沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素

D0I:10.13374/.issn1001-053x.2011.10.021 第33卷第10期 北京科技大学学报 Vol.33 No.10 2011年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2011 沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素 姚爱玲)四郑鹏飞2) 1)长安大学公路学院特殊地区教有部重点实验室，西安7100642)内蒙古自治区呼伦贝尔市交通局，呼伦贝尔021000 ☒通信作者，E-mail:ailingyao@126.com 摘要为了研究应变测试方法、加载频率、试验温度和应力幅值对沥青混合料动态压缩弹性模量的影响，用MTS路面材料 动态试验系统对常用的两种沥青混合料AC-16和AC-20的动态压缩弹性模量进行了系统的测试，通过分析建立了各因素与 动态压缩弹性模量之间的关系，以及动态与静态弹性模量的关系。结果表明，采用侧面法测定的结果与现行规范中的推荐值 更接近，也能够消除由顶面法引起的试件端面的接触误差，建议在静态和动态模量试验中首选侧面法，在动态测试中要选择 合适的加载频率，使得试验结果的偏差系数控制在20%以下 关键词沥青：弹性模量：测试方法：加载频率：温度 分类号U414 Test method and influencing factors for the dynamic compression elastic modulus of asphalt mixtures YA0 Ai-ling》☒，ZHENG Peng fei》 1)Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Special Area Highway Engineering,Highway School,Chang'an University,Xi'an 710064, China 2)Department of Transportation of Hulunbeier,Inner Mongolia,Hulunbeier 021000,China Corresponding author,E-mail:ailingyao@126.com ABSTRACT In order to study the effects of strain test methods,loading frequency,testing temperature and stress amplitude on the dynamic compression elastic moduli of asphalt mixtures,the dynamic compression elastic moduli of two kinds of commonly asphalt mix- tures,AC-16 and AC-20,were studied by using an MTS dynamic pavement material test system.The relation between the above factors and the dynamic compression elastic modulus as well as the relation between the static and dynamic compression elastic modulus was established.According to the analysis of test results,the data tested by the side method much approach to the recommended values in the specification and the side method can also eliminate the contact error of the specimen caused by the top surface method.It is recom- mended that the side method is firstly chosen to use in the static and dynamic modulus test.While an appropriate load frequency is se- lected in the dynamic test,the deviation coefficient of test results should be controlled below 20%. KEY WORDS asphalt:elastic modulus:test method:loading frequency:temperature 以层状体系理论为基础的沥青路面设计方法 弹应变之比.动态模量是模拟汽车动态作用条件， 中，路面各结构层材料抗压回弹模量值的大小是非 在加载速率比较快的情况下（相当于静态荷载频率 常关键的.模量值按照加载的方式分为静态模量与 的几十倍~几百倍)测定的模量，其数学定义为最 动态模量，静态模量是在静态、加载速率比较慢（一 大压应力（应力曲线峰值）与最大可恢复轴向应变 般1 mm*min)的条件下，根据材料所受应力和相 (可恢复应变曲线的峰值)的比值.由于路面是承 应的回弹应变计算，我国现行路面设计方法中采用 受汽车荷载作用的结构，它的实际工作状态无论是 的模量为静态压缩回弹模量，它是采用顶面法测试 力学模型还是材料性质都与现行的静态力学体系有 出试件在逐级加载卸载的过程中的应力与回弹应变 着很大的差别.对于路面结构材料本身来说，由于 的关系，通过回归计算出在0.7MPa时的应力与回 路面材料大多是黏弹塑性的组合体，对时间、温度和 收稿日期：201007-26

