沥青混合料抗剪强度的影响因素_彭勇
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1 18 24 18 29 5 0 6 18 12 22 0 3 12 9 16 0 15 8 6 11 0 075 4 4 6 筛孔 ( 方孔筛 ) /mm
贯入试验中强度参数
第三主应力 参数 (C 3 ) 0 087 最大剪应力 参数 ( C ) 0 339
表 2 集料的级配 组成 ( 质量分数 )
Influence factors of shear resistance of asphalt m ixture
Peng Y ong
1
Sun L ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱjun
2
Sh iY ong jiu
1
W ang Y uanq in g
1
( 1 D epart m en t of C iv il Eng ineering, T sin ghua U n iversity, B eijing 100084, C h ina) ( 2 K ey Laboratory o f R oad and T raff ic Eng ineerin g o f M in istry of Education, T on gji U n ivers ity, Shanghai 200092, C h ina)
Abstract : B ased on uniax ia l penetra tin g te s, t th e ef fects o f agg reg ate g radation , agg rega te phy sical properties , aspha lt b inder properties , aspha lt conten, t air vo id and hom og ene ity on shear re sistance of asphalt m ix ture w ere invest ig a ted direct ly a t 60 . The research results show that agg rega te g ra dation and the nom in a l m ax i m um ag gregate size ev id ently in f luence the shear resistance o f aspha lt m ix ture ; agg reg ate f lakiness content inf lu ences th e shear resistance o f asphalt m ix ture , and w ith the in crease o f ag gregate f lak in ess conten t th e shear resistance o f a spha lt m ix ture decreases ; asphalt bind er properties , especially pene trat io n , so f tening po int and v isco sity inf lu ence th e shear re sistance o f asphalt m ix ture , and the la tter in creasesw ith th e decrease o f penetration and the in crease o f so ftenin g po in t and v isco sity; a spha lt content in f luences shear resistance o f aspha lt m ixture , and w ith the in crease o f b inder/ aggregate ratio th e shear resistance o f aspha lt m ix ture decreases ; a ir vo id inf luences shear resistance o f a spha lt m ix ture, and usua lly w ith the increase of air vo id th e shear resistance o f asphalt m ix ture decrea ses ; hom ogene ity does no t have a d irect and obv io us relationship w ith abso lute va lue of shear resistance o f aspha lt m ix ture, but does w ith variation of shear resistance o f aspha lt m ix ture . K ey w ord s : asphalt m ix ture ; shear resistance; in f luence facto r ; un iax ia l pene trat ing test 随着交通量的增大, 轴载加重, 胎压增加, 超载 现象严重, 高速公路上车辙现象越来越普遍 . 对路
[ 5]
, -
d
) ; P 为单轴贯入强度 ; C 1 - sin co s
为强度参数 . = a rcsin
1 1
+
3 3
2 2
, c =
2
2
式中 , 为沥青混合料内摩擦角; c 为沥青混合料内 聚力 . 本文在研究沥青混合料抗剪强度影响因素 , 测定混合料抗剪强度时, 采用上述贯入试验.
2
材料与试验
彭
2
勇
1
孙立军
2
石永久
1
王元清
1
( 1 清华大学土木工程系 , 北京 100084) ( 同济大学教育部道路与交通工程重点实验室 , 上海 200092)
摘要: 为了研究沥青混合料抗剪强度的影响因素 , 基于单轴贯入试验 , 在温度为 60
时 , 直接对
集料级配、 集料性质、 沥青性质 、 含油量 、 空隙率以及均匀对沥青混合料抗剪强度的影响进行研 究 . 研究结果表明 : 集料级配和公称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的影响; 沥青混 合料抗剪强度受其集料中针片状含量的影响较大, 集料中针片状含量增大, 沥青混合料抗剪强度 减小; 结合料的性质, 特别是针入度、 软化点和粘度对沥青混合料抗剪强度有较大的影响, 随着针 入度减小, 软化点和粘度增大, 沥青混合料抗剪强度增大; 含油量对沥青混合料抗剪强度有较大 影响, 随着油石比的增大, 沥青混合料抗剪强度减小; 沥青混合料抗剪强度受其空隙率的影响较 大 , 一般随着空隙率的增大 , 其抗剪强度减小; 沥青混合料均匀性与沥青混合料抗剪强度绝对数 值间没有明显的关联 , 而与数值间的变异性有着很好的相关性 . 关键词 : 沥青混合料 ; 剪强度 ; 影响因素 ; 单轴贯入试验 中图分类号 : U 414 文献标识码 : A 文章编号: 1001- 0505( 2007) 02 0330 04
收稿日期 : 2006 09 12 . 基金项目 : 国家杰出 青年 科学基 金资助 项目 ( 50325825) 、 中国 博 士后基金资助项目 ( 20060390446 ) . 作者简介 : 彭勇 ( 1976 ) , 男 , 博士, ypeng@ tsinghua . edu. cn .
