路面材料力学性能

路面材料的力学性能引言颗粒材料的工程性质稳定类材料沥青混合料水泥混凝土Miner定律-线性疲劳叠加率一、引言1、路面材料的类型2、应力-应变特性：模量E，这是主要力学分析参数3、强度特性：了解其自身的抗力，了解强度的来源4、变形特性：变形能力，可恢复的和不可恢复的变形，对平整度的影响5、疲劳特性：与寿命有关，与荷载作用次数有关6、耐久性：自然因素的影响，包括水的作用、水稳定性、抗剥落特性、抗冻融特性（温度）、自然老化、抗紫外线。

二、颗粒材料的工程性质1强度来源3变形累积2应力应变关系4泊松比1、强度来源颗粒类材料由于无结合料的黏结，所以不是一个整体，是一个结构层，但自身是松散的。不能承受拉应力的作用，可以受压或受剪切。黏结力为零。内磨檫力提供了抗剪切强度，但取决于粒料的纹理、密实度、颗粒形状、级配等因素强度来源骨架结构，不含或很少细料（<0.074）的状态，见图：强度来源于接触部位的摩擦力，对集料强度要求高；水稳定性好，透水性好，无冻敏骨架-填充结构，见图：强度来自于摩擦力，抗剪切强度有所提高；密度高，透水性差，可能是冻敏的，取决于填充料；不耐冲刷。三渣多属于这种结构。悬浮结构，粗集料悬浮于细集料之中，见图：强度取决于填充料；密度高，不透水，水敏，冻敏，不耐冲刷颗粒材料的几种组成状态压碎值取决于集料的强度和形状，压碎值不足的危害是很大的，产生变形和强度问题即便是基层、底基层等层次，虽然整体受力较小，但局部接触应力可能很大，仍需要限制压碎值过于密实碎可提高强度，但可能会牺牲水稳定性、温度稳定性和抗冲刷能力，设计者应设法平衡强度与稳定性之间的关系形状可能会影响压碎值，所以采用测试压碎值的集料的形状应符合要求。集料生产过程中的内部裂纹会影响压碎值压碎值、性状与透水性级配要求应满足一定的级配要求，可参见有关手册或规范

测试与计算测试采用三轴试验计算：2、应力-应变关系三轴试验测定方法应力-应变关系

注意：该曲线与土的应力-应变曲线的区别εθ为主应力之和

k为系数，k1=7.0-15.7，k2=0.46-0.64由于σ1与σ3有关，所以模量还可以表示为：

粒料的模量与受力状态有关随着荷载（弯沉）的增大，模量在增加荷载-弯沉关系Pl破坏点粒料模量的取值比较困难，因为E=F（应力，棱角，纹理，密度），设计中无法考虑这么详细设计中的考虑3、变形累积与土的变形累计规律类似当较小时，趋于缓慢稳定增加当较大时，急剧增加随增加，稳定的增加4、泊松比一般0.2-0.5，一般取0.25-0.35三、稳定类材料1、强度特性

强度来源：黏结力，内摩擦力当采用黏结力、内摩擦力的概念时，总与剪切有关。实际上，黏结力和内摩擦力提供了各种强度。测试方法三轴压缩试验，P45图5-2梁式试件，4点加荷法，三分点加荷试验，P45图5-2劈裂试验，间接拉伸试验，图同样三种组成状态。由于是整体性材料，所以同样应注意其水稳定性。细集料（结合料）含量越多，越容易冲刷。在满足填充要求的前提下，应尽量减少细集料的用量。强度不是唯一的标准。级配一般采用骨架-填充结构

2、三轴压缩状态下的应力-应变关系σ-ε关系与土的类似（P35，图4-1），见下图，应变随荷载的增大而迅速增大。同样，为应力偏量的函数。在应力级位较小时，近似直线，E为常数。与粒料的σ-ε关系有很大不同，凹向相反，悬浮结构的粒料可能相似（如果细料类似土的话），这反映了黏结型与嵌锁型的区别。

