專利名稱：無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及道路工程領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
在我國(guó)高等級(jí)公路中，半剛性基層材料得到廣泛應(yīng)用，但工程實(shí)踐表明半剛性基層早期損壞比較嚴(yán)重。在試驗(yàn)室設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中，半剛性基層材料僅以材料組成、抗壓強(qiáng)度、靜態(tài)模量等簡(jiǎn)單指標(biāo)作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有深入進(jìn)行與路面實(shí)際受力狀態(tài)一致的損傷評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)指標(biāo)、參數(shù)的測(cè)試?，F(xiàn)有簡(jiǎn)單疲勞試驗(yàn)方法試圖以同批次成型的梁式試件中的一部分的彎拉強(qiáng)度平均值來(lái)代表此批試件的彎拉強(qiáng)度，并以此平均彎拉強(qiáng)度值作為其余試件疲勞試驗(yàn)所施加的疲勞荷載計(jì)算的依據(jù)。由于裝料、成型、養(yǎng)生等原因，同批次梁試件的彎拉強(qiáng)度并不完全相同，同時(shí)，由于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料的自身特點(diǎn)，成型的試件表面不平整，孔洞、邊角損壞現(xiàn)象普遍，使得加載過(guò)程中應(yīng)力集中，這導(dǎo)致疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)變異很大大，無(wú)法取得準(zhǔn)確可靠的試驗(yàn)結(jié)果，這也是現(xiàn)有無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞試驗(yàn)方法很難實(shí)施的原因所在。另一個(gè)重要問(wèn)題是，現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)方法僅有應(yīng)力比和疲勞加載次數(shù)兩個(gè)參數(shù)，無(wú)法獲知重復(fù)加載過(guò)程中試件動(dòng)態(tài)彎拉模量、彎拉應(yīng)變的物理力學(xué)響應(yīng)變化規(guī)律，更無(wú)法從試件參數(shù)變化規(guī)律評(píng)價(jià)材料的疲勞損傷變化特征。因此，半剛性材料疲勞損傷機(jī)理和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征一直未得到明確和驗(yàn)證，其損壞問(wèn)題也一直困擾我國(guó)工程技術(shù)人員。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料四點(diǎn)梁動(dòng)態(tài)加載疲勞損傷測(cè)試方法。利用該方法可獲得準(zhǔn)確可靠的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷方程和重復(fù)疲勞加載狀態(tài)下動(dòng)態(tài)參數(shù)變化特征。本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實(shí)現(xiàn)的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特點(diǎn)是該方法以振動(dòng)成型大梁試件為母體，將大梁試件切割成若干滿足規(guī)格的小梁試件后，通過(guò)相同層位小梁試件彎拉強(qiáng)度測(cè)試確定同層位小梁試件的疲勞荷載，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四點(diǎn)彎曲梁動(dòng)態(tài)重復(fù)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量小梁中心撓度變化，得到接近真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)下動(dòng)態(tài)彎拉模量隨疲勞加載次數(shù)的衰變規(guī)律，以及彎拉應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增長(zhǎng)規(guī)律，按照上述法進(jìn)行不同應(yīng)力比條件下的重復(fù)加載試驗(yàn)，即可得到無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料的疲勞損傷壽命。具體的，該方法包括以下步驟a)振動(dòng)成型大梁試件用振動(dòng)成型設(shè)備(振動(dòng)臺(tái)、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)等)成型若干大梁試件，成型的大梁試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生環(huán)境下養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度；b)將大梁試件切割成小梁試件
將每塊大梁試件分層切割成長(zhǎng)X寬X高為380mmX 63. 5mmX 50mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件；c)彎拉強(qiáng)度測(cè)試在同一層位上取其中一根小梁進(jìn)行四點(diǎn)梁彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，得到該小梁的彎拉強(qiáng)度；d)四點(diǎn)梁重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)以步驟c所得的彎拉強(qiáng)度確定同層位小梁的疲勞加載荷載，進(jìn)行重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)，直至小梁疲勞破壞；e)重復(fù)步驟C)和d)得到不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)下的小梁疲勞破壞加載次數(shù)，即疲勞損傷壽命；f)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到無(wú)機(jī)結(jié)合料疲勞方程和彎拉模量、彎拉應(yīng)變的變化規(guī)律。進(jìn)一步的，為了保證成型大梁試件內(nèi)部材料的均勻性，在步驟a)中，成型大梁試件時(shí)至少分兩層均勻裝料，并振動(dòng)成型壓實(shí)至設(shè)計(jì)壓實(shí)度。步驟a)中所述大梁試件長(zhǎng)X寬X高不小于550mmX150mmX150mm。步驟a)中的試件養(yǎng)生時(shí)間為石灰、粉煤灰穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時(shí)間不少于6個(gè)月；水泥穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時(shí)間不少于3個(gè)月。步驟b)中所述分層切割，切割小梁試件的高度方向與成型時(shí)壓力方向一致，同一根大梁體切割出來(lái)的小梁試件按它們?cè)谠罅后w中的位置分不同層位，在同一層位上至少切割出兩根小梁試件。