面使用者来说, 车辙是一个严重的安全隐患 , 行驶 在车辙中, 不仅 操作 困 难, 而且 若 车辙 中 积水 5 [ 1] mm 或以上 , 行驶时易发生漂移 . 沥青路面的车 辙是压缩和剪切变形两 者共同作用的 结果
文献 [ 6] 认为, 过去的三轴试验只能求得 c 和 值 , 而不能直接得到抗剪强度 d, 建议采用贯入 试验, 通过三维有限元 计算所得的强 度参数求得 d, 1和 3, 再辅以单轴试验, 确定 2, 根据三向主 应力 1, 2 和 3 确定摩尔圆并从摩尔圆求得 c 和 值 , 以取代三轴试验, 模拟实际路面的应力状态. 贯入试验中强度参数见表 1 . 依据表 1 中参数 , 相应各应力为 = PC
表 1
第一主应力 参数 ( C 1 ) 0 765
采用 M T S 试验机进行单轴贯入试验 , 试验温 , 加载速率为 1m m /m in .
3
3 1
沥青混合料抗剪强度的影响因素
集料级配 研究集料级配对沥青混合料抗剪强度的影响
时, 以 AC 13 , AK 13和 AC 16为例 . 集料级配符合 公路沥青路面设计规范 ( JT J014 97) 推荐的取 值范围 (见表 2). 3 种集料级配混合料的单轴贯入 试验结果如表 3所示. 表 3数据表明 : 集料级配和公 称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的 影响 . AC 13 与 AK 13 的空隙率相近 , 公称最大集
级配类型 A C 13 A K 13 A C 16 100 31 5 26 5 19 0 16 0 100 100 97 5 13 2 95 96 82 5 9 5 70 64 68 4 75 48 33 52 5 2 36 36 24 41
表 3 不同集料级配的沥青混合料抗剪强度试验结 果
级配类型 空隙率 /% AC 13 A K 13 AC 16 4 67 4 81 4 33 c /M Pa 0 140 0 099 0 142 /( ) 38 27 45 25 42 55
[ 2]
.对
于压实度不足的沥青路面, 开放交通的初期 , 压密 作用尤为显著; 而对于压实度很好或开放交通一段
第 2期
彭勇 , 等: 沥青混合料抗剪强度的影响因素 式中 , 为应力 (
1
331 ,
3
时间后的沥青路面, 车辙的形成则主要是剪切变形 [ 3- 4] 而非压密变形 . 重交通沥青路面上的龟裂和车 辙损坏 , 主要是沥青层内的剪切应力所引起的 . 沥青层内过大的剪切应力, 容易诱发车辙 ; 沥青层 表面的剪切疲劳 , 引起路面自上而下的疲劳开裂. 这些都与传统的观点不一样. 因此在沥青混合料路 面设计和沥青混合料组成设计过程中 , 需要给予沥 青混合料抗剪强度足够的重视 . 沥青层中产生的剪 切应力 , 主要是由荷载、 外界环境和路面结构所引 起的, 与材料本身无关 . 而沥青混合料抗剪强度则 是材料的本身属性 , 与材料本身有关 . 沥青混合料 抗剪强度的影响因素很多, 本文基于贯入试验, 对 沥青混合料抗剪强度的影响因素进行研究 .
