[发明专利]道路基层粒料混合料回弹模量室内测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料参数的测试技术，尤其是涉及一种道路基层粒料混合料回弹模量室内测试方法及装置。

背景技术

1、粒料混合料作为道路基层的广泛性

粒料混合料是指砂砾石、砂卵石、碎石、石渣、石粉等不同粒径颗粒组成的无粘性混合料，不仅具有良好温度稳定性和湿度稳定性，粒料颗粒间嵌锁作用形成的非线性结构层具有较大的承载能力和较强的抵抗疲劳破坏能力，还可以有效吸收裂缝尖端应力，防止半刚性沥青路面早期开裂和反射裂缝的产生。因此，采用优质级配粒料混合料作为沥青路面基层得到了工程界的关注。

国外高等级公路柔性路面应用中，广泛将粒料混合料作为道路基层、底基层材料。一般来说，将粒料混合料作为道路基层或底基层时，各国对粒料的技术性能作出了相应的要求。如美国纽约州交通运输部门对粒料混合料作为路面、路面基层、路面底基层的级配、压碎值、塑性指数和砂当量制定了相应的规范。地沥青学会对未处理的粒料混合料的CBR、液限、塑性指数、含砂当量、通过200号筛的百分数等也作出了相应的技术要求。此外，瑞士、芬兰、法国等一些国家针对将非粘结粒料混合料用于基层还给出了交通量的限制。

国内公路建设中，对粒料混合料作为道路基层采用的通常做法是：将粒料按一定的级配组成，然后掺加一定比例的粘结料(石灰、粉煤灰或水泥)，将这种掺加了无机结合料并满足级配要求的混合料作为高等级公路的基层。不掺加无机结合料的级配粒料混合料则仅用于中、低等级的公路和城市道路的基层或底基层。

2、粒料混合料回弹模量现行测定方法

在高等级公路柔性路面设计方法中普遍采用路基回弹模量，并引入相应的季节影响因素。美国AASHTO设计规范中根据一年或某几个月内路基回弹模量及其相对损失，计算路基的平均有效回弹模量，并根据不同的交通量对粒料混合料基层的最小厚度给出了相应的建议值。在AI法中根据土基材料填筑的路基进行回弹模量试验，获得至少6～8个试验值，取小于所有试验值60％，75％或87.5％的模量值作为土基的设计回弹模量；对于粒状混合料则采用与AASHTO法类似的方法。在欧洲，对于粒料混合料材料多采用基于室内三轴试验获得的数据建立的非线性模型和随季节的相对损失计算其有效回弹模量，并引入排水系数、修正层位系数得到粒料混合料的回弹模量。在国内，对于不掺结合料的粒料混合料由于受测试方法与手段的限制，其重要力学参数-回弹模量数值的确定比较困难，取值与实际试验路段实测模量偏小，给设计与施工带来很多的不确定因素和问题，从而限制了粒料混合料的应用范围。

国内外许多研究表明：粒料类材料的回弹模量随作用应力状态而变化，其应力应变的非线性使得混合料的回弹模量在很大程度上受竖向和侧向应力大小的影响，众多研究采用基于重复三轴试验的方法，并建立粒料混合料回弹模量与应力状态相互关系模型。

在国内，常用来测定土基回弹模量的方法主要有：①现场承载板法；②贝克曼梁法；③换算法；④CBR法；⑤室内试验测定法；⑥路表弯沉盆反算法(FWD法)；⑦查表法。

按照道路基层粒料混合料回弹模量测定方法的特点，上述方法可分为以下几类：

一是以经验型为主，如CBR法、查表法、换算法等。此类方法均建立在经验积累的基础上，得出的回弹模量在某一范围内是可信的，但在其它条件下其适用性有所限制。

二是以现场测试为主，如现场承载板法、贝克曼梁法等，此类测试方法所受影响因素较多，各测设点的模量测试值有较大的变异，测定结果往往较难应用于指导路面设计。

三是基于大型试验条件和一定理论分析为基础，如路表弯沉盆反算法、重复三轴试验方法。这类方法对试验测试条件、人员要求比较高，且需要具有一定的理论作为分析基础，受此特点影响，该类方法的全面推广应用有一定难度。

四是室内模拟试验方法：回弹模量室内模拟试验法就是以野外的含水量和压实度，在室内静压成型做小型承载板试验。试验所采用的试筒尺寸为D×H＝152mm×170mm，静压成型后试样尺寸为D×H＝152mm×120mm，承载板压头直径D为50mm。

测试粘土或细粒土体回弹模量时，采用目前的室内模拟试验方法的测试结果较为可信。用来测试大粒径粗粒土混合料时，相比较粗粒料颗粒最大粒径而言，由于实验仪器尺寸小，试筒侧壁对粗粒料混合料的变形产生较大的约束作用；另一方面，相对较小的试筒尺寸也使得粒料混合料的均匀性相对变差。这表明，现有的室内模拟试验方法用来测定粒料混合料的回弹模量是不适用的。