沥青混凝土弹性模量的测定方法

摘要

弹性模量、，是路面设计的一个重要参数。然而，采用循环三轴试验确定其参数繁琐且耗时。此外，经验关系，相互关联与各种其他材料的性能(即，加州承载比，CBR;泥炭承载比，LBR;r值和土壤支持值(SSV)的估算结果存在很大差异。有鉴于此，一种电子电路，采用弯曲和扩展元件(即压电陶瓷元件)，被开发出来。本文详细介绍了用于此目的的电路和测试方法。这种方法有助于相当精确地确定材料的弹性模量。此外，相信这种方法对工程师和技术人员进行路面质量检查非常有用，非常迅速和容易。

1.介绍

弹性模量、，通常对应于材料从外部冲击或扰动中恢复的程度。这种材料的特性实际上是其弹性模量的估计值，．在缓慢加载的情况下，线弹性区域的应力-应变曲线斜率屈服，然而，对于快速施加荷载(例如，路面承受的荷载)，这将屈服．弹性模量可以表示为 在哪里施加的压力是和吗为可恢复轴向应变。

描述路面基础或路基对施加的循环(交通)荷载的力学响应，因此，它被认为是路面设计的一个重要参数。通过了解路基土和路面材料的弹性模量，可以确定路面在交通荷载作用下的结构性能。

然而,获得是一项非常困难的任务，只能通过对材料的实验室测试来确定[1- - - - - -3.］．因此，长期路面试验协议(LTTP) P46被广泛使用[1，4，5)确定，这就需要对圆柱形岩心进行动态三轴测试。其他几种(修改的)方法，如国家公路研究计划(NCHRP) 1-28A方法和联邦公路管理局(FHWA)方法(1)也用于确定．各种经验关系，相互关联与其他材料性能(即加州承载比，CBR;泥炭承载比，LBR;-值和土壤支撑值(SSV)也可用于估算．然而，这些关系使估计结果和实验结果之间存在巨大的差异[4- - - - - -6］．除了材料的特性，数值取决于制备技术、加载振幅、加载周期顺序和围压等测试参数。然而，早期的研究人员并没有注意到在-à-vis现场条件下证实实验室结果。这就需要开发一种能够产生结果的方法在不影响现场条件的情况下，以一种方便的方式。在这种情况下，应用基于机械波传播的非破坏性方法似乎是一个更好的选择[1，7］．近年来，人们发现一些无损检测方法(即激光技术、探地雷达、落锤式偏转仪、微型或便携式轻型圆锥探地雷达仪、地质测量仪、红外和地震技术)可以成功地应用于预测及为进行质量控制及验收挠性路面施工的目的[8］．然而，一些研究人员[6，9- - - - - -11已经发现不同于基于分析的无损检测。

有鉴于此，人们尝试使用压电陶瓷元件和由印度孟买理工学院的研究人员开发的电子电路来确定沥青混凝土芯的弹性模量。12，13］．此外，作为所建议的测定方法的一部分，对这些岩心进行了完整的表征．将该方法的计算结果与三轴加载试验结果进行了比较，表明压电陶瓷单元可以成功地用于路面设计中的回弹模量测定。

2.实验调查

2．1．沥青混凝土芯的表征

本研究的DAC(致密沥青混凝土)和SDAC(半致密沥青混凝土)圆柱形芯样取自印度某机场两条跑道的机场路面。这些核心是从这些跑道路面的磨损和粘结层中提取出来的。根据ASTM D6927对这些岩心进行了密度空隙分析、马歇尔稳定性和流量值测试[14]，结果如表所示1．

DAC和SDAC试件在60℃下测试时，马歇尔稳定性值分别为765 kg和725 kg。与DAC样品相比，SDAC样品的流量值偏高。DAC和SDAC试样的平均容重分别为2.36和2.33 g/cc。混合料的刚度模量是根据混合料的参数(即密度、空隙率、填充沥青的骨料空隙率和沥青含量)、沥青的特性(即渗透、软化点、温度敏感性、渗透指数和比重)、以及利用壳列图研究聚集体(即比重)的性质[15，如表所示1．样品的梯度曲线如图所示1．

2．2．剪切波速度和压缩波速度的测量

以确定剪切波速度和压缩波速度(和，作者开发了一种简单而经济的弯曲元件装置[12，13)是就业。根据文献[16- - - - - -18］．用于测量的测试装置的框图和在圆柱形沥青混凝土筒体中所占的比例如图所示2．如图所示，在试件的两端可以安装压电陶瓷元件(发射器和接收器对)。发射机用由函数发生器产生的具有一定振幅的单周期正弦波激励。接收器连接到一个滤波/放大器电路，该电路又连接到一个数字示波器，该示波器也接收来自函数发生器的直接正弦波或阶跃信号。