第 37 卷第 2 期 2007年 3月
东 南 大学 学 报
(自 然科学版 )
J O U RNA L O F SO U THEA ST U N I V ER S I TY ( N atural S cien ce Ed ition)
V o l 37 No 2 M ar . 2007
沥青混合料抗剪强度的影响因素
本文各项试验的试验材料均相同. 粗集料: 辉
绿岩 A; 细集料 : 石灰岩; 沥青: 壳牌 70 # 石油沥青. 沥青混合料在温度 160 不低于 140 件, 试件尺寸: 度为 60 100mm 下拌合, 成型时温度 , 在最佳 含油量时旋转压实成型试 100 mm.
1 沥青混合料抗剪强度的测定方法
d
隙率的影响 , 将 AC 16 的空隙率从目前的 4 33 % 增至 4 67 % , 则 AC 16 抗剪强度与 AC 13 的抗剪 强度相差不会太 小. AK 13 与 AC 16 之所以在抗 剪强度上相差不大, 可能是因为级配和公称最大集 料粒径对抗剪强度的影响相当 , 且相互削弱. 3 2 集料 研究集料对沥青混合料抗剪强度的影响时, 以 AC 13为例, 其级配组成见表 2. 试验材料中, 粗集 料为辉绿岩 A 和辉绿岩 B, 细集料为石灰岩, 沥青 为壳牌 70 # 石油沥青 . 辉绿岩 A 和辉绿岩 B 具体技 术指标见 表 4 . 集料混 合料单轴贯入试 验结果见 表 5 .
/M Pa
0 496 0 652 0 698
料粒径 相同 , 但级 配不同 , 抗 剪强度 试验结 果中 AK 13 的抗剪强度要比 AC 13 的抗剪强度大 30 % 以上. 因为 AK 13 为骨架密实型结构 , 内摩擦角较 大 , AK 13的内摩擦角 达 45 25 , 产生较大摩阻 力 . 同为内摩擦角较大的原因, AC 13 与 AC 16 的 公称最大集料粒径不同 , 试验中 AC 16 的抗剪强 度比 AC 13 的抗剪强度大 40 % 以上. 若考虑到空
1 18 24 18 29 5 0 6 18 12 22 0 3 12 9 16 0 15 8 6 11 0 075 4 4 6 筛孔 ( 方孔筛 ) /mm
贯入试验中强度参数
第三主应力 参数 (C 3 ) 0 087 最大剪应力 参数 ( C ) 0 339
表 2 集料的级配 组成 ( 质量分数 )
Influence factors of shear resistance of asphalt m ixture
Peng Y ong
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Sun L ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱjun
2
Sh iY ong jiu
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W ang Y uanq in g
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( 1 D epart m en t of C iv il Eng ineering, T sin ghua U n iversity, B eijing 100084, C h ina) ( 2 K ey Laboratory o f R oad and T raff ic Eng ineerin g o f M in istry of Education, T on gji U n ivers ity, Shanghai 200092, C h ina)
Abstract : B ased on uniax ia l penetra tin g te s, t th e ef fects o f agg reg ate g radation , agg rega te phy sical properties , aspha lt b inder properties , aspha lt conten, t air vo id and hom og ene ity on shear re sistance of asphalt m ix ture w ere invest ig a ted direct ly a t 60 . The research results show that agg rega te g ra dation and the nom in a l m ax i m um ag gregate size ev id ently in f luence the shear resistance o f aspha lt m ix ture ; agg reg ate f lakiness content inf lu ences th e shear resistance o f asphalt m ix ture , and w ith the in crease o f ag gregate f lak in ess conten t th e shear resistance o f a spha lt m ix ture decreases ; asphalt bind er properties , especially pene trat io n , so f tening po int and v isco sity inf lu ence th e shear re sistance o f asphalt m ix ture , and the la tter in creasesw ith th e decrease o f penetration and the in crease o f so ftenin g po in t and v isco sity; a spha lt content in f luences shear resistance o f aspha lt m ixture , and w ith the in crease o f b inder/ aggregate ratio th e shear resistance o f aspha lt m ix ture decreases ; a ir vo id inf luences shear resistance o f a spha lt m ix ture, and usua lly w ith the increase of air vo id th e shear resistance o f asphalt m ix ture decrea ses ; hom ogene ity does no t have a d irect and obv io us relationship w ith abso lute va lue of shear resistance o f aspha lt m ix ture, but does w ith variation of shear resistance o f aspha lt m ix ture . K ey w ord s : asphalt m ix ture ; shear resistance; in f luence facto r ; un iax ia l pene trat ing test 随着交通量的增大, 轴载加重, 胎压增加, 超载 现象严重, 高速公路上车辙现象越来越普遍 . 对路
[ 5]
, -
d
) ; P 为单轴贯入强度 ; C 1 - sin co s
为强度参数 . = a rcsin
1 1
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3 3
2 2
, c =
2
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式中 , 为沥青混合料内摩擦角; c 为沥青混合料内 聚力 . 本文在研究沥青混合料抗剪强度影响因素 , 测定混合料抗剪强度时, 采用上述贯入试验.