3、梁式弯拉状态下的应力-应变关系梁式试件是半拉半压的受力状态，性质应处于拉、压之间，所得模量略小于三轴不反映侧限力的影响应力-应变曲线与上图类似，但损坏区域更明显，速度更快4、影响因素结合料的剂量和活性龄期集料的类型（土）5、参考值域水泥土：E=（0.7-7）*1000Mpa，μ=0.15-0.35水泥稳定碎石：（7-28）*1000Mpa，μ=0.15-0.206、变形特性累计永久变形忽略不计

7、疲劳特性疲劳是指材料在低于极限荷载的英里作用下发生破坏，是重复荷载作用下微裂纹的扩展，重复荷载作用的大小不可太大。疲劳反映了路面的寿命，反映了小吨位荷载作用下的数千万次的重复作用，滴水穿石的效果。疲劳设计是路面设计的重要概念，是路面设计的重要特点。疲劳寿命：指从开始加载至损坏时的荷载作用次数；通常采用梁式试件测量，四点加荷法。所施加的应力实际上就是破坏时的应力，成为疲劳强度。疲劳极限：当荷载小于一定数值时，材料永远不会发生疲劳损坏，这个数值曾经定义为10^7，目前已经不行。对钢材，应力比0.5。

概念加载波形有多种，典型的有三种：低应力为零：常用方式，沥青路面方式低应力>零：水泥路面方式低应力<零：双向加载方式，不常用随着荷载作用次数的增加，材料的抗力（强度、模量）在不断降低。疲劳寿命与加荷方式、波形、频率等因素有关。荷载级位越大，疲劳寿命越短；荷载级位越小，疲劳寿命越长。当然还与材料自身的特性有关，与黏结料的性质有关，与集料的性质也有关。一般而言，影响弯拉强度的因素都将影响疲劳特性。疲劳特性一般用应力或应变与疲劳寿命之间的关系来表示，两者之间在半对数或双对数坐标上一般呈线性关系。见图。疲劳方程的离散性一般很大

常见表达方式：

低应力为零

有高低应力比时的疲劳方程：低应力>0

疲劳方程：极限曲率半径，R：曲率半径，N：作用次数。对荷载的敏感性参数β反映了材料对荷载的敏感性，β越小，对荷载的作用越敏感，因为其大小与荷载换算系数的指数有关：

理论上，参数α=1四、沥青混合料强度来源应力-应变关系变形特性泊松比强度特征疲劳特征1、强度来源沥青提供的黏结力和集料提供的内摩擦力常用的沥青混合料类型沥青混凝土（AC）抗滑磨耗层（AK）SMAOGFC抗滑磨耗层，多孔沥青路面（PAC）

2、应力-应变关系

沥青混合料是一种粘弹塑性材料，其应力-应变关系受温度、时间等外界因素和沥青含量、沥青性质、集料级配和集料性质等自身因素的影响，所以与一般材料不同，对沥青混合料的应力-应变关系，讨论其蠕变特性典型蠕变关系曲线见图。温度影响：受温度影响是沥青混合料的主要特点之一，高低温时应变可相差几十倍高温时，主要表现为粘塑性特性，粘性、塑性变形很大，影响车辙大小低温时，主要表现为线弹性，影响疲劳和开裂特性（疲劳开裂和低温开裂）

劲度（模量）定义：与时间、温度有关的特征量（条件参数），时温（转换）关系：P47图。时间-温度的等效转换对于试验设计非常重要。蠕变模量通常采用单轴或三轴压缩试验测定。蠕变模量的定义为：目前实验方法尚未形成标准，常用偏应力=0.1-0.2MPA，T=40℃。加载方式包括静态、动态和重复荷载三种方式。

