基于同一时温等效因子绘制轴横向动态模量主曲线

发布时间:2022-11-21 10:54:37

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20192

JournalofWuhanUniversityofTechnology
(TransportationScience=Engineering
Vol.43No.1Feb.2019
基于同一时温等效因子绘制轴横向动态模量主曲线
12
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12
(武汉理工大学交通学院u430063(湖北省公路工程技术研究中心2430063
(武汉市南四环线高速公路建设管理有限公司3430056摘要:沥青混合料线性黏弹性阶段的动态模量满足时温等效原理,基于时温等效原则可将试验得到的不同温度与频率下的动态模量采用相应的时温等效因子平移得到参考温度下的动态模量主曲线,因此主曲线的精确与否取决于时温等效因子的准确程度.在沥青混合料固有各向异性的研究中,为了得到满足黏弹性理论和时温等效原理的轴向和横向动态模量主曲线,从宏观和微观理论出发分析两个方向采用相同时温等效因子的合理性,同时进行两种沥青混合料的动态模量试验,对比采用与不采用相同时温等效因子绘制主曲线的准确性,发现两种方式绘制得到的主曲线的误差百分率与拟合优度相差很小,采用不同时温等效因子绘制的主曲线时,由于多了两个参数#故误差百分率指标与拟合优度稍高.基于理论分析与试验结果表明,在沥青混合料各向异性的研究中,两个方向的主曲线绘制需要采用相同的时温等效因子,绘制出满时温等效原理的主曲线.关键词:动态模量;主曲线;时温等效原理;WLF方程;Arrhenius中图法分类号U414doi10.3963$.issn.2095-3844.2019.01.029
0
沥青混合料由于在压实过程中,集料的趋向性排布使得沥青混合料表现为横观各向同性,就是沥青混合料的各向异性.在沥青混合料固有各向异性的研究中,常用轴向(压实方向)压缩动态模量与横向(垂直压实方向)压缩动态模量的比值用来表征沥青混合料的各向异性程度)6],但在绘制轴向动态模量主曲线与横向动态模量主曲线的过程中,默认将两者分开进行,得到两个不同的时温等效因子和相应的曲线参数,这代表轴向时.Di等)]在使用两弹簧两抛物型蠕变单元与单黏壶组2P2P1D本构模型对沥青混合料的正交各项异性的研究中发现,在线性黏弹性阶段每个方向

可以用同
时温等效因子,动态模量与泊松比均为材料固有属性即对于材料的性质,其时温效应应当是一致的.基于这个推论,对于单一沥青混合料试件,时温作用应是一致的.同时依据时温等效理论,
沥青混合料是一种典型的黏弹塑性材料,压缩荷载荷载作用下,主要经历三个阶段,线性黏弹性阶段,非线性黏弹性阶段和损伤阶段,其中线性黏弹性阶段的动态模量在加载周期内保持不
变[12].但是沥青混合料的动态模量随着加载频率与温度的变化而变化,显示出明显的时间和温度依赖性,其性质满足时温等效原理)4].时温等效原理又为时温叠加原理,一般认为,对于线性黏弹性材料或处于线性黏弹性阶段的材料,对其作用的时间效应与对其的温度效应之间可以乘以一个系数来进行相互转换,这个系数即为时温等效因子.基于时温等效原理,可以平移得到参考温度全频域范围内的动态模量,平移得到的动态模量在一条光滑的曲线上,这条曲线即为参考温度下的动态模量主曲线.因此,时温等效因子的精确与否影响着主曲线的精确与否.
稿'018-12-27
1993—男,2017-538-1-3

1等:基于同一时温等效因子绘制轴横向动态模量主曲线-147-
料的时温等效因子定义与材料的黏度或者反应速率相关,基于这个思路,本文使用两种级配沥青混合料进行不同方向的动态模量试验,并绘制其主线研究采用不同时温等效因子与相同时温等效因子时主曲线的变化情况.1
时间,
aT==^
+*
(5
式中T为热力学温度,K;$T下的松弛
T*下的松弛时间,s;+为
T下的黏度,Pa-S;%T*下的黏度,Pa-s.
在自由体积理论中,认为材料内部的自由体积的比例影响材料的黏度,并满足杜利尔特方程,沥青混合料的动态模量及主曲线
模型
1.1
动态模量
沥青混合料的动态模量|E"|往往用来表征
荷载作用下的路面变形特性,它的定义源于材料的性质参数复数模量,为复数模量的模.复数模量由两部分组成,实部为存储模量,用于表征沥青混合料的弹性作用,虚部为损失模量,用于表征黏性作用[8].
E*=E'
(1|7"/(E2+(E2
!
式中E"为复数模量,MPa;'为存储模量,MPa&
E'为损失模量,MPa.1%动态模量主曲线
动态模量主曲线的绘制需要依据时温等效原其步骤是在选定参考温度的基础上,依据时温等效原理,使用时温等效因子将不同温度频率的动态模量转换为参考温度下的相应加载频率的动态模量,并最终形成一条光滑的曲线,所得即为参
线.
在不同温度下测量得到的动态模量,通过应用时温等效因子可以将不同温度下的加载频率转换为参考温度下相应的缩减频率,即可得到缩减
.
义为
-N=-]a=
(3
式中:-N为转换后参考温度下的缩减频率Hg/为加载频率,Hz;T为时温等效因子.
常用的主曲线模型有多种,本文采用广义西格摩德模型进行动态模量主曲线的绘制,其形式为)]
式中J为最小渐进值,MPa为最小与最大渐近线之间的差值,MPa;A,/?,y为主曲线形状参数.2