第 33 卷 第 10 期 2011 年 10 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 10 Oct． 2011 沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素 姚爱玲1) 郑鹏飞2) 1) 长安大学公路学院特殊地区教育部重点实验室，西安 710064 2) 内蒙古自治区呼伦贝尔市交通局，呼伦贝尔 021000 通信作者，E-mail: ailingyao@ 126． com 摘 要 为了研究应变测试方法、加载频率、试验温度和应力幅值对沥青混合料动态压缩弹性模量的影响，用 MTS 路面材料 动态试验系统对常用的两种沥青混合料 AC--16 和 AC--20 的动态压缩弹性模量进行了系统的测试，通过分析建立了各因素与 动态压缩弹性模量之间的关系，以及动态与静态弹性模量的关系． 结果表明，采用侧面法测定的结果与现行规范中的推荐值 更接近，也能够消除由顶面法引起的试件端面的接触误差，建议在静态和动态模量试验中首选侧面法，在动态测试中要选择 合适的加载频率，使得试验结果的偏差系数控制在 20% 以下． 关键词 沥青; 弹性模量; 测试方法; 加载频率; 温度 分类号 U414 Test method and influencing factors for the dynamic compression elastic modulus of asphalt mixtures YAO Ai-ling1) ，ZHENG Peng-fei 2) 1) Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Special Area Highway Engineering，Highway School，Chang’an University，Xi’an 710064， China 2) Department of Transportation of Hulunbeier，Inner Mongolia，Hulunbeier 021000，China Corresponding author，E-mail: ailingyao@ 126． com ABSTRACT In order to study the effects of strain test methods，loading frequency，testing temperature and stress amplitude on the dynamic compression elastic moduli of asphalt mixtures，the dynamic compression elastic moduli of two kinds of commonly asphalt mix￾tures，AC-16 and AC-20，were studied by using an MTS dynamic pavement material test system． The relation between the above factors and the dynamic compression elastic modulus as well as the relation between the static and dynamic compression elastic modulus was established． According to the analysis of test results，the data tested by the side method much approach to the recommended values in the specification and the side method can also eliminate the contact error of the specimen caused by the top surface method． It is recom￾mended that the side method is firstly chosen to use in the static and dynamic modulus test． While an appropriate load frequency is se￾lected in the dynamic test，the deviation coefficient of test results should be controlled below 20% ． KEY WORDS asphalt; elastic modulus; test method; loading frequency; temperature 收稿日期: 2010--07--26 以层状体系理论为基础的沥青路面设计方法 中，路面各结构层材料抗压回弹模量值的大小是非 常关键的． 模量值按照加载的方式分为静态模量与 动态模量，静态模量是在静态、加载速率比较慢( 一 般 1 mm·min － 1 ) 的条件下，根据材料所受应力和相 应的回弹应变计算，我国现行路面设计方法中采用 的模量为静态压缩回弹模量，它是采用顶面法测试 出试件在逐级加载卸载的过程中的应力与回弹应变 的关系，通过回归计算出在 0. 7 MPa 时的应力与回 弹应变之比． 动态模量是模拟汽车动态作用条件， 在加载速率比较快的情况下( 相当于静态荷载频率 的几十倍 ～ 几百倍) 测定的模量，其数学定义为最 大压应力( 应力曲线峰值) 与最大可恢复轴向应变 ( 可恢复应变曲线的峰值) 的比值． 由于路面是承 受汽车荷载作用的结构，它的实际工作状态无论是 力学模型还是材料性质都与现行的静态力学体系有 着很大的差别． 对于路面结构材料本身来说，由于 路面材料大多是黏弹塑性的组合体，对时间、温度和 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.021

·1276· 北京科技大学学报 第33卷 加荷条件等的影响非常敏感.动态模量相关研 本文利用MTS路面动态测试系统测试了AC- 究最早始于1960年Papazian对沥青混合料动态模 16和AC-20两种沥青混合料的动态压缩弹性模 量测试方法的研究，1979年被ASTM收编为标准测 量，并分析了应变测试方法、测试温度、应力振幅 试方法(D3497一79沥青混凝土混合料动力模量的 及加载频率对两种沥青混合料的动态压缩弹性模 标准测试方法)圆.美国公路战略研究计划 量的影响，分析了静态压缩弹性模量与动态模量 (Strategic Highway Research Program,SHRP)a研究结 的关系 束后，国家公路协作计划NCHRP9-19项目一 Superpave Support and Performance Models Manage- 1试验材料及测试方法 ment耗资260万美元对这一问题进行了长达7年 1.1材料技术性能 的深入研究(1999年5月一2006年8月)0.