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01
力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法應(yīng)用推廣
我國(guó)的新版公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范,自2017年9月起正式實(shí)施。這本規(guī)范的發(fā)布標(biāo)志著我國(guó)的瀝青路面設(shè)計(jì)方法正式進(jìn)入多指標(biāo)體系的力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)實(shí)踐階段。
與2006年版設(shè)計(jì)規(guī)范相比,2017版規(guī)范帶來了這些變化:
02
路面設(shè)計(jì)的流程
03
路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)的變化
瀝青面層的設(shè)計(jì)參數(shù):
靜態(tài)單軸抗壓回彈模量→單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量
無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層的設(shè)計(jì)參數(shù):
單軸壓縮彈性模量(頂面位移→中段位移)
粒料類材料底基層/路基的設(shè)計(jì)參數(shù):
查表→三軸壓縮回彈模量
01 瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量
加載波形:半正弦波軸向加載
試驗(yàn)頻率:0.1-25Hz
試驗(yàn)溫度:-10℃, 5℃, 20℃, 35℃, 50℃
位移測(cè)量:3個(gè)LVDT測(cè)量中段變形
試驗(yàn)儀器:UTM | AMPT | AST
試驗(yàn)規(guī)范:JTG E20 T0738/AASHTO T378
02 無(wú)機(jī)結(jié)合料彈性模量
加載波形:1mm/min軸向加載至破壞
試驗(yàn)頻率:/
試驗(yàn)溫度:正常室溫/未特殊要求
試驗(yàn)儀器:600kN壓力試驗(yàn)機(jī)
試驗(yàn)規(guī)范:JTG D50-2017 附錄E
03 粒料類材料回彈模量
加載波形:半正弦波軸向加載,徑向階梯圍壓
試驗(yàn)頻率:0.1s加載,0.9s卸載
位移測(cè)量:2個(gè)LVDT測(cè)量頂面變形/側(cè)面變形
試驗(yàn)儀器:UTM | 土三軸儀
試驗(yàn)規(guī)范:JTG D50-2017 附錄D
04
瀝青混合料試驗(yàn)的配套輔助工具
完成瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)的一個(gè)重要前提條件是制備形狀規(guī)則,密度分布均勻的試件,從而在加載過程中可以使得試件可以均勻受力,得到理想的試驗(yàn)結(jié)果。
旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀
馬歇爾試件與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件對(duì)比
試件類型
馬歇爾試件
旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件
級(jí)配類型
AC-13C
面空隙率ZD值%
12.60
12.19
面空隙率Z小值%
1.98
2.85
面空隙率平均值%
4.53
4.42
標(biāo)準(zhǔn)差%
1.72
1.46
變異系數(shù)
0.38
0.33
取芯機(jī)
核心應(yīng)用:從旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件中鉆取標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模量芯樣
擴(kuò)展應(yīng)用:從路面芯樣中鉆取小直徑(直徑38/50mm)動(dòng)態(tài)模量和疲勞試件
切割鋸
AASHTO TP131間接拉伸動(dòng)態(tài)模量
EN 12697-24E IDT 間接拉伸疲勞
EN 12697-26C IDT 間接拉伸模量
ASTM D8044 SCB路易斯安那
AASHTO TP105 SCB明尼蘇達(dá)
AASHTO TP124 SCB伊利諾伊
EN 12697-44 SCB
AASHTO T342
AASHTO T378
JTG E20 T0738-2011
EN 12697-25A&B
公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄F 單軸貫入
EN 12697-24D/ASTM D7460
AASHTO T321/EN 12697-26B
JTG E20 T0739-2011 4PT
JTG E20 T0715-2011 3PT
JTG E20 T0728-2011 Bending Creep
Tex-248-F Overlay
ASTM WK26816 Overlay
EN 12697-24A & 26A 2PT 法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)
05
瀝青面層疲勞驗(yàn)算
在眾多的疲勞試驗(yàn)方法中,我國(guó)的規(guī)范選擇的是棱柱體四點(diǎn)小梁彎曲的試驗(yàn)方法,試驗(yàn)方法為JTG E20-T0739。
