系 同济大学对单家寺沥青AH-70，采用中粒式沥青混凝土(LH-20I)举行了温度(T)为0、7.5、15、25℃时，加荷速度(V)为2、6、20、50mm/min的劈裂强度、劈裂模量的测试，经整理分析得到如下关系： ①以代表值回归结果 ②在标准温度为15℃时，可简化为： ③当沥青标号小于100的沥青混凝土： ④当沥青标号大于100的沥青混凝土： 9、沥青混合料抗压、劈裂、弯拉设计参数的关系 根据《路面材料抗弯拉设计参数简化测定方法》研究，曾对中粒式沥青混凝土CH-20I和粗粒式沥青混凝土CH-30II在15℃条件下的抗压强度、模量，劈裂强度、模量以及弯拉强度，模量之间举行比较测试分析结果汇总于表6-11。

表6-11 各设计参数比较 在马路路面中，首先应考虑材料抗争车辆荷载压碎的抗压强度通常，材料的抗压强度越高，荷载支承才能也越高另一方面，高强度材料的修建本金总量较高此外，还应研究材料在荷载作用下的变形特性，即应力-应变性质问题普遍的建筑材料，其应力-应变关系分为。