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材料与试验
彭
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孙立军
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王元清
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( 1 清华大学土木工程系 , 北京 100084) ( 同济大学教育部道路与交通工程重点实验室 , 上海 200092)
摘要: 为了研究沥青混合料抗剪强度的影响因素 , 基于单轴贯入试验 , 在温度为 60
时 , 直接对
集料级配、 集料性质、 沥青性质 、 含油量 、 空隙率以及均匀对沥青混合料抗剪强度的影响进行研 究 . 研究结果表明 : 集料级配和公称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的影响; 沥青混 合料抗剪强度受其集料中针片状含量的影响较大, 集料中针片状含量增大, 沥青混合料抗剪强度 减小; 结合料的性质, 特别是针入度、 软化点和粘度对沥青混合料抗剪强度有较大的影响, 随着针 入度减小, 软化点和粘度增大, 沥青混合料抗剪强度增大; 含油量对沥青混合料抗剪强度有较大 影响, 随着油石比的增大, 沥青混合料抗剪强度减小; 沥青混合料抗剪强度受其空隙率的影响较 大 , 一般随着空隙率的增大 , 其抗剪强度减小; 沥青混合料均匀性与沥青混合料抗剪强度绝对数 值间没有明显的关联 , 而与数值间的变异性有着很好的相关性 . 关键词 : 沥青混合料 ; 剪强度 ; 影响因素 ; 单轴贯入试验 中图分类号 : U 414 文献标识码 : A 文章编号: 1001- 0505( 2007) 02 0330 04
收稿日期 : 2006 09 12 . 基金项目 : 国家杰出 青年 科学基 金资助 项目 ( 50325825) 、 中国 博 士后基金资助项目 ( 20060390446 ) . 作者简介 : 彭勇 ( 1976 ) , 男 , 博士, ypeng@ tsinghua . edu. cn .
面使用者来说, 车辙是一个严重的安全隐患 , 行驶 在车辙中, 不仅 操作 困 难, 而且 若 车辙 中 积水 5 [ 1] mm 或以上 , 行驶时易发生漂移 . 沥青路面的车 辙是压缩和剪切变形两 者共同作用的 结果
文献 [ 6] 认为, 过去的三轴试验只能求得 c 和 值 , 而不能直接得到抗剪强度 d, 建议采用贯入 试验, 通过三维有限元 计算所得的强 度参数求得 d, 1和 3, 再辅以单轴试验, 确定 2, 根据三向主 应力 1, 2 和 3 确定摩尔圆并从摩尔圆求得 c 和 值 , 以取代三轴试验, 模拟实际路面的应力状态. 贯入试验中强度参数见表 1 . 依据表 1 中参数 , 相应各应力为 = PC
表 1
第一主应力 参数 ( C 1 ) 0 765
采用 M T S 试验机进行单轴贯入试验 , 试验温 , 加载速率为 1m m /m in .