我国 试验用基质沥青为埃索AH-70,AC-20采用基 王旭东因于1998年对沥青混合料的动态模量进行 质沥青，AC-16采用SBS改性沥青，两种混合料的 了比较系统的研究，胡霞光和李德超6-对沥青混 矿料级配均符合《公路沥青路面施工技术规范》 合料的试验方法与指标进行了探讨，试验采用方法 (JTGF40一2004)0的要求 都是我国现行规范的顶面法，顶面法测的是试件全 1.2动态压缩弹性模量测试方法 高度（上下压盘之间）的变形，而美国标准中的应变 试件规格为直径100mm、高度100mm的圆柱 测试方法为侧面法（侧面法测试的是试件高度方向 体，对每一试件采用两种应变的测试方法—顶面 上一定区段的变形，也称引伸仪法)，两种方法测试 法和侧面法，见图1.动态加载方式是正弦波重复加 结果相差很大.赵延庆等网实测了某柔性基层沥青 载，加载峰值为预定的压力峰值，谷值为峰值大小的 路面试验段各层沥青混合料在不同温度和荷载作用 10%,每一个试验条件下，动载作用200个循环，取 频率下的动态模量，刘宇等回采用半圆试件测试了 最后5个循环的应力与弹性应变幅值的平均值计算 沥青混合料的动态模量. 动态压缩弹模. 图1应变测试装置图.(a)顶面法：(b)侧面法 Fig.1 Installation drawing of strain test methods:(a)top surface method:(b)side method 试验时，测出了5、10、15和20℃四个温度下， 出，随着加载时间即循环次数的增加，试件的位移在 不同的应力大小、不同的加载频率对动态压缩弹性 逐渐增大 模量的影响.应力的变化范围为0.1~0.7MPa.加 0.034 载频率的波动范围具体为：对ACH6,第1方案试验 采用1、4、16和30Hz,第2方案采用2.5、5、10和 0.035 15Hz;对AC-25采用了2.5、5、10和15Hz的加载 -0.036 频率 -0.037 M 2混合料动态压缩弹性模量试验结果分析 0.0300 40.5 41.0 顶面法与侧面法两种方法，尽管应变的数值相 时间 差很大，可试件的位移（应变）随时间的变化规律相 图2侧面法测得的试件动态位移与时间之间的关系 同.图2为侧面法测试的加载时间与试件位移的关 Fig.2 Relationship between time and dynamic displacement of sam- 系曲线，图中位移的负值表示试件受压.从图2看 ples tested by the side method

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 加荷条件等的影响非常敏感［1--2］． 动态模量相关研 究最早始于 1960 年 Papazian 对沥青混合料动态模 量测试方法的研究，1979 年被 ASTM 收编为标准测 试方法( D3497—79 沥青混凝土混合料动力模量的 标准 测 试 方 法) ［3］． 美国公路战略研究计划 ( Strategic Highway Research Program，SHRP) 研究结 束后，国家公路协作计划 NCHRP9--19 项 目——— Superpave Support and Performance Models Manage￾ment 耗资 260 万美元对这一问题进行了长达 7 年 的深入研究( 1999 年 5 月—2006 年 8 月) ［4］． 我国 王旭东［5］于 1998 年对沥青混合料的动态模量进行 了比较系统的研究，胡霞光和李德超［6--7］对沥青混 合料的试验方法与指标进行了探讨，试验采用方法 都是我国现行规范的顶面法，顶面法测的是试件全 高度( 上下压盘之间) 的变形，而美国标准中的应变 测试方法为侧面法( 侧面法测试的是试件高度方向 上一定区段的变形，也称引伸仪法) ，两种方法测试 结果相差很大． 赵延庆等［8］实测了某柔性基层沥青 路面试验段各层沥青混合料在不同温度和荷载作用 频率下的动态模量，刘宇等［9］采用半圆试件测试了 沥青混合料的动态模量． 本文利用 MTS 路面动态测试系统测试了AC-- 16 和 AC--20 两种沥青混合料的动态压缩弹性模 量，并分析了应变测试方法、测试温度、应力振幅 及加载频率对两种沥青混合料的动态压缩弹性模 量的影响，分析了静态压缩弹性模量与动态模量 的关系． 1 试验材料及测试方法 1. 1 材料技术性能 试验用基质沥青为埃索 AH--70，AC--20 采用基 质沥青，AC--16 采用 SBS 改性沥青，两种混合料的 矿料级配均 符 合《公路沥青路面施工技术规范》 ( JTG F40—2004) ［10］的要求． 1. 2 动态压缩弹性模量测试方法 试件规格为直径 100 mm、高度 100 mm 的圆柱 体，对每一试件采用两种应变的测试方法———顶面 法和侧面法，见图 1． 动态加载方式是正弦波重复加 载，加载峰值为预定的压力峰值，谷值为峰值大小的 10% ，每一个试验条件下，动载作用 200 个循环，取 最后 5 个循环的应力与弹性应变幅值的平均值计算 动态压缩弹模． 图 1 应变测试装置图． ( a) 顶面法; ( b) 侧面法 Fig． 1 Installation drawing of strain test methods: ( a) top surface method; ( b) side method 试验时，测出了 5、10、15 和 20 ℃ 四个温度下， 不同的应力大小、不同的加载频率对动态压缩弹性 模量的影响． 应力的变化范围为 0. 1 ～ 0. 7 MPa． 加 载频率的波动范围具体为: 对 AC--16，第1 方案试验 采用 1、4、16 和 30 Hz，第 2 方案采用 2. 5、5、10 和 15 Hz; 对 AC--25 采用了 2. 5、5、10 和 15 Hz 的加载 频率． 2 混合料动态压缩弹性模量试验结果分析 顶面法与侧面法两种方法，尽管应变的数值相 差很大，可试件的位移( 应变) 随时间的变化规律相 同． 图 2 为侧面法测试的加载时间与试件位移的关 系曲线，图中位移的负值表示试件受压． 从图 2 看 出，随着加载时间即循环次数的增加，试件的位移在 逐渐增大． 图 2 侧面法测得的试件动态位移与时间之间的关系 Fig． 2 Relationship between time and dynamic displacement of sam￾ples tested by the side method ·1276·

