一种耐疲劳应力吸收层配合比设计方法技术

本发明专利技术公开了一种耐疲劳应力吸收层配合比设计方法，绘制沥青用量与物理力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线。求取相应于稳定度最大值的沥青用量a1、相应于密度最大的沥青用量a2以及相应的空隙率范围中值沥青用量a3，求取三者平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1。对五种不同油石比的混合料分别辗压成型，在应变控制加载模式下对沥青混合料进行四点弯曲疲劳寿命测试。对不同油石比的沥青混合料进行三组平行试验，结果取平均值，得到考虑疲劳寿命的最佳油石比OACfatigue。本方法提高所设计应力吸收层的疲劳性能，降低服役期间因疲劳裂缝产生二次病害的可能，延长路面使用寿命，便于养护。便于养护。便于养护。

【技术实现步骤摘要】
一种耐疲劳应力吸收层配合比设计方法


[0001]本专利技术属于道路石油沥青
，主要涉及一种耐疲劳应力吸收层配合比设计方法。
技术背景
[0002]疲劳裂缝的产生,是由于行车荷载作用下沥青混凝土路面下部受到弯拉应力，当荷载重复到一定次数后，沥青混凝土路面材料的弯拉强度减小，当沥青路面不能承受行车荷载产生的弯拉应力时，沥青路面发生疲劳裂缝。这种裂缝一般从纵向裂缝慢慢向网状裂缝发展。另外,沥青材料的老化也是造成疲劳开裂的主要因素之一。
[0003]大量的研究和实践证明，从路面结构所处层位角度来说，下面层受到弯拉应力影响最大，疲劳裂缝易产生且向上开展，不同于其他病害，疲劳裂缝产生后会在交通荷载和环境因素作用下迅速开展，演变成局部结构性的损坏，而这种损坏严重影响沥青路面路用性能与使用寿命。应力吸收层存在本就是缓解消散弯拉应力，然而现有的材料设计方法并未考虑混合料疲劳性能有针对性地进行设计。
[0004]本专利技术丰富了目前沥青路面各面层材料单一设计方法，在沥青混合料最佳油石比确定阶段考虑了疲劳性能。本专利技术的有益效果：基于传统最佳油石比确定的方法，在材料水平相同情况下，通过四点弯曲疲劳寿命试验改进了油石比的确定，提高所设计应力吸收层的疲劳性能，使其在服役期间减缓疲劳裂缝的生成，降低其他二次病害产生的可能性，提高沥青路面路用性能和使用寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种耐疲劳应力吸收层配合比设计方法。其目的在于：1.吸收动载作用下沥青层内部应力2.提高所设计应力吸收层的疲劳性能，抑制疲劳裂缝产生与开展；3.降低服役期间因疲劳裂缝产生二次病害的可能，延长路面使用寿命，便于养护。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]1.进行AC
‑
13级配设计，选取五种油石比成型马歇尔试件。
[0008]2.绘制沥青用量与物理力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，以毛体积相对密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值、为纵坐标。将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线。
[0009]3.求取相应于稳定度最大值的沥青用量a1、相应于密度最大的沥青用量a2以及相应的空隙率范围中值沥青用量a3，求取三者平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1。
[0010]4.求出各项指标符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OAC
min
‑
OAC
max
，其中值为最佳沥青用量的OAC2。OAC1与OAC2平均值为传统最佳油石比OAC。
[0011]5.对五种不同油石比的混合料分别辗压成型，切割成尺寸为385mm
×
50mm
×
65mm的标准四点弯曲疲劳试件。
[0012]6.在应变控制加载模式下对沥青混合料进行四点弯曲疲劳寿命测试。试验温度为
15℃，加载形式为半正弦波压缩荷载，加载频率25Hz。应变水平为500με、600με和700με。对不同油石比的沥青混合料进行三组平行试验，结果取平均值。终止条件为进度模量衰减到初始进度模量50％。
[0013]7.对15℃、25Hz下的四点弯曲疲劳寿命结果，将疲劳寿命N
f
与应变水平ε在双对数坐标中进行最小二乘法线性拟合得到疲劳寿命方程，疲劳寿命方程形式如公式1所示。
[0014]lgN
f
＝K
‑
nlgε
[0015]8.将疲劳方程中表征抗疲劳性能的k值(截距)与油石比进行一元二次线形拟合，曲线极大值对应油石比即为沥青混合料最大疲劳寿命时所对应的油石比。
[0016]9.以最大疲劳寿命对应的油石比为中点，以其与传统最佳油石比OAC之间的差值为允许范围，重新界定OAC
min
‑
OAC
max
，得到OAC3。
[0017]10.OAC1和OAC3取平均值，得到考虑疲劳寿命的最佳油石比OAC
fatigue
。
附图说明
[0018]图1是疲劳方程拟合结果；
[0019]图2是k值与油石比拟合结果；
[0020]图3是考虑疲劳寿命的最佳油石比流程图。
具体实施方式
[0021]实例：新集料采用10
‑
15mm、5
‑
10mm玄武岩、0
‑
5mm机制砂和矿粉，沥青采用SBS改性沥青。级配类型采用AC
‑
13，传统最佳油石比OAC＝5.09％。在应变控制加载模式下对油石比4.0％、4.5％、5.0％、5.5％和6.0％的沥青混合料进行四点弯曲疲劳寿命测试。试验温度为15℃，加载形式为半正弦波压缩荷载，加载频率25Hz。应变水平为500με、600με和700με。将疲劳寿命N
f
与应变水平ε在双对数坐标中进行最小二乘法线性拟合得到疲劳寿命方程，不同油石比混合料对应的疲劳方程如表1所示。将疲劳方程中表征抗疲劳性能的k值(截距)与油石比进行一元二次线形拟合，结果如图2所示。在一个合理的油石比范围之内，是存在使混合料抗疲劳性能达到极大值的最佳油石比的。
[0022]图2中拟合曲线顶点坐标为(5.22％，19.2848)，即最佳疲劳寿命对应的油石比为5.22％。传统最佳油石比OAC＝5.09％。将疲劳寿命作为确定最佳油石比的参数之一，以最大疲劳寿命对应的油石比5.22％为中点，与传统最佳油石比差值为允许范围，则OAC3确定中疲劳寿命允许范围为(5.09％，5.35％)。计算得到改进后的最佳油石比OAC
fatigue
为5.23％。改进后油石比提升0.14％，有利于内部应力消散，延长混合料疲劳寿命。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐疲劳应力吸收层配合比设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，S1.进行AC
‑
13级配设计，选取五种油石比成型马歇尔试件；S2.绘制沥青用量与物理力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，以毛体积相对密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值、为纵坐标；将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线；S3.求取相应于稳定度最大值的沥青用量a1、相应于密度最大的沥青用量a2以及相应的空隙率范围中值沥青用量a3，求取三者平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1；S4.求出各项指标符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OAC
min
‑
OAC
max
，其中值为最佳沥青用量的OAC2；OAC1与OAC2平均值为传统最佳油石比OAC；S5.对五种不同油石比的混合料分别辗压成型，切割成尺寸为385mm
×
50mm
×
65mm的标准四点弯曲疲劳试件；S6.在应变控制加载模式下对沥青混合料进行四点弯曲疲劳寿命测试；试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭猛，侯福金，张帅祥，吕新建，李涛，高华睿，
申请(专利权)人：山东高速建设管理集团有限公司，
类型：发明
国别省市：