民营科技２０１３年第５期 工程科技 路面材料特性的主要指标及其确定方法 李文锋 （广东广乐高速公路有限公司，广东广州５１００００） 摘要：路面材料在车轮荷载和环境因素的作用下所表现出的力学性质，对路面的使用性能和使用寿命起决定性作业。对路面材 料力学性质的分析和认识，有助于设计出符合使用要求的路面结构。现着重讨论各种材料路面结构设计相关的两个特性，即变形特性、 强度特性，以及表征这些性质的指标和确定方法。 关键词：路面材料；变形特性；强度特性；疲劳特性 路面材料大致可分为三大类：１）颗粒型材料及块料；２）水硬Ｉ生结 ｃ和 是表征材料抗剪强度的两项参数，可通过直剪试验，绘出 合材料；３）沥青类。这些材料按不同方式（密实型、嵌锁型和稳定型）组 ｒ一 曲线后，按上式确定。也可由三轴压缩试验，绘出摩尔圆和相应 成各种路面结构层。以下为路面材料特性的几种主要指标及其确定方 的包络线后，按上式的直线关系近似决定，由于三轴试验较接近实际 法。 受力状况，目前大多采用这种方法确定材料的ｃ值和 值。 １变形特性 大量试验结果表明，沥青混合料的粘结力取决于许多因素：沥青 １．１应力一应变特性。１）颗粒材料的应力一应变特性。对于用作基层 的粘度、沥青用量、温度和剪切速度、细料状况笙￣笙－ｒ￥－。 和垫层的无结合料碎石材料，有三轴试验所得到的应力一应变关系 ２．２抗拉强度。材料的抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力所 曲线具有同粘陛相似的非线性特征。因而，表征其应力一应变关系的 提供。其大小可采用直接拉伸和间接拉伸试验，由所测到的应力一应 回弹模量值Ｅｒ，也随着偏应力的增大而减少，侧限应力的增大而增 变曲线上的最高应力或破坏应力值确定。 大，但侧限应力的影响比粘陛图的情况大得多。面层较厚时，传给粒料 水泥｝昆凝土和水泥稳定土的抗拉强度可通过劈裂试验测定。 ３抗弯拉强度。整体Ｉ生材料（如水泥混凝土）及常温和低温下的沥 层得应力级位较小，碎石材料的应力一应变关系可近似看成线性。但 ２．当面层较薄时，则必须考虑上述粒料层的非线性特眭。一般按粒料层 青混合料，具有一定的抗弯刚度，在超过允许荷载的作用下，有可能在 所受到的应力状况采用迭代的方法来确定相应的模量值，通常可取路 结构层地面产生较大的拉应力，而材料的抗弯拉强度不足时会出现断 基模量值得一定倍数，此倍数同粒料层的厚度和路基模量有关，大体 裂破坏。 变动在１．５８—７．５范围内，一般隋况下取２．５较合适。２）水泥稳定类材 路面材料的抗弯拉强度，大多通过简支小梁试验评定。小梁截面 料包的应力一应变特陛。水泥稳定材料包括水泥土和水泥稳定碎石 边得尺寸应不低于集料最大粒径的４倍。 和砾石粒料，常用作路面积基层和垫层。其应力一应变关系可通过单 ３疲劳特性 轴和三轴试验或小梁弯曲试验得到。应力一应变关系呈现现非线性 材料承受重复应力作用时，会在低于静载一次作用下的极限应 状，表征其关系的模量值，同土一样，是应力的函数。３）沥青混合料的 力值时出现破坏，材料强度的这种降低现象，称作疲劳。 应力一应变特眭。沥青混合料的应力一应变特性同上迷材料有很大 ３．１水泥混凝土和水泥稳定类材料的疲劳特征。水泥混凝土疲劳陛 差别。 能的研究，大多是在室内通过对小梁试件加反复应力进行的。反复应 对沥青混合料进行三轴压缩试验。从试验结果可知，沥青料受荷 力由盯 （最大）变动到零（或接近零）的循环内进行。