第10期 姚爱玲等：沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素 ·1277· 2.1测试方法与温度对动态压缩弹性模量的影响 压回弹模量略大，而侧面法的动态模量是静态模量 为了分析温度与测试方法对动态压缩弹性模量 的3~7倍，这进一步说明了应变测试方法对静、动 的影响，从试验结果中取出在5、10、15和20℃的温 态弹性模量的影响. 度下，AC一16沥青混合料的动态压缩弹性模量数 表3温度与测试方法对动态压缩弹性模量的影响 据，本文仅摘出应力为0.7MPa和0.5MPa时顶面 Table 3 Influences of temperature and test methods on dynamic com- 法与侧面法两种方法的试验结果，计算出该组温度 pression elastic modulus MPa 下几个动态压缩弹性模量的平均值，以及90%和 0.7MPa时的 0.5MPa时的 温度/ 动态压缩弹性模量 动态压缩弹性模量 95%的保证率时的代表值，结果见表1和表2. ℃ 侧面法/ 侧面法/ 表10.7MPa时AC-16在不同温度下的动态压缩弹性模量 顶面法 侧面法 顶面法 侧面法 顶面法 顶面法 Table 1 Dynamie compression elasticity modulus of AC6 under 0.7 5 652.39338.2 14.3 570.98889.115.6 MPa at different temperatures MPa 10 692.4 10631.2 15.4 601.79625.5 16.0 代表值 代表值 704.66643.7 9.4 536.95896.210.9 温度/ 平均值 (90%的保证率)(95%的保证率) 20 621.0 6574.5 10.6 569.45395.3 9.5 顶面法 侧面法 项面法侧面法项面法侧面法 表4AC-16混合料温度与静态回弹模量的关系 652.3 9338.2 604 6515 590 5756 692.410631.2 Table 4 10 624 7139 587 5225 Relationship between temperature and static elastic modulus of 15 704.6 6643.7 653 4168 638 3735 AC46 MPa 20 621.06574.5 568 4346 526 3968 代表值 代表值 温度/ 平均值 (90%的保证率)(95%的保证率) 表20.5MPa时AC-16在不同温度下的动态压缩弹性模量 ℃ 顶面法侧面法 顶面法侧面法顶面法侧面法 Table 2 Dynamic compression elastic modulus of AC-6 under 0.5 MPa 5 613.3 2420.6 4041742 392 1492 at different temperatures MPa 10 537.3 1617.2 484 1081 473 973 代表值 代表值 500.5 1070.5 401 786 367 707 温度/ 平均值 t (90%的保证率) (95%的保证率) 20 437.0 846.2 317 668 265 594 项面法 侧面法 顶面法侧面法项面法侧面法 5 570.9 8889.1 525 6658 511 6048 分析顶面法与侧面法测试结果差异较大的原 10 601.7 9625.5 508 4590 457 1829 因，主要是由于顶面法试件端面的接触误差、测试部 15 536.9 5896.2 518 5010 505 4813 位的不同（全高度、部分高度）、试件不同部位变形 20 569.45395.3 516 5121 523 4963 产生与恢复的不同步、测试手段的精度不同等因素 表1和表2说明了在每个温度下测试方法对试 根据本文与文献中的测试结果，以及美国材料协会 验结果的影响都非常大.表3列出了两种测试方法 的标准试验方法ASTM D3497、美国国家公路与运 的结果比较情况.计算侧面法与顶面法的比值时， 输协会(American Association of State Highway and 采用试验结果的平均值进行计算.在以往的观点 Transportation Officials)AASHTO-TP62-301, 中，我国道路研究者总是认为国外所采用的动态弹 建议动态弹性模量采用侧面法.对于试件不同高度 模比国内的静态弹模大许多，即国内外模量值的 处的变形差异，还需要设计许多具体的试验，进一步 差异主要是静态与动态的差别造成的.但是，笔者 做系统的测试分析 的室内试验结果表明，模量值的差异主要是由不同 表1~表3分析了温度对动态压缩弹模的影 的测试方法引起的.关于顶面法测试结果较小的现 响，发现在5~20℃的温度下，动态弹模的变化不 象，在文献2,5,12]中都有体现. 大，而且规律不明显，但在10℃或15℃常温下，动 表3表明，不论在单位压力0.7MPa还是 态弹模普遍较大.表4的静态弹模试验结果规律性 0.5MPa时，每种温度下，侧面法的测试结果能够达 较好，随着温度的升高，回弹模量在减小 到顶面法的9倍以上 2.2力的振幅对动态抗压弹性模量的影响 为了便于比较试验方法对静、动态模量的影响， 应力的大小与压缩弹性应变之间的关系基本上 文中同时列出了AC一16静态回弹模量的试验结 呈线性关系，随着应力幅值水平的增大，应变则线性 果)，该表的数值与动态压缩弹模是采用相同的设 增加.图3给出典型的应力振幅与弹性应变之间的 备来完成，见表4. 关系.对AC-20混凝土试件，采用加载频率10Hz, 事实上，当采用我国现行规范中规定的顶面法 测出不同温度下，应力峰值与动态弹模之间的关系， 时，0.7MPa动态压缩弹模的试验结果比静态的抗 结果见表5

第 10 期 姚爱玲等: 沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素 2. 1 测试方法与温度对动态压缩弹性模量的影响 为了分析温度与测试方法对动态压缩弹性模量 的影响，从试验结果中取出在 5、10、15 和 20 ℃ 的温 度下，AC--16 沥青混合料的动态压缩弹性模量数 据，本文仅摘出应力为 0. 7 MPa 和 0. 5 MPa 时顶面 法与侧面法两种方法的试验结果，计算出该组温度 下几个动态压缩弹性模量的平均值，以及 90% 和 95% 的保证率时的代表值，结果见表 1 和表 2． 表 1 0. 7 MPa 时 AC--16 在不同温度下的动态压缩弹性模量 Table 1 Dynamic compression elasticity modulus of AC-16 under 0. 7 MPa at different temperatures MPa 温度/ ℃ 平均值 代表值 ( 90% 的保证率) 代表值 ( 95% 的保证率) 顶面法 侧面法 顶面法 侧面法 顶面法 侧面法 5 652. 3 9 338. 2 604 6 515 590 5 756 10 692. 4 10 631. 2 624 7 139 587 5 225 15 704. 6 6 643. 