步驟d)中所述重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)，加載模式為常應(yīng)力半正矢波，加載頻率為 10Hz，應(yīng)力循環(huán)最小值與最大值的比值為0. 1。重復(fù)加載過(guò)程中測(cè)量和采集梁中心撓度變化數(shù)值，即每一個(gè)加載循環(huán)梁中心撓度的最大值和最小值。步驟e)中所述不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)即不同應(yīng)力比，其取值范圍為0. 4 0. 75， 且至少在該范圍內(nèi)取三個(gè)應(yīng)力比進(jìn)行試驗(yàn)。本發(fā)明的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下突出的有益效果(一 )該方法以特定的切割方法及試驗(yàn)過(guò)程克服了現(xiàn)有無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞試驗(yàn)方法疲勞破壞加載次數(shù)變異大、疲勞方程可靠度低的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料疲勞損傷壽命的準(zhǔn)確預(yù)估；( 二)該方法解決了現(xiàn)有測(cè)試方法無(wú)法獲知無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料重復(fù)加載過(guò)程中材料物理力學(xué)響應(yīng)變化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了從材料物理力學(xué)響應(yīng)參數(shù)變化評(píng)價(jià)材料的疲勞損傷特征；(三)該方法解決了動(dòng)態(tài)彎拉模量參數(shù)指標(biāo)的測(cè)試和確定問(wèn)題；(四)該方法測(cè)量方法操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。


附圖1是小梁試件中心點(diǎn)撓度與加載次數(shù)的關(guān)系圖；附圖2是石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石疲勞試驗(yàn)彎拉模量及彎拉應(yīng)變變化規(guī)律圖；附圖3是石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石疲勞試驗(yàn)曲線。
具體實(shí)施例方式參照說(shuō)明書附圖以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法作以下詳細(xì)地說(shuō)明。實(shí)施例本發(fā)明的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，包括以下步驟(以石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石材料疲勞損傷測(cè)試為例)a)振動(dòng)成型大梁試件本實(shí)施例中采用了 4個(gè)應(yīng)力比，每個(gè)應(yīng)力比至少需要5個(gè)疲勞試驗(yàn)樣本即一個(gè)應(yīng)力比需要3根大梁試件，因此一共需要12根大梁試件。用振動(dòng)臺(tái)成型石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石材料大梁試件。大梁試件的長(zhǎng)X寬X高為 550mmX 150mm X 150mm。高度方向上分兩層裝料，底層高75mm，均勻裝料，一邊裝料一邊用直徑約2cm的木棒插搗，裝完后整平其表面；頂層高75mm，均勻裝料，一邊裝料一邊用直徑約2cm木棒插搗， 裝完后整平其表面并稍加壓緊，然后置于振動(dòng)臺(tái)成型(振動(dòng)成型壓實(shí)度要達(dá)到98%設(shè)計(jì)壓實(shí)度)，最后將試件連同試模置于20°C 士2°C，相對(duì)濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生環(huán)境下養(yǎng)生6 個(gè)月。其中，要求Φ 150mmX 150mm的試件7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于1. IMPa0設(shè)計(jì)壓實(shí)度根據(jù)具體測(cè)試材料確定，確定方法為公知技術(shù)。b)將大梁試件切割成小梁試件步驟a所得大梁試件大梁試件脫模后，切割掉試件表面缺料及不平整的部分，然后根據(jù)試件在成型方向上同一層位部分的壓實(shí)度相同、強(qiáng)度相同這一理論分析結(jié)果對(duì)大梁試件進(jìn)行切割加工，即沿水平中心面分層切割成長(zhǎng)X寬X高為380mmX63. 5mmX50mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件。具體來(lái)說(shuō)，切割的高度方向與成型時(shí)壓力方向一致，且同一根大梁體切割出來(lái)的小梁試件按它們?cè)谠罅后w中的位置分兩個(gè)層位。在同一層位上切割出兩根小梁試件，即每一塊大梁試件得到四根小梁試件用于后續(xù)測(cè)試。c)彎拉強(qiáng)度測(cè)試?yán)盟狞c(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)上述一根小梁試件進(jìn)行四點(diǎn)梁彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)；d)四點(diǎn)梁重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)以步驟c所得的彎拉強(qiáng)度確定同層位小梁的疲勞加載荷載，進(jìn)行重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)，直至小梁疲勞破壞；上述重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)，加載模式為常應(yīng)力半正矢波，加載頻率為10Hz，應(yīng)力循環(huán)最小值與最大值的比值為0.1;重復(fù)加載過(guò)程中測(cè)量和采集梁中心撓度變化數(shù)值，即每一個(gè)加載循環(huán)梁中心撓度的最大值和最小值。附圖1即為一根小梁試件在四點(diǎn)梁重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)中梁中心點(diǎn)分別在最大荷載和最小荷載時(shí)所對(duì)應(yīng)的撓度值，兩者之差即在一次加載周期中的最大相對(duì)撓度。由圖1 可知梁試件的撓度值隨著加載次數(shù)的增加而增大，并最終發(fā)生疲勞破壞，此時(shí)的加載次數(shù)即為該試件的疲勞壽命。e)重復(fù)步驟C)和d)得到不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)下的小梁疲勞破壞加載次數(shù)；不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)取值范圍為加載應(yīng)力與彎拉強(qiáng)度的應(yīng)力比為0. 4 0. 75， 至少取其中三個(gè)應(yīng)力比進(jìn)行試驗(yàn)。本實(shí)施例中采用了 0.6、0.65、0.7和0.75，共4個(gè)應(yīng)力比，各個(gè)應(yīng)力比下的疲勞試
