一种沥青路面下面层配合比按结构需求的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及-?种渐青路面材料的按结构需求的设计方法。
【背景技术】
[0002] 我国公路路面建设的质量耍求越来越高，道路建设者和社会更关注路面的使用寿 命。渐青路面的寿命与材料设计息息相关，材料性能对于整个结构的使用耐久性和使用性 能至关重要。保证下面层良好的使用功能，是保证结构整体性，提高结构联合受力能力，加 强结构层间的协调变形能力的根本要素。目P，使下面层的性能优良，而更重要的技术关键 是；按结构需求的需求设计下面层的配合比。
[0003] 下面层底部在车轮荷载作用下所受拉应力比面层其它部位在车轮驶近或驶过后 产生的拉应力耍大得多，面层底部易产生疲劳开裂；此外，由于基层材料收缩特性，决定了 基层不可避免地产生收缩裂缝，下面层作为第一层抵御反射裂缝的前锋，需要拥有适当的 吸收裂缝扩张的能力，具备抵御反射应力的能力。如何测试、分析、评价和确定这些功能指 标，从而进行材料的配合比设计，就变得十分重要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种解决现有道路X程设计和实施过程中涉及到的渐青混 合料下面层（即渐青路面结构中渐青混合料部分的10cm下部分）的配合比设计方法。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0006] 一、对试件进行冲击初性试验，确定极限弯拉应变大于某一数值（7000)的油石比 范围，W及W冲击初性大于某一数值化75N.m)作为控制标准时，满足的油石比范围；
[0007] 二、基于半圆劈裂的疲劳断裂试验分析方法一-半圆劈裂疲劳试验，确定满足疲 劳寿命（4000次）的油石比范围；
[0008] 兰、确定满足上述=项指标要求的油石比范围，取平均值作为最佳渐青用量。
[0009]W往的设计方法没有充分考虑路面结构层次的差别和性能需求，配合比均采用相 同的设计方法，不能够充分保证材料的结构性；设计的混合料会出现很多问题。本发明提供 的设计方法是针对材料结构所处位置承受的力学状态和功能需求指标进行的，突出了指标 最优的设计理念，从而保证材料在工作中的良好状态和寿命。
【附图说明】
[0010] 图1为滞后环线；
[0011] 图2为冲击初性试验脆性破坏示意图；
[0012] 图3为冲击初性试验屈服破坏示意曲线图；
[0013] 图4为部分试件的冲击初性；
[0014] 图5为油石比最大弯拉应变关系；
[0015] 图6为冲击初性与油石比的关系；
[0016] 图7为SCB试验装置；
[0017] 图8为AC巧半圆劈裂疲劳实验结果；
[0018] 图9为基于功能的下面层渐青混合料最佳油石比的确定示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0020] 本发明提供了 - ?种渐青路面下面层配合比按结构需求的设计方法，可按W下方法 获得：
[0021] 一、反射应力吸收能力冲击初性试验
[0022] 冲击初性试验原理；当荷载作用在材料上，材料会产生应力并导致应变。粘弹性材 料试件中微小单元体的应力应变曲线在加荷与卸荷时将经历不同的路径并形成--条环状 曲线，如图1所示。
[0023] 这一环状曲线的面积通常代表每一加荷循环过程中总的能量积蓄，称之为滞后环 线。在重复加荷过程中，W这一滞后环线面积代表的能量将全部或部分的转化成热能积蓄 在材料内部，热能积蓄使得材料发热并引起材料塑性变形，发生疲劳破坏。可人为，在--次循环加荷、卸荷过程中，材料胆存的能量越少，它抵抗疲劳破坏的能力越强。重复荷载T 的疲劳寿命可W用公式（1)表示：
[0024] N,=a(l/W〇)" (1);
[0025] 式中；Nf--疲劳寿命，次数；
[0026]a、b--材料疲劳性质系数；
[0027] W。初始加荷循环中积蓄的能量，N.m。
[0028] 公式W表明，在初始加载循环中，材料积蓄的能量越小，疲劳寿命越长。通过试 验确定材料在初始加荷循环中的滞后环线，然后与材料的疲劳寿命建立联系，这是目前材 料疲劳性能研究的手段之一。相反，如果不测定每次加载循环积蓄的能量，而是测定材料在 疲劳破坏前积蓄的总能量，则材料积蓄的总能量越大，疲劳寿命越长。
[0029] 车轮荷载作用在混凝止路面接（裂）缝相应位置的时间非常短60~65km/h的行 车速度相当于加载速率为10化，作用力比较大，具有明显的冲击荷载的特征。因此，如果能 够测定出渐青混凝±试件在冲击荷载作用下直至断裂的荷载变形曲线，那么，荷载变形曲 线下的面积代表材料发生断裂所需要的能量，将冲击荷载作用下，荷载变形曲线所包围的 面积称为冲击初性，用I来表示，此时Nf= 1，
[0030]I=G(W〇) (2);
[0031] 式中；I--冲击初性，N.m;
[0032] G--材料冲击系数。
[0033] 公式（2)表明，冲击初性是初始加载循环中积蓄的能量的函数，代表材料在冲击 荷载作用下发生断裂前积蓄的能量，主要用于材料断裂产生新表面所需要的能量，冲击初 性值越大材料抵抗反射裂缝的能力越强。
[0034] 典型的荷重-位移曲线如图2~3所示，阴影部分的面积代表冲击初性。图2表 示材料加荷至最大荷载处突然断裂，这是典型的脆性断裂的特征。图3表明材料在最大荷 载处并没有突然断裂，而是在逐渐卸载的情况下变形继续增加，然后断裂，表明材料发生流 动变形，裂纹在加载状态下亚临界扩展引起局部区域卸载。冲击初性值越大，说明渐青混合 料耗散的能量越多，抵抗疲劳破坏的能力越强，即抵抗重复荷载作用下所耍引发的反射裂 缝的能力越强。
[0035] 具体实施方法；
[0036] 根据《公路工程渐青及渐青混合料试验规程》JTJ052?2000,关于渐青混合料试件 利记博彩app（轮礙法）的规范耍求，制作300mraX300mmX50ram板块状试件。将成型好的试件 利用切割机切割成250mmX35mmX35mm的棱柱体试件。为减少试验误差，每组试件进行3 个平行试件。规范中规定：使用礙压成型的混合料试件切制的棱柱体试件，长度不小于公称 最大集料粒径的4倍，宽度或厚度不小于公称最大粒径的1~1. 5倍。本次试验采用的混 合料公称最大粒径分别为19mm、26. 5mm，满足规范耍求。
[0037] 试验温度的选择：
[0038] 表1列出了我国某地区的气温统计资料（W此为例说明温度的选取）：
[0039] 表1某地典型地区气温统计资料作）
[0040]
[0041]
[0042]可知，各地区最热月平均气温的均值为25°C，各地区最