2.1WLF方程
时温等效因子的定义为
形式为
In+=InALB(V-11
(6
式中:VT下的自由体积分数,AB
曲线拟合参数.
假定材料内部的自由体积分数随着温度变化其规律满足线性变化关系,则有
V=V*L.t(=一=*
(7
式中:V*为参考温度下的自由体积分数;为自
积分.
则可以得到:
lga==2.303
n
2.303]
lnA+B/
V1\lnALBI
V
*
B
=一T*
2.303V*V*.T
+(TT*
>1
T
_T*
C2+(TT*
(
中:C1=23%3v;C2=v*为主曲线的拟合参
数•
8即WLF方程,从材料的宏观特性一黏度出发利用自由体积理论,推导得到时温等效
形式.混合沥青胶浆、骨料与空隙结构组合成的复合材料,般认为沥青胶浆表现为各向同性,而沥青混合料的各向异性主要源于形成骨架结构的粗集料在空间的不均勻排布和集料本身形状特征导致的各向异性.沥青混合料是一种典型的三相复合材料,集料的黏度表现为无穷大,即不存在黏性,一般认为其沥黏性主要源于沥青及其与细集料混合成的
沥青胶浆,而沥青及沥青胶浆表现为受压各向同性.因此,在理论上横向与轴向的黏度应保持一对应的时温等效因子也应当相等.2.2阿伦纽斯(Arrhenius方程
阿伦纽斯方程是描述物质反应速率温度依赖性的方程,它给出了在热力学温度下化学作用的速率常数,其形式如下。

148
k=D
(交"201943
4=
(9
率常数应当保持一致,故对于两个方向上采用同3
子是有
.
'P能.为8.314kJ/(mol_
依据时因子因子
子的定义,在这里时温等效义为指
速率常数k与参则有
(10

考温度下速率常数^
3.1试件制备
使用
配两种沥青混合料对所提出问题
绿使E0.
.混合


#
90.SBS
均符合规范过室
==j~
k+
lgTC2T33_(lgD-7=-
AC-13C
4.
得到
(lgD~l=tr]=~2?R~=\(11
伦纽斯方程
速率随着层面来与“化学

混合
混合
学角度来表述物
时温依
.对于
在这里其从微观分子从微观分子层面分析,
3T详细级配情况见表1.
混合Superpave旋转压实仪成型得到高度1E0mm150mm的圆柱体试件.使用切将圆件切割为长XX高为100mmX100mmX100mm
得立方
并保证所得部分为中心部分,切割.
当标

4.0Ti
实方向与垂直压实
的微观分子成分并不会随着方向的在各个方向应当一致,因此,其在作用
速率常数不会随着作用方向的
础上,认为其速
在养生时
0.5%.切割完
方向以防止
1辉绿岩AC_13C沥青混合料级


16
10010013.29010096.49.5
688581.6
mm/%
4.752.361.180.6386824501538102853.528.422.115.9
0.3
72011.80.155159.10.075486.9
3.2动态模量试验
验所使用的试验仪器为动态试验
系统(dynamictestingsystem试验采用正弦波
使LVDT测量其轴向于加载方向进行测量,测量长mm#到其

式为
70mm(立方

与应变加载曲线

2

曲线见验并得

表2动态模量试验温度及加载频率

SBS
j
/
随机取三个面测量
100
义为

/Hz
方向


50X10-6.
应力加载曲线1.试验加载频率
5,20,35
50绿70.基5,20,35
50绿
0.1,0.5
1.0,5.010.0,25.00.1,0.51.05.010.0,25.0
SBS-1SBS-2SBS-3JZ-1JZ-2JZ-3
绿SBSAC-13C辉绿岩70

混合.
每种混合料使用三个
.

&曲线
|7"|=12
,0
式中w为应力曲线的振幅,MPa&为应变曲线的振幅,X10-6.4

采用两种沥青混合料试件进行试验:AC-13C
进行主曲线拟合分别得到时与主曲线的形状
#式为
Errormalignmark/,
7++最小,其表达

基于同一时温等效因子绘制轴横向动态模量主曲线

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