7 653 4 168 638 3 735 20 621. 0 6 574. 5 568 4 346 526 3 968 表 2 0. 5 MPa 时 AC--16 在不同温度下的动态压缩弹性模量 Table 2 Dynamic compression elastic modulus of AC-16 under 0. 5 MPa at different temperatures MPa 温度/ ℃ 平均值 代表值 ( 90% 的保证率) 代表值 ( 95% 的保证率) 顶面法 侧面法 顶面法 侧面法 顶面法 侧面法 5 570. 9 8 889. 1 525 6 658 511 6 048 10 601. 7 9 625. 5 508 4 590 457 1 829 15 536. 9 5 896. 2 518 5 010 505 4 813 20 569. 4 5 395. 3 516 5 121 523 4 963 表 1 和表 2 说明了在每个温度下测试方法对试 验结果的影响都非常大． 表 3 列出了两种测试方法 的结果比较情况． 计算侧面法与顶面法的比值时， 采用试验结果的平均值进行计算． 在以往的观点 中，我国道路研究者总是认为国外所采用的动态弹 模比国内的静态弹模大许多［11］，即国内外模量值的 差异主要是静态与动态的差别造成的． 但是，笔者 的室内试验结果表明，模量值的差异主要是由不同 的测试方法引起的． 关于顶面法测试结果较小的现 象，在文献［2，5，12］中都有体现． 表 3 表 明，不论在单位压力 0. 7 MPa 还 是 0. 5 MPa时，每种温度下，侧面法的测试结果能够达 到顶面法的 9 倍以上． 为了便于比较试验方法对静、动态模量的影响， 文中同时列出了 AC--16 静态回弹模量的试验结 果［13］，该表的数值与动态压缩弹模是采用相同的设 备来完成，见表 4． 事实上，当采用我国现行规范中规定的顶面法 时，0. 7 MPa 动态压缩弹模的试验结果比静态的抗 压回弹模量略大，而侧面法的动态模量是静态模量 的 3 ～ 7 倍，这进一步说明了应变测试方法对静、动 态弹性模量的影响． 表 3 温度与测试方法对动态压缩弹性模量的影响 Table 3 Influences of temperature and test methods on dynamic com￾pression elastic modulus MPa 温度/ ℃ 0. 7 MPa 时的 动态压缩弹性模量 0. 5 MPa 时的 动态压缩弹性模量 顶面法 侧面法 侧面法/ 顶面法 顶面法 侧面法 侧面法/ 顶面法 5 652. 3 9 338. 2 14. 3 570. 9 8 889. 1 15. 6 10 692. 4 10 631. 2 15. 4 601. 7 9 625. 5 16. 0 15 704. 6 6 643. 7 9. 4 536. 9 5 896. 2 10. 9 20 621. 0 6 574. 5 10. 6 569. 4 5 395. 3 9. 5 表 4 AC--16 混合料温度与静态回弹模量的关系 Table 4 Relationship between temperature and static elastic modulus of AC-16 MPa 温度/ ℃ 平均值 代表值 ( 90% 的保证率) 代表值 ( 95% 的保证率) 顶面法 侧面法 顶面法 侧面法 顶面法 侧面法 5 613. 3 2 420. 6 404 1 742 392 1 492 10 537. 3 1 617. 2 484 1 081 473 973 15 500. 5 1 070. 5 401 786 367 707 20 437. 0 846. 2 317 668 265 594 分析顶面法与侧面法测试结果差异较大的原 因，主要是由于顶面法试件端面的接触误差、测试部 位的不同( 全高度、部分高度) 、试件不同部位变形 产生与恢复的不同步、测试手段的精度不同等因素． 根据本文与文献中的测试结果，以及美国材料协会 的标准试验方法 ASTM D3497、美国国家公路与运 输协会( American Association of State Highway and Transportation Officials) AASHTO--TP62--3 ［14］，笔 者 建议动态弹性模量采用侧面法． 对于试件不同高度 处的变形差异，还需要设计许多具体的试验，进一步 做系统的测试分析． 表 1 ～ 表 3 分析了温度对动态压缩弹模的影 响，发现在 5 ～ 20 ℃ 的温度下，动态弹模的变化不 大，而且规律不明显，但在 10 ℃ 或 15 ℃ 常温下，动 态弹模普遍较大． 表 4 的静态弹模试验结果规律性 较好，随着温度的升高，回弹模量在减小． 2. 2 力的振幅对动态抗压弹性模量的影响 应力的大小与压缩弹性应变之间的关系基本上 呈线性关系，随着应力幅值水平的增大，应变则线性 增加． 图 3 给出典型的应力振幅与弹性应变之间的 关系． 对 AC--20 混凝土试件，采用加载频率 10 Hz， 测出不同温度下，应力峰值与动态弹模之间的关系， 结果见表 5． ·1277·

·1278· 北京科技大学学报 第33卷 0.0012[a 0.00008r 0.0010- 0.00006 0.0008 ao04 0.0004 0.00002 0.0002 0.2 0.40.6 0.8 0.2 0.40.60.8 应力MPa 应力MPa 图3应力幅值与压缩弹性应变之间的关系。(a)顶面法；(b)侧面法 Fig.3 Relationship between stress amplitude and compression elastic strain:(a)top surface method;(b)side method 表5AC-20动态压缩弹模试验结果 Table 5 Test results of AC-20 dynamie compression elastie modulus 应力峰值/ 动态压缩弹性模量/MPa 应力峰值/ 动态压缩弹性模量/MPa 温度/℃ 温度/℃ MPa 顶面法 侧面法 MPa 顶面法 侧面法 0.2 441.72 13496.42 0.2 315.61 9659.60 0.3 533.16 15318.61 0.3 479.73 9769.29 5 0.5 609.29 15363.81 0.5 561.06 11534.77 0.7 632.39 15698.89 0.7 639.12 11639.28 0.2 323.30 10531.30 0.2 245.45 8009.78 0.3 424.87 12387.70 0.3 401.33 8937.32 10 20 0.5 486.06 13811.80 0.5 470.44 9692.62 0.7 533.75 14889.90 0.7 496.34 10160.72 选出15℃的试验数据，将应力峰值与动态压缩 以看出，动态压缩弹模随着应力幅值的增大而增大， 弹模的试验结果绘制成关系曲线，见图4.