沥青路面设计参数研究

1抗压回弹模量测试

1.1抗压回弹模量定义抗压回弹模量表征试件抵抗竖向变形的能力，定义为垂直方向逐级加载、卸载作用下，荷载强度与试件的回弹变形关系［3］，见公式(1)。E'=q5'×LΔl5'(1)式中:q5'为5级荷载下的压强;L为试件的高度;Δl5'为修正后5级荷载下的回弹变形。抗压回弹模量试验方法和设备简单，但该参数不能准确反映工程实际情况。首先，车辆行驶对沥青路面的作用表现为竖直方向的振动冲击作用和水平方向的推挤作用，而抗压回弹模量是静载，与实际情况不符;其次，路面工作温度因地区和时间不同而有所不同，故采用统一的20℃不能反映温度对沥青混合料力学性质的影响;再次，路面在车辆荷载作用下处于三维受压状态，抗压回弹模量与实际受力情况不符;最后，采用0.5倍抗压强度计算抗压回弹模量缺乏理论依据。1.2抗压回弹模量试验采用单轴压缩试验测试沥青混合料试件的抗压回弹模量，试验试件是经旋转压实仪成型并钻芯打磨而成的100mm(直径)×100mm(高)圆柱体试件。试验时，单轴压缩速率为2mm/min，试验温度为20℃。抗压回弹模量测试结果见表3。

2动态模量测试

2.1动态模量定义复合模量表征粘弹性材料在连续正弦荷载作用下的应力－应变关系，其定义为:在给定时间和角速度加载频率下，正弦波荷载应力幅值与同一时间、同一频率正弦波应变幅值的比值［4］，见公式(2)，其力学响应如图1所示。2.2动态模量试验动态模量测试可在特定围压、温度和频率等条件下进行。试验采用经旋转压实仪成型并钻芯打磨而成的100mm(直径)×150mm(高)的圆柱体试件。试验测试了在5、20、35、50℃四种温度下，以及0.1、0.2、0.5、1.2、5、10、20、25Hz频率条件下试件的动态模量。考虑到沥青路面实际围压的不确定性，试验过程中均未加围压。试验结果如图2所示。由图2可以看出，在同一频率下，动态模量随着温度升高而降低，尤其是在温度较低时，下降幅度较大。这是因为随着温度升高，沥青流动性增强，致使弹性特征降低，原混合料骨架破坏，集料重新充当骨架，且吸收和抵抗部分荷载，因此动态模量降低。由图2还可以看出，在同一温度下，动态模量随加载频率的减小而减小，其减小幅度也随温度升高而增大。频率的增大使得荷载作用时间变短，导致前一个或几个荷载产生的应变还未来得及反应和释放，由此而蓄积的能量仍储存在试件中，且表现为弹性特征，应变减小而模量增大。2.3主曲线主曲线(MasterCurve)的概念由Hastie于1984年提出，动态模量的主曲线是通过测试沥青混合料在不同温度和频率下的动态模量，按照时间－温度置换原理，平移后形成的一条在参考温度下的光滑曲线［6］，如图3所示。通过回归系数求得的动态模量主曲线描述了荷载作用频率对材料性能的影响，而移位因子描述了温度对材料性能的影响，将两者结合起来可全面反映沥青混合料的性质。利用主曲线可以对沥青混合料的长期力学性质进行预测，无需进行大量试验，且主曲线还可用于研究高温度、长时间等试验条件困难情况下沥青混合料的力学响应。

3动态模量与抗压回弹模量的比较

绘制20℃抗压回弹模量和动态模量试验结果，如图4所示。因抗压回弹模量是静载，不受荷载作用频率的影响，故在以缩减时间为横轴的图4中是一条直线。由图4可知，抗压回弹模量值介于不同缩减时间的动态模量值之间。将抗压回弹模量作为路面设计参数并未考虑荷载频率的影响，而是等同于将某一频率下的动态模量值作为代表。级配不同，抗压回弹模量对应的动态模量缩减时间也不相同。3个级配沥青混合料试件试验的结果表明，抗压回弹模量对应的动态模量缩减时间范围在10～100s之间。抗压回弹模量与动态模量都能表达沥青混合料的粘弹性，实际上，路面所受荷载是动载，将抗压回弹模量作为路面设计参数稍显不足，多种频率下的动态模量值更能全面反映材料在路面中所受的不同荷载情况。

4结论

抗压回弹模量和动态模量都表征了沥青混合料的力学性能，是沥青路面的设计参数。本文对AC－13、SMA－13和Sup－20三种级配沥青混合料试件的抗压回弹模量和动态模量进行了测试分析和比较，得到如下结论。1)抗压回弹模量试验操作简单，其可表征静态荷载作用下沥青混合料的力学响应。我国沥青路面设计规范选择抗压回弹模量作为设计参数，但并未考虑荷载作用频率的影响。2)从温度和荷载频率角度出发，动态模量可全面反映沥青混合料的力学行为，且与路面承受的实际动载作用相符。3)通过动态模量平移形成的西格摩德主曲线可以对沥青混合料的长期力学性质进行预测，而不必进行大量试验。4)选取动态模量作为沥青路面设计参数更符合沥青路面的实际工程情况。

作者：姚连军 李丽 单位：重庆市交通规划勘察设计院 重庆交通大学