动态模量动态模量的试验过程与上图中的（b）类似。动态模量：注意：1、试验时间不可太长，否则不是常数，而是时间的函数。2、反映了材料的流变特性，对弹性体，相位差为“0”回弹模量回弹模量定义为测试方法有三种，见P49图。注意：与上面蠕变试验中ε（t）的区别；前者为弹性变形+部分粘性变形，后者为塑性变形+部分粘性变形。所以前者用于结构疲劳分析，后者用于车辙分析。劲度预估SHELL方法，P503、变形特性变形特性可由动态或重复荷载作用下的蠕变特性定义，反映材料的粘塑性，迄今缺少可靠的预估模型影响变形特性的因素温度、应力和作用时间（加载频率）沥青的含量、质量集料特性，包括棱角、破裂面比例，集料表面纹理、级配等压实度、压实方法

4、泊松比与沥青含量、温度和集料特性有关，一般取0.25-0.50。P50。实际上，大部分混合料的泊松比大于0.50。5、强度特性抗弯拉强度，抗剪切强度，抗拉强度影响因素：沥青的性质与含量，集料的性质与级配，温度和加荷速率抗剪切强度（P53，图5-14、5-15）抗拉强度（P54，图5-19）6、疲劳特性试验方法，梁式、劈裂和悬臂式加载方法应力控制，试验过程中保持所加的荷载不变，应变不断增大，P58，图5-23应变控制，试验过程中保持所加的应变不变，应力不断减小；破坏不明显，一般定义为模量衰变50%时为破坏点；P58，图5-23目前已经逐步趋向于采用应变控制疲劳方程双对数直线方程目前一般采用应变表示法。

LogNLogεε影响因素Monismith方程影响混合料疲劳特性的因素很多，要全部考虑是困难，只能选择主要的、综合性强的因素加以考虑。Monismith给出了比较有代表性的方程：五、水泥混凝土

疲劳特性或

路面上的荷载轻重不一，怎样考虑不同荷载的作用？ Miner在研究金属材料的性能时提出了线性疲劳迭加律，即不同等级荷载产生的疲劳效应可以直接相加。即

六、Miner定律-线性疲劳迭加律

钻床和铣床的区别钻床和铣床的区别钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。镗床与铣床的区别镗床与铣床的工作原理和性质相似。刀具的旋转是主运动，工件的移动是进给运动。镗床多用于加工较长的通孔，大直径台阶孔，大型箱体零件上不同位置的孔等。由于镗床的刀盘和镗杆刚性较高，因此加工出的孔的直线度，圆柱度和位置度等都很高。铣床也可以进行镗孔，但加工范围较小，精度也较低。铣床多用于平面，成型面，槽等加工。摇臂钻是效率很高的孔加工机床，由于它的主轴可以在加工范围内快速的任意移动，而工件固定。因此加工大型箱体零件上的不同位置的孔，螺孔等，效率很高。编辑本段立式铣床的日常保养班前保养(1)开车前检查各油池是否缺油，并按照润滑图所示，使用清净的机油进行一次加油。(2)检查电源开关外观和作用是否良好，接地装置是否完整。(3)检查各部件螺钉、像目、手柄、手球及油杯等有无松动和丢失，如发现应及时拧紧和补齐。(4)检查传动皮带状况。钻铣床[1](5)检查电器安全装置是否良好。班中保养(1)观察电机、电器的灵敏性、可靠性、温升、声响及震动等情况。(2)检查电器安全装里的灵敏和可靠程度。(3)观察各传动部件的温升、声向及震动等情况。(4)时刻检查床身和升降台内的柱塞油泵的工作情况，当机床在运转中而指示器内没有油流出时，应及时进行修理。(5)发现工作台纵向丝杠轴向间隙及传动有间隙，应按说明要求进行调整。(6)主轴轴承的调整。(7)工作台快速移动离合器的调整。(8)传动皮带松紧程度的调整。班后保养工作后必须检查、清扫设备，做好日常保养工作，将各操作手柄(开关)置于空档(零位)拉开电源开关，达到整齐、清洁、润滑、安全。定期保养1.每3个月清洗床身内部、升降台内部和工