驗(yàn)樣本數(shù)均為5個(gè)。疲勞試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。表1四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于該方法以振動(dòng)成型大梁試件為母體，將大梁試件切割成若干滿足規(guī)格的小梁試件后， 通過(guò)相同層位小梁試件彎拉強(qiáng)度測(cè)試確定同層位小梁試件的疲勞荷載，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四點(diǎn)彎曲梁動(dòng)態(tài)重復(fù)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量小梁中心撓度變化，得到接近真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)下動(dòng)態(tài)彎拉模量隨疲勞加載次數(shù)的衰變規(guī)律，以及彎拉應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增長(zhǎng)規(guī)律，按照上述法進(jìn)行不同應(yīng)力比條件下的重復(fù)加載試驗(yàn)，即可得到無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料的疲勞損傷壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)振動(dòng)成型大梁試件用振動(dòng)成型設(shè)備成型若干大梁試件，成型的大梁試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生環(huán)境下養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度；b)將大梁試件切割成小梁試件將每塊大梁試件分層切割成長(zhǎng)X寬X高為380mmX63. 5mmX 50mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件；c)彎拉強(qiáng)度測(cè)試在同一層位上取其中一根小梁進(jìn)行四點(diǎn)梁彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，得到該小梁的彎拉強(qiáng)度；d)四點(diǎn)梁重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)以步驟c所得的彎拉強(qiáng)度確定同層位小梁的疲勞加載荷載，進(jìn)行重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)， 直至小梁疲勞破壞；e)重復(fù)步驟c)和d)得到不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)下的小梁疲勞破壞加載次數(shù)，即疲勞損傷壽命；f)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到無(wú)機(jī)結(jié)合料疲勞方程和彎拉模量、彎拉應(yīng)變的變化規(guī)律。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于 步驟a)中所述大梁試件長(zhǎng)X寬X高不小于550mmX150mmX150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于 步驟a)中，成型大梁試件時(shí)至少分兩層均勻裝料，并振動(dòng)成型壓實(shí)至設(shè)計(jì)壓實(shí)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于 步驟a)中的試件養(yǎng)生時(shí)間為石灰、粉煤灰穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時(shí)間不少于6個(gè)月； 水泥穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時(shí)間不少于3個(gè)月。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于 步驟b)中所述分層切割，切割小梁試件的高度方向與成型時(shí)壓力方向一致，同一根大梁體切割出來(lái)的小梁試件按它們?cè)谠罅后w中的位置分不同層位，在同一層位上至少切割出兩根小梁試件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于 步驟d)中所述重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)，加載模式為常應(yīng)力半正矢波，加載頻率為10Hz，應(yīng)力循環(huán)最小值與最大值的比值為0. 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于重復(fù)加載過(guò)程中測(cè)量和采集梁中心撓度變化數(shù)值，即每一個(gè)加載循環(huán)梁中心撓度的最大值和最小值。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，其特征在于 步驟e)中所述不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)即不同應(yīng)力比，其取值范圍為0. 4 0. 75，且至少在該范圍內(nèi)取三個(gè)應(yīng)力比進(jìn)行試驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測(cè)試方法，屬于道路工程領(lǐng)域。該方法以振動(dòng)成型大梁試件為母體，將大梁試件切割成若干滿足規(guī)格的小梁試件后，通過(guò)相同層位小梁試件彎拉強(qiáng)度測(cè)試確定同層位小梁試件的疲勞荷載，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四點(diǎn)彎曲梁動(dòng)態(tài)重復(fù)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量小梁中心撓度變化，得到接近真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)下動(dòng)態(tài)彎拉模量隨疲勞加載次數(shù)的衰變規(guī)律，以及彎拉應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增長(zhǎng)規(guī)律，按照上述法進(jìn)行不同應(yīng)力比條件下的重復(fù)加載試驗(yàn)，即可得到無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料的疲勞損傷壽命。與現(xiàn)有疲勞試驗(yàn)方法相比，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法疲勞破壞加載次數(shù)變異大、疲勞方程可靠度低的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料疲勞壽命的準(zhǔn)確預(yù)估，揭示了無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞損傷規(guī)律，提高了路面設(shè)計(jì)的可靠度，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N3/20GK102252916SQ20111010402
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者余四新, 崔世萍, 王林, 韋金城, 馬士杰 申請(qǐng)人:山東省交通科學(xué)研究所