本研究中使用的弯曲元件来自西澳大利亚大学海上基础系统中心。这些元件是通过将两种压电陶瓷材料粘接在一起而形成的，通过施加在它们表面的电压，使其中一个表面膨胀，而另一个表面收缩。这导致整个元件弯曲并产生电压，反之亦然。如图所示3.，接收机和发射机弯曲元件分别由串联和并联双晶型构成。图中的弯曲元素3(一个)和3 (b)随后作为扩展器元素使用，从而产生，通过互换布线配置和极化方向，如图所示4(一)和4 (b)．

为了确定由于弯曲元件的电子、陶瓷和涂层材料而引入的测量延迟，对整个系统进行了校准。这是通过将两个弯曲元件的尖端直接接触并测量校准时间来实现的发送到发射机和接收到的电脉冲之间。人们发现非常小(=5μ除此之外，对铝杆(160 mm × 25 mm × 25 mm)、热冷杆(82 mm直径和62 mm长度)和M-30级混凝土(50 mm直径和67 mm长度)也进行了测量[11］．为了实现这一点，在两个平面的中心创造了细缝(大约1.6毫米宽，11毫米长)，垂直于铝棒或混凝土块的长度。后来，在这些相互平行的缝隙中，安装了弯曲元件。对于这些材料,分别为3217 m/s、280 m/s和1500 m/s，与文献报道的值吻合得很好[19］．此外,和在一些标准材料上进行了测量。使用(2), (20.，21),泊松比,，当计算橡胶时，发现不锈钢和软木分别为0.5,0.29和0，与文献的结果吻合得很好[22- - - - - -24］ 在哪里之间的比率和．

之后,和在DAC和SDAC标本中进行测量。DAC样品的典型波形如图所示5．

2．3.加载测试

采用美国洪堡制造的主装载机系统(HM 3000)进行测定．该装置由具有实时数据采集功能的模数转换器组成，便于基于微处理器的步进电机速度控制;电机转速可在0 - 75mm /min之间选择，具有RS-232接口。

在计算机控制的用户定义的测试设置程序的帮助下，负载被应用到样品上。加载试样之前，将应变速率设置为25 mm/min，并将停止条件设置为:“荷载超过18 kN”，这是基于这些试样可能的弹性模量值。通过使用线性变量微分传感器(LVDT)，连接到计算机控制的用户定义设置，每1秒记录一次试样的变形。在卸载过程中，每个加载周期都有10 s的时滞。对每个试件进行35次加载循环。

3.结果和讨论

低应变剪切模量，，弹性模量，的计算结果如下[20.，21]： 在哪里为试样的质量密度。样本是从(2)通过使用和．

DAC试样的典型应力-应变曲线如图所示6(一)．数字6 (b)在加载过程中表现出应力和应变的变化。从图中可以看出，这些参数的变化与荷载和变形随时间的变化非常相似[25］．必须指出，这一概念被广泛应用于通过动态三轴试验和施加哈弗什脉冲加载来确定弹性模量。因此，我们认为，用这种方法确定的弹性模量可以代表轴载通过路面时的相同情况。

试件的可恢复轴向应变如图所示6 (b)利用这个值，弹性模量由(1)．剪切模量、弹性模量、回弹模量的值列于表中2．

之间的关系与和在图7．正如早期研究人员所指出的[20.，26]，/,因此,，对于特定类型的材料(即沥青混凝土、水泥混凝土或特定类型的岩石)保持不变。因此,两者都有关联吗和，因为这两个参数是相互关联的的函数和(ref。2））.这些参数之间的关系可以表示为

这表明在沥青混凝土路面中，利用压电陶瓷元件通过测量可以很容易地进行预测和．

4.结论

本文详细介绍了一种利用压电陶瓷单元确定密实和半密实沥青混凝土块体弹性模量的新方法。已经证明，这种方法在很短的时间内产生结果，而且不需要使用昂贵的设备。所得结果与常规循环试验结果相当接近。然而，将这种方法扩展到现场条件还需要进一步的研究。

命名法

：	弹性模量
：	剪切模量
：	低应变剪切模量
：	弹性模量
：	校准时间
：	剪切波速
	压缩波速度
：	可恢复的轴向应变
：	质量密度
：	外加应力
：	泊松比。

参考文献

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