由图4可 但并非线性关系，用二次多项式回归，相关系数在 700 13000- (a) 600- 12000 500- 11000 400- ◆ 300 ◆ 碧 9000 200 =-1207.9x2+1678.1x+47.567 8000 =-7434.3r2+11268x+7479 F=0.9109 R=0.9582 100 7000 6000 01020.30.40.50.60.70.8 0.1020.30.40.50.60.70.8 应力峰值MPa 应力峰值MPa 图4应力幅值与动态压缩弹性模量之间的关系，()顶面法；(b)侧面法 Fig.4 Relationship between stress amplitude and dynamie compression elastic modulus:(a)top surface method:(b)side method 90%以上. 的偏差系数控制在20%以下. 2.3频率对动态压缩弹模的影响分析 表6AC-16在20℃时不同加载频率的动态压缩弹模 对两种沥青混合料，筛选出顶面法在20℃和 Table 6 Dynamie compression elastic modulus of AC6at 20C at dif- 25℃的试验结果（表6~表8）进行分析. ferent loading frequencies 从表6~表8可以看出：加载频率与动态弹模 须率Hz试件个数平均值/MPa标准差/MPa偏差系数/% 之间的关系并不明显，以后应加大试验数量，进一步 2.5 6 610.6 41.936 6.9 进行分析：随着频率的增加，试验结果的离散性增 5.0 607.3 47.064 7.8 加，可靠性降低.所以，研究沥青混合料的动态参数 10.0 6 598.6 96.003 16.0 时，一定要选择合适的加载频率，尽量使得试验结果 15.0 6 554.3 89.942 16.2

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 90% 以上． 2. 3 频率对动态压缩弹模的影响分析 对两种沥青混合料，筛选出顶面法在 20 ℃ 和 25 ℃的试验结果( 表 6 "表 8) 进行分析． 从表 6 ～ 表 8 可以看出: 加载频率与动态弹模 之间的关系并不明显，以后应加大试验数量，进一步 进行分析; 随着频率的增加，试验结果的离散性增 加，可靠性降低． 所以，研究沥青混合料的动态参数 时，一定要选择合适的加载频率，尽量使得试验结果 的偏差系数控制在 20% 以下． 表 6 AC--16 在 20 ℃时不同加载频率的动态压缩弹模 Table 6 Dynamic compression elastic modulus of AC-16 at 20 ℃ at dif￾ferent loading frequencies 频率/Hz 试件个数 平均值/MPa 标准差/MPa 偏差系数/% 2. 5 6 610. 6 41. 936 6. 9 5. 0 6 607. 3 47. 064 7. 8 10. 0 6 598. 6 96. 003 16. 0 15. 0 6 554. 3 89. 942 16. 2 ·1278·

第10期 姚爱玲等：沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素 ·1279· 表7AC-16在25℃时不同加载频率的动态压缩弹模 tics and Dynamic Parameters.Beijing:China Communication Table 7 Dynamic compression elastic modulus of AC-6 at 25 C at dif- Press,2002 ferent loading frequencies (王旭东.沥青路面材料动力特性与动态参数.北京：人民交 频率/Hz试件个数平均值/MPa标准差/MPa偏差系数/% 通出版社，2002) 1 6 587.1 25.3255 4.3 [3]D349779 Standard Test Method for Dynamic Modulus of Asphalt 4 6 627.2 32.9874 5.3 Mixtures.West Conshohocken:ASTM International,2003 16 6 621.6 60.6187 9.8 National Cooperative Highway Research Program 137A.Guide for 30 6 464.3 154.8204 33.3 Mechanistic-empirical Design of Ne and Rehabilitated Parement Structures.Washington D C:ARA Ine,2004 表8AC-20混合料在20℃时不同加载频率的动态压缩弹模 的 Wang X D.The Analysis of Asphalt Pavement Material Parameters Table 8 Dynamic compression elastic modulus of AC20 at 20C at dif- on Dynamic Characteristics and Dynamic Parameters [Disserta- ferent loading frequencies tion].Nanjing:Southeast University,1998 频率/Hz试件个数平均值/MPa标准差/MPa偏差系数/% (王旭东，沥青路面材料动力特性与动态参数研究[学位论 2.5 6 668.8 126.5363 18.9 文].南京：东南大学，1998) 5.0 6 656.0 132.5151 20.2 20.1 Hu X G.Li D C,Tian L.Asphalt mixture dynamic modulus re- 10.0 6 653.5 131.5201 15.0 6 568.5 128.1502 22.5 search progress.China Foreign Highway,2007,27(1):132 (胡霞光，李德超，田莉.沥青混合料动态模量研究进展.