疲勞方程:
試驗(yàn)結(jié)果示例(模量下降50%)
方案
四點(diǎn)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)
方案一
獨(dú)立式四點(diǎn)小梁系統(tǒng)+溫控箱| UTM
外接空壓機(jī)動(dòng)力
5kN-底部加載
方案二
四點(diǎn)彎曲夾具+ASTQube
電動(dòng)作動(dòng)器加載
15kN-底部加載
方案三
四點(diǎn)彎曲夾具+UTM30 | UTM130
液壓作動(dòng)器加載
30kN/100kN-頂部加載
06
無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞驗(yàn)算
無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層的疲勞試驗(yàn)與瀝青混合料層的方法類似,都是使用三分點(diǎn)加載的四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)方法,參考的規(guī)范是JTG E51-T0856標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)驗(yàn)方案
通用四點(diǎn)彎曲夾具+UTM30 | UTM130
30kN/100kN-頂部動(dòng)態(tài)加載
07
變形驗(yàn)算
考慮到試驗(yàn)需要簡(jiǎn)單易用,與現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期觀測(cè)指標(biāo)相關(guān)性好以及設(shè)備易于推廣的前提,新規(guī)范仍然選用車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。
瀝青混合料層變形量驗(yàn)算公式:
基層類型
瀝青混合料層容許變形量
高速
一級(jí)公路
二級(jí)
三級(jí)公路
無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層
水泥混凝土基層
底基層為無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料的瀝青混合料基層
15mm
20mm
其他基層
10mm
08
瀝青面層低溫開裂指數(shù)驗(yàn)算
采用經(jīng)驗(yàn)法,對(duì)瀝青混合料層的開裂狀況調(diào)查,并對(duì)瀝青的性質(zhì)(勁度模量),路面結(jié)構(gòu)(瀝青混合料層厚度)和路基土類型進(jìn)行了測(cè)試。
瀝青面層低溫開裂指數(shù):
St為在路面低溫設(shè)計(jì)溫度加10℃試驗(yàn)溫度條件下,表面層瀝青彎曲梁流變?cè)囼?yàn)加載180秒時(shí)的蠕變勁度(MPa),因此為了進(jìn)行瀝青面層的低溫開裂指數(shù)驗(yàn)算,我們必須要增加低溫彎曲梁流變?cè)囼?yàn),依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG E20-T0627。
BBR彎曲梁流變儀測(cè)量低溫時(shí)瀝青的彎曲蠕變勁度用于開裂指數(shù)計(jì)算
公路等級(jí)
二級(jí)公路
三級(jí)
四級(jí)公路
低溫開裂指數(shù)CI,不大于
3
5
7
09
瀝青混合料性能
除了以上的驗(yàn)算要求外,還需要對(duì)瀝青混合料的性能進(jìn)行一些性能檢測(cè)。
高溫性能
單軸壓縮貫入強(qiáng)度試驗(yàn)
初始荷載:0.05kN
加載速率:1mm/min,至應(yīng)力值降為應(yīng)力極值點(diǎn)90%時(shí)停止
試驗(yàn)溫度:+60℃(標(biāo)準(zhǔn))
試驗(yàn)儀器:UTM | 各種材料試驗(yàn)機(jī)
計(jì)算指標(biāo):貫入強(qiáng)度
試驗(yàn)規(guī)范:JTG D50-2017 附錄F
低溫性能
三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)
加載速率:50mm/min,直至試件破壞
試驗(yàn)溫度:-10℃±0.5℃
計(jì)算指標(biāo):抗彎拉強(qiáng)度,破壞時(shí)的梁底ZD彎拉應(yīng)變和破壞時(shí)的彎曲勁度模量
試驗(yàn)規(guī)范:JTG E20-2011 T0715
抗水損害
劈裂試驗(yàn)
試驗(yàn)溫度:25℃
試驗(yàn)儀器:馬歇爾試驗(yàn)機(jī) | 各種材料試驗(yàn)機(jī)
計(jì)算指標(biāo):凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比TSR
試驗(yàn)規(guī)范:JTG E20-2011 T0729
10
瀝青性能
直接拉伸儀DT
當(dāng)BBR試驗(yàn)結(jié)果不通過時(shí),通過DT直接拉伸試驗(yàn)共同確定低溫臨界開裂溫度。
動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR
測(cè)量剪切模量用于動(dòng)態(tài)模量計(jì)算:
壓力老化儀PAV
對(duì)瀝青進(jìn)行高溫高壓老化,模擬幾年的路用老化。
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