如果反复应力的 达一定值，特别是受荷时间又较长时，不仅出现弹ｌ生应变，而且随时间 低值不是零，则随着低应力盯 （最小）的增大，达到疲劳破坏时的作 而发生塑『生应变。随施加应力的级位和使用时间的不同，沥青混合眭 用次数也相应增长。 料的应力一应变关系分别呈现出弹性、弹一粘性和弹一粘一塑性等 ３－２沥青混合料的疲劳特性。沥青混合料疲劳特性的室内研究，是在 性状。 简支小梁或梯形悬臂式试件（弯曲疲劳）或者圆柱体试件（间接拉伸疲 同时，沥青材料的滞度温度影响很大。低温时，混合料基本属于 劳）上施加正弦或脉冲式变化的反复应力进行的。由于沥青混合料的 弹ｆ生体，在常温和高温时，则相应变为弹一粘『生和弹一粘一塑性体。 劲度模量低，应力反复施加过程中，试件的实际应力状态和应变量不 因而，常用“劲度”表示沥青混合料在给温度和加荷时间条件下 的应力一应变关系。沥青混合料的劲度可以采用不同试验方法得到， 如蠕变模量试验、动态模量试验各回弹模量试验等等。 １．２变形累积。沥青路面在行车荷载反复作用下会因塑性变形累积 而产生沉陷和车辙，是永远变形。对沥青混合永久变形特眭的研究，可 利用静态蠕变试验或重复三轴压缩试验进行。影响变形累积的因素， 断发生变化。为此，常采用两种试验方法：控制应力或控制应变试验。 控制应力试验，是在试验过程中保持荷载或应力值保持不变，这 时，由于试件内的微裂缝逐步扩展，材料的劲度不断下降，因而荷载或 应力量虽然不变，而应变量的增长速度却不断增大。而控制应变是在 试验过程中不断调节所施加的荷载或应力，使应变量始终不变，在试 验中材料劲度不断下降，维持相同的应变量所需的应力值也不断减 同温度、作用应力、加载时间和集料的情况有关。 少。前者以试件出现断裂为标志，后者则不出现明显疲劳破坏现象。只 ２强度特性 能主观地以劲度下降到初始劲度的某一百分率作为疲劳破坏的统一 强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受最大荷载 标志。 般来说，沥青含量多、针人度低和空袭含量少的密实型沥青混 （或应力。组成路面结构的混合料，往往具有较高的抗压强度，而抗压 或剪度较弱。因而，路面材料可能出现的强度破坏通常为：１）因剪切应 合料，其劲度高，对疲劳开裂的抵抗能力强，使用寿命长，反之，则使用 力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位。２）因拉 寿命短。 结语：荷载作用下发生于路面结构内的应力、应变和位移量，不 应力或弯拉应力过大而引起的断裂。 一２．１抗剪强度。面层厚度较薄而刚度较低时，传给土基的应力较大， 仅同加荷状况有关，还取决于路面材料的应力一应变特陛，这时进行 有可能出现因土基承载力不足而引起的剪切破坏。面层较厚但刚度较 路面结构分析必须知道的重要特陛。 累积变形是一种蠕变现象，与材料的劲度有关。可以利用单轴或 低时，如果受到较大的水平力，就有可能因沥青混合料的抗剪强度不 足而出现推移等破坏。 重复三轴压缩试验估计某一特定条件下的累积变形量。 抗剪强度由两部分组成，其一式摩阻部分，同作用在剪切面上的 疲劳破坏时沥青类和水泥混凝土路面的一种重要的损坏现象。 法向应力成正比；另—式同法向应力无关的粘结力部分，即 疲劳特性的室内研究已经相当充分，但是由于室外实际条件比室内试 ｒ＝：ｃ＋盯ｌｇ 验条件复杂得多，在利用室内试验所得到的试验结果来预估路面实际 式中：ｃ一材料粘结力； 一材料摩阻角。 疲劳寿命方面，还需要做很多工作。