中外 公路，2007,27(1)：132) 3结论 7]Li D C.Asphalt mixture dynamic modulus research.Highcay, (1)对动态压缩弹性模量影响最大的因素是测 2008(1):134 (李德超.沥青混合料动态模量试验研究.公路，2008(1)： 试方法，侧面法的测试结果能够达到顶面法的9倍 134) 以上.无论是进行静态回弹模量还是动态压缩弹性 Zhao Y Q,Pan YQ,Huang R H.Analysis of pavement responses 模量的测试，必须选择合适的测试手段，回弹模量必 based on dynamic modulus.J Chongging Jiaotong Univ Nat Sci, 须指明试验方法 2008,27(1):57 (赵延庆，潘友强，黄荣华基于动态模量的沥青路面力学响 (2)在侧面法与顶面法两种试验方法中，不论 应分析.重庆交通大学学报：自然科学版，2008,27(1)：57) 是静态还是动态模量，都推荐采用侧面法，这样与现 ] Liu Y,Zhang X N,Chen S X.Method to test dynamic modulus of 行规范中的推荐值更加接近，也能够消除顶面法引 asphalt mixture based on semi-circular specimens.J South China 起的试件端面的接触误差 Unie Technol Nat Sci,2010,38(3):41 (3)动态压缩弹模随着应力幅值的增大而增 (刘宇，张肖宁，陈少幸.基于半圆试件的沥青混合料动态模量测 大，但并非线性关系，用二次多项式回归，相关系数 试方法.华南理工大学学报：自然科学版，2010,38(3)：41) [io] Ministry of Communications of China.JTG F40-2004 Technical 在90%以上. Specification for Construction of Highway Asphalt Pavements.Bei- (4)加载频率对动态弹模值的大小影响规律并 jing:China Communication Press,2004 不明显，以后应加大试验数量，进一步进行分析.随 (中华人民共和国交通部.JTGF40一2004公路沥青路面施 着频率的增加，试验结果的离散性增加，可靠性降 工技术规范.北京：人民交通出版社，2004) 01] 低.所以，研究沥青混合料的动态参数时，一定要选 Shen J A.The Asphalt and Asphalt Mixture of Way-se Perform- ance.Beijing:China Communication Press,2003 择合适的加载频率，尽量使得试验结果的偏差系数 (沈金安.沥青与沥青混合料的路用性能.北京：人民交通出 控制在20%以下. 版社，2003) (5)建议在后续的试验中，研究试件不同高度 12] Sun J.Asphalt Mixture Dynamic Modulus Research [Disserta- 处的应变情况，进一步分析造成顶面法与侧面法结 tion].Xian:Chang'an University,2007 果差异的原因，分析试件不同高度的应变是否同步， (孙建.沥青混合料动态模量研究[学位论文].西安：长安 大学，2007) 这样不仅能够确定出最合理的应变测试方法而且能 [13]Yao A L,Zhang X L,Wang X C.Affect of test methods on com- 够为进一步研究沥青混合料的受力特性奠定基础. pression module of asphalt mixture.J Changan Unir Nat Sci, 2005,25(6):21 参考文献 (姚爱玲，张西玲，王选仓.测试方法对沥青混合料抗压回弹 [Sha A M,Jiang XX.Pavement dynamic characteristics analysis 模量的影响.长安大学学报：自然科学版，2005,25(6)：21) J Traffic Transp Eng,2001,1(2):63 04] American Association of State Highway and Transportation Offi- (沙爱民，江晓霞.路面动态特性分析.交通运输工程学报， cials (AASHTO).AASHTO-TP62-03 Standard Method of Test 2001,1(2):63) for Determining Dynamic Modulus of Hot-mix Asphalt Concrete Wang X D.The Asphalt Parement Materials Dynamic Characteris- Mixtures.Washington D C,2003

第 10 期 姚爱玲等: 沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素 表 7 AC--16 在 25 ℃时不同加载频率的动态压缩弹模 Table 7 Dynamic compression elastic modulus of AC-16 at 25 ℃ at dif￾ferent loading frequencies 频率/Hz 试件个数 平均值/MPa 标准差/MPa 偏差系数/% 1 6 587. 1 25. 325 5 4. 3 4 6 627. 2 32. 987 4 5. 3 16 6 621. 6 60. 618 7 9. 8 30 6 464. 3 154. 820 4 33. 3 表 8 AC--20 混合料在 20 ℃时不同加载频率的动态压缩弹模 Table 8 Dynamic compression elastic modulus of AC-20 at 20 ℃ at dif￾ferent loading frequencies 频率/Hz 试件个数 平均值/MPa 标准差/MPa 偏差系数/% 2. 5 6 668. 8 126. 536 3 18. 9 5. 0 6 656. 0 132. 515 1 20. 2 10. 0 6 653. 5 131. 520 1 20. 1 15. 0 6 568. 5 128. 150 2 22. 5 3 结论 ( 1) 对动态压缩弹性模量影响最大的因素是测 试方法，侧面法的测试结果能够达到顶面法的 9 倍 以上． 