專利名稱：一種瀝青混合料復合型開裂的試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種模擬浙青混合料復合型開裂的試驗方法，屬于道路工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國典型的浙青路面結(jié)構(gòu)是半剛性基層的浙青路面，反射裂縫是其較為常見的病害之一。根據(jù)斷裂力學，裂縫的擴展可以分為三個基本類型:張開型、剪切型(平面內(nèi)剪切)、撕開型(平面外剪切)，分別記為I型、II型、III型。針對浙青路面的反射裂縫問題，國內(nèi)外學者在試驗條件、試驗方法、材料組成、荷載特性、環(huán)境因素等方面做了大量研究。國外模擬浙青混合料開裂的室內(nèi)試驗主要有間接拉伸試驗、半圓彎拉試驗、單邊切口梁試驗、圓盤拉伸試驗等。我國評價浙青混合料抗裂性能的試驗規(guī)范主要包括浙青混合料劈裂試驗(T0716-2011)和浙青混合料彎曲試驗(T0715-2011)。這些試驗方法大多僅局限于對浙青混合料單純的I型裂縫的研究，沒有涉及II型或者I型與II型的復合型開裂。然而，浙青路面在車輛荷載作用下產(chǎn)生的反射裂縫并非純粹的I型裂縫，而是具有一定的開裂角度，屬于I型與II型的復合型開裂。如果能夠充分考慮浙青混合料的力學特性，設(shè)計一種新型的確定適合于浙青混合料的試驗方法，實現(xiàn)對浙青混合料復合型開裂的模擬，將有利于浙青混合料反射裂縫擴展機理的研究，從而指導浙青混凝土路面結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計，提高浙青混凝土路面的抗裂性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有模擬浙青混合料開裂的室內(nèi)試驗方法的不足，設(shè)計開發(fā)了一種可以模擬浙青混合料復合型開裂的試驗方法，用于研究浙青混合料復合型反射裂縫的開裂特性。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種浙青混合料復合型開裂試驗方法，主要包括以下步驟:I)試件成型:其主要是根據(jù)該試驗的需要，將整體試件切割為9塊尺寸為80mmX80mmX 50mm的小試件,最后在方塊形試件的一側(cè)中央切割出一道長40mm、寬4mm的切口，從而完成復合型開裂試驗需要的方塊形浙青混合料試件的制作成型；2)夾具安裝:當試件成型并切割后，即可進行夾具的安裝，擦拭方塊形試件上下表面以保證試件上下表面的干燥、清潔；將攪勻后的環(huán)氧樹脂黏合劑均勻地涂抹在試件的上下表面，分別與上下兩塊媒介夾具的底面膠合，在常溫下靜置24小時，待試件與媒介夾具粘結(jié)完好，將主夾具與媒介夾具用8個專門定制的螺栓緊密聯(lián)結(jié)，使得整體夾具穩(wěn)固；通過主夾具上對應設(shè)置的I號孔、2號孔、3號孔、4號孔、5號孔，根據(jù)試驗要求的復合型開裂水平，選擇其中一種連 接孔，用螺栓固定在上下夾頭之間；最后，利用上端的螺紋連接桿和下端的限位螺栓，將整體夾具固定在UTM萬能試驗機的加載軸和試驗平臺之間，完成浙青混合料復合型開裂試驗夾具的安裝工作；
3)試驗加載:待整體夾具穩(wěn)固后，即可進行一定水平的復合型開裂試驗，將記錄儀與荷載及位移傳感器連接，開動試驗機，經(jīng)過0.2KN左右的預拉處理后，以規(guī)定的加載速率拉伸試件，試驗過程中記錄儀將記錄浙青混合料復合型開裂試驗的力-位移曲線，直至試件破壞，試驗將自動停止；4)結(jié)果分析，根據(jù)記錄儀記錄的試驗結(jié)果和試件開裂的狀況，可以計算浙青混合料復合型開裂的包括峰值荷載、斷裂能、裂縫角度在內(nèi)的三個指標參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計的試驗裝置充分考慮了浙青混合料產(chǎn)生復合型開裂的受力特點，可以準確地模擬浙青混合料在不同復合水平下的開裂行為。