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沥青混合料抗剪强度的影响因素
集料级配 研究集料级配对沥青混合料抗剪强度的影响
时, 以 AC 13 , AK 13和 AC 16为例 . 集料级配符合 公路沥青路面设计规范 ( JT J014 97) 推荐的取 值范围 (见表 2). 3 种集料级配混合料的单轴贯入 试验结果如表 3所示. 表 3数据表明 : 集料级配和公 称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的 影响 . AC 13 与 AK 13 的空隙率相近 , 公称最大集
级配类型 A C 13 A K 13 A C 16 100 31 5 26 5 19 0 16 0 100 100 97 5 13 2 95 96 82 5 9 5 70 64 68 4 75 48 33 52 5 2 36 36 24 41
表 3 不同集料级配的沥青混合料抗剪强度试验结 果
级配类型 空隙率 /% AC 13 A K 13 AC 16 4 67 4 81 4 33 c /M Pa 0 140 0 099 0 142 /( ) 38 27 45 25 42 55
[ 2]
.对
于压实度不足的沥青路面, 开放交通的初期 , 压密 作用尤为显著; 而对于压实度很好或开放交通一段
第 2期
彭勇 , 等: 沥青混合料抗剪强度的影响因素 式中 , 为应力 (
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331 ,
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时间后的沥青路面, 车辙的形成则主要是剪切变形 [ 3- 4] 而非压密变形 . 重交通沥青路面上的龟裂和车 辙损坏 , 主要是沥青层内的剪切应力所引起的 . 沥青层内过大的剪切应力, 容易诱发车辙 ; 沥青层 表面的剪切疲劳 , 引起路面自上而下的疲劳开裂. 这些都与传统的观点不一样. 因此在沥青混合料路 面设计和沥青混合料组成设计过程中 , 需要给予沥 青混合料抗剪强度足够的重视 . 沥青层中产生的剪 切应力 , 主要是由荷载、 外界环境和路面结构所引 起的, 与材料本身无关 . 而沥青混合料抗剪强度则 是材料的本身属性 , 与材料本身有关 . 沥青混合料 抗剪强度的影响因素很多, 本文基于贯入试验, 对 沥青混合料抗剪强度的影响因素进行研究 .
第 37 卷第 2 期 2007年 3月
东 南 大学 学 报
(自 然科学版 )
J O U RNA L O F SO U THEA ST U N I V ER S I TY ( N atural S cien ce Ed ition)
V o l 37 No 2 M ar . 2007
沥青混合料抗剪强度的影响因素
本文各项试验的试验材料均相同. 粗集料: 辉
绿岩 A; 细集料 : 石灰岩; 沥青: 壳牌 70 # 石油沥青. 沥青混合料在温度 160 不低于 140 件, 试件尺寸: 度为 60 100mm 下拌合, 成型时温度 , 在最佳 含油量时旋转压实成型试 100 mm.
1 沥青混合料抗剪强度的测定方法
d
隙率的影响 , 将 AC 16 的空隙率从目前的 4 33 % 增至 4 67 % , 则 AC 16 抗剪强度与 AC 13 的抗剪 强度相差不会太 小. AK 13 与 AC 16 之所以在抗 剪强度上相差不大, 可能是因为级配和公称最大集 料粒径对抗剪强度的影响相当 , 且相互削弱. 3 2 集料 研究集料对沥青混合料抗剪强度的影响时, 以 AC 13为例, 其级配组成见表 2. 试验材料中, 粗集 料为辉绿岩 A 和辉绿岩 B, 细集料为石灰岩, 沥青 为壳牌 70 # 石油沥青 . 辉绿岩 A 和辉绿岩 B 具体技 术指标见 表 4 . 集料混 合料单轴贯入试 验结果见 表 5 .
/M Pa
0 496 0 652 0 698
料粒径 相同 , 但级 配不同 , 抗 剪强度 试验结 果中 AK 13 的抗剪强度要比 AC 13 的抗剪强度大 30 % 以上. 因为 AK 13 为骨架密实型结构 , 内摩擦角较 大 , AK 13的内摩擦角 达 45 25 , 产生较大摩阻 力 . 同为内摩擦角较大的原因, AC 13 与 AC 16 的 公称最大集料粒径不同 , 试验中 AC 16 的抗剪强 度比 AC 13 的抗剪强度大 40 % 以上. 若考虑到空