无论是进行静态回弹模量还是动态压缩弹性 模量的测试，必须选择合适的测试手段，回弹模量必 须指明试验方法． ( 2) 在侧面法与顶面法两种试验方法中，不论 是静态还是动态模量，都推荐采用侧面法，这样与现 行规范中的推荐值更加接近，也能够消除顶面法引 起的试件端面的接触误差． ( 3) 动态压缩弹模随着应力幅值的增大而增 大，但并非线性关系，用二次多项式回归，相关系数 在 90% 以上． ( 4) 加载频率对动态弹模值的大小影响规律并 不明显，以后应加大试验数量，进一步进行分析． 随 着频率的增加，试验结果的离散性增加，可靠性降 低． 所以，研究沥青混合料的动态参数时，一定要选 择合适的加载频率，尽量使得试验结果的偏差系数 控制在 20% 以下． ( 5) 建议在后续的试验中，研究试件不同高度 处的应变情况，进一步分析造成顶面法与侧面法结 果差异的原因，分析试件不同高度的应变是否同步， 这样不仅能够确定出最合理的应变测试方法而且能 够为进一步研究沥青混合料的受力特性奠定基础． 参 考 文 献 ［1］ Sha A M，Jiang X X． Pavement dynamic characteristics analysis． J Traffic Transp Eng，2001，1( 2) : 63 ( 沙爱民，江晓霞． 路面动态特性分析． 交通运输工程学报， 2001，1( 2) : 63) ［2］ Wang X D． The Asphalt Pavement Materials Dynamic Characteris￾tics and Dynamic Parameters． Beijing: China Communication Press，2002 ( 王旭东． 沥青路面材料动力特性与动态参数． 北京: 人民交 通出版社，2002) ［3］ D3497-79 Standard Test Method for Dynamic Modulus of Asphalt Mixtures． West Conshohocken: ASTM International，2003 ［4］ National Cooperative Highway Research Program 1-37A． Guide for Mechanistic-empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures． Washington D C: ARA Inc，2004 ［5］ Wang X D． The Analysis of Asphalt Pavement Material Parameters on Dynamic Characteristics and Dynamic Parameters ［Disserta￾tion］． Nanjing: Southeast University，1998 ( 王旭东． 沥青路面材料动力特性与动态参数研究［学位论 文］． 南京: 东南大学，1998) ［6］ Hu X G． ，Li D C，Tian L． Asphalt mixture dynamic modulus re￾search progress． J China Foreign Highway，2007，27( 1) : 132 ( 胡霞光，李德超，田莉． 沥青混合料动态模量研究进展． 中外 公路，2007，27( 1) : 132) ［7］ Li D C． Asphalt mixture dynamic modulus research． Highway， 2008( 1) : 134 ( 李德超． 沥青混合料动态模量试验研究． 公路，2008 ( 1 ) : 134) ［8］ Zhao Y Q，Pan Y Q，Huang R H． Analysis of pavement responses based on dynamic modulus． J Chongqing Jiaotong Univ Nat Sci， 2008，27( 1) : 57 ( 赵延庆，潘友强，黄荣华． 基于动态模量的沥青路面力学响 应分析． 重庆交通大学学报: 自然科学版，2008，27( 1) : 57) ［9］ Liu Y，Zhang X N，Chen S X． Method to test dynamic modulus of asphalt mixture based on semi-circular specimens． J South China Univ Technol Nat Sci，2010，38( 3) : 41 ( 刘宇，张肖宁，陈少幸． 基于半圆试件的沥青混合料动态模量测 试方法． 华南理工大学学报: 自然科学版，2010，38( 3) : 41) ［10］ Ministry of Communications of China． JTG F40—2004 Technical Specification for Construction of Highway Asphalt Pavements． Bei￾jing: China Communication Press，2004 ( 中华人民共和国交通部． JTG F40—2004 公路沥青路面施 工技术规范． 北京: 人民交通出版社，2004) ［11］ Shen J A． The Asphalt and Asphalt Mixture of Way-Use Perform￾ance． Beijing: China Communication Press，2003 ( 沈金安． 沥青与沥青混合料的路用性能． 北京: 人民交通出 版社，2003) ［12］ Sun J． Asphalt Mixture Dynamic Modulus Research ［Disserta￾tion］． Xian: Chang'an University，2007 ( 孙建． 沥青混合料动态模量研究［学位论文］． 西安: 长安 大学，2007) ［13］ Yao A L，Zhang X L，Wang X C． Affect of test methods on com￾pression module of asphalt mixture． J Chang'an Univ Nat Sci， 2005，25( 6) : 21 ( 姚爱玲，张西玲，王选仓． 测试方法对沥青混合料抗压回弹 模量的影响． 长安大学学报: 自然科学版，2005，25( 6) : 21) ［14］ American Association of State Highway and Transportation Offi￾cials ( AASHTO) ． AASHTO-TP62-03 Standard Method of Test for Determining Dynamic Modulus of Hot-mix Asphalt Concrete Mixtures． Washington D C，2003 ·1279·