試驗方法簡單易行，試驗條件控制合理，試驗結(jié)果穩(wěn)定可靠，提出的三個試驗指標參數(shù)具有明確的物理意義，可以量化地表征浙青混合料的復合型開裂特性。該試驗方法有利于對浙青混合料反射裂縫擴展機理的研究，從而指導浙青混凝土路面結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計，提高浙青混凝土路面的抗裂性能。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明:圖1為本發(fā)明的浙青混合料復合型開裂試驗方法流程圖；圖2為本發(fā)明的浙青混合料復合型開裂的試驗夾具正視圖；圖3為本發(fā)明的浙青混合料復合型開裂試驗夾具的主夾具結(jié)構(gòu)立體圖；圖4為本發(fā)明的浙青混合料復合型開裂試驗夾具的媒介夾具結(jié)構(gòu)立體圖；圖5為本發(fā)明的浙青混合料五種不同復合水平的復合型開裂試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的浙青混合料復合型開裂試驗方法適用于測定浙青混合料在規(guī)定溫度和加載速率時不同復合型開裂的力學性質(zhì)，亦可供浙青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計在選擇浙青混合料力學指標參數(shù)及評價浙青混合料不同復合型開裂的抗裂性能時使用。試驗溫度及加載速率可由當?shù)貧夂驐l件根據(jù)試驗目的選用，當用于評價浙青混合料復合型開裂的抗裂性能時，宜采用試驗溫度-10°C ±0.5°C及加載速率0.5mm/min。(I)試驗方法原理本發(fā)明的浙青混合料復合型開裂試驗方法是結(jié)合了浙青混合料復合開裂試驗裝置，選取合適的試驗條件以及試驗指標，實現(xiàn)對浙青混合料復合型開裂的室內(nèi)模擬。利用試驗裝置的特殊設(shè)計，使得試驗裝置具有可旋轉(zhuǎn)性，可以將浙青混合料試件處于不同的受力模式下，實現(xiàn)張開型(I型)和剪切型(II型)的復合型開裂模式，從而可以準確模擬浙青混合料在不同復合型水平的開裂模式下的開裂行為。隨著試驗夾具的旋轉(zhuǎn)，可以使浙青混合料試件切口方向與拉伸荷載方向可成不同角度，從而可以取得不同比例復合的復合型開裂試驗。如果切口與拉伸荷載方向垂直 ，則得到純粹的I型開裂試驗，如果切口與拉伸荷載方向平行，則得到純粹的II型開裂試驗，如果切口與拉伸荷載方向成一定角度，則得到復合型開裂試驗。(2)試驗方法準備
(一)試驗條件確定:該浙青混合料復合型開裂試驗可以在UTM萬能試驗機里完成，試驗機需要能夠提供要求的試驗溫度與固定速率的拉伸荷載，并且記錄試驗過程中的力-位移曲線。經(jīng)過反復試驗，比較在三種試驗溫度(_10°C、0°C、+10°C )及四種加載速率(0.lmm/min, 0.5mm/min, 1.0mm/min, 10mm/min)試驗條件下的五種不同復合水平的復合開裂試驗結(jié)果,最終確定該浙青混合料復合型開裂試驗的試驗條件為:試驗溫度為-10°C ±0.5°C ;試驗加載速率為0.5mm/min。在這種試驗條件下，浙青混合料復合型開裂試驗更能真實的反映復合型開裂特征，且試驗結(jié)果的變異系數(shù)最小。(二)試驗指標的提出合理有效的指標參數(shù)有利于判定浙青混合料復合型開裂的試驗結(jié)果，表征浙青混合料復合型開裂的特征。本試驗方法提出了三個關(guān)鍵的指標參數(shù):峰值荷載、斷裂能、裂縫角度。峰值荷載就是在浙青混合料復合開裂試驗過程中獲得的最大力值。峰值荷載從一定意義上反映了浙青混合料的抗裂強度，可以作為浙青混合料復合型開裂試驗方法的一個簡單可靠的指標參數(shù)。斷裂能的提出對浙青混合料復合型開裂具有重要的意義。浙青混合料