一种沥青混合料三轴动态模量实验表征与预测方法

摘要

本发明属于道路工程技术领域，公开了一种沥青混合料三轴动态模量实验表征与预测方法，包括以下步骤：S1、基于沥青混合料单轴压缩动态模量实验，标定2S2P1D模型；S2、根据标定好的2S2P1D模型，得到沥青混合料的连续松弛谱，确定围压依赖性函数关系；S3、根据2S2P1D模型及围压依赖性函数，预测沥青混合料的三轴动态模量。本发明在常规三轴实验基础上做了简化，仅需在最高温度进行不同围压条件下的模量测试，大大减少了实验步骤和试件需求，显著降低了实验周期，对实验误差和数据容错度较好。

说明书

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种沥青混合料三轴动态模量实验表征与预测方法。

背景技术

和常见岩土材料类似，因集料骨架和孔隙的存在，沥青混合料的力学行为表现出显著的围压依赖性。高温下，沥青黏度降低，对集料的约束性降低，使得该特性在高温条件下的体现尤为显著。实际路面中，在竖向车轮荷载作用下，沥青混合料因其侧向膨胀趋势而显著受到周边材料的约束，对其应力应变响应的描述在考虑准确性和实用性地前提下一般可采用三轴动态模量模型。目前既有三轴模型均是在标准一维模型的基础上扩展得来，在实际应用中存在的挑战主要有以下两个方面：第一，室内实验需要在不同围压条件下进行全温度区域内的动态模量测试，实验周期较长；第二，数据分析步骤较为繁琐，且对实验误差和数据离散性较为敏感。沥青混合料动态模量三轴模型替代当前一维单轴模型，是沥青路面力学经验结构设计体系今后发展的趋势，因而很有必要建立一套准确性高、实用性强的实验方法和预测模型。

发明内容

本发明意在提供一种沥青混合料三轴动态模量实验表征与预测方法，以解决既有三轴模型实验周期长、对实验误差和数据离散性敏感的问题。

一种沥青混合料三轴动态模量实验表征与预测方法，包括以下步骤：

S1、基于沥青混合料单轴压缩动态模量实验，标定2S2P1D模型；

S2、根据标定好的2S2P1D模型，得到沥青混合料的连续松弛谱，确定围压依赖性函数关系；

S3、根据2S2P1D模型及围压依赖性函数，预测沥青混合料的三轴动态模量。

进一步，所述2S2P1D模型写成如下形式：

式中，ω是角频率，E

进一步，所述沥青混合料的连续松弛谱写成如下形式：

式中，H(ξ)是松弛谱，ξ表示时间。

进一步，E

式中，p表示围压水平，E

且在所述2S2P1D模型中，不同围压对应的E

Error＝[log(|E*|

式中，|E

本发明的有益效果是：

(1)本实验方法是在常规三轴实验基础上做了简化，仅需在最高温度进行不同围压条件下的模量测试，大大减少了实验步骤和试件需求，显著降低了实验周期；

(2)本实验方法的数据分析基于较为成熟的2S2P1D模型，对实验误差和数据容错度较好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的2S2P1D模型参数标定表；

图2为本发明实施例提供的2S2P1D模型标定结果：(a)存储模量主曲线拟合,(b)时温移位因子,(c)连续松弛谱；

图3为本发明实施例提供的由式(6)描述的围压依赖性参数标定图；

图4为本发明实施例提供的不同围压条件下模量实验值与预测值对比:(a)动态模量,(b)存储模量,(c)损耗模量。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

一种沥青混合料三轴动态模量实验表征与预测方法，包括以下步骤：

S1、基于沥青混合料单轴压缩动态模量实验，标定2S2P1D模型；

2S2P1D模型写成如下形式：

式中，ω是角频率，E

其中，E

S2、根据标定好的2S2P1D模型，得到沥青混合料的连续松弛谱，确定围压依赖性函数关系；

连续松弛谱写成如下形式：

式中，H(ξ)是松弛谱，ξ表示时间。

大量实验数据证实，对于传统密集配沥青混合料，较低温度下因沥青胶结料的强约束性，其模量对围压变化的敏感性可近似忽略，不仅其低温模量对围压不敏感，而且黏弹性松弛谱也几乎不受围压变化的影响。因此，本发明认为由标准单轴实验标定的连续松弛谱也适用于描述不同围压条件下的动态模量，围压的影响仅由参数E

不同围压对应的E

Error＝[log(|E*|

式中，|E

式中，p表示围压水平，E

S3、根据2S2P1D模型及围压依赖性函数，预测沥青混合料的三轴动态模量。

单轴压缩动态模量实验：

采用传统密集配沥青混合料，公称最大粒径为9.5mm，沥青性能分级为PG64-22，沥青含量6.1％，制备旋转压实试件，试件尺寸为直径100mm，高150mm，孔隙率为4.0±0.5％。参照规范JTG E20/T 0738-2011，在三轴压力室内进行标准单轴压缩动态模量实验，实验温度为-10°、5°、20°、40°和54℃，每个温度下的频率扫描包括25、10、5、1、0.5和0.1Hz，轴向应变由固定在试件表面的四组LVDT测量。标准单轴实验结束后，在54℃进行不同围压条件下的动态模量测试，围压水平包括70、140、250和500kPa。

基于单轴实验数据建立存储模量主曲线(参考温度设为5℃)，根据式(2)、(3)标定2S2P1D模型参数，带入式(4)、(5)，确定该沥青混合料的黏弹性松弛谱。所得模型参数见表1(图1)，相应实验数据拟合结果及连续松弛谱见图2。

基于高温围压条件下的模量测试结果，标定式(6)中的待定参数，拟合结果如图3所示。为了验证该模型准确性，在另一组实验中，对同一沥青混合料在各个围压条件下进行全温度范围内(-10°、5°、20°、40°和54℃)的动态模量实验，所得实验结果与该模型预测值做对比，对比结果如图4所示，其显示本发明所提出的三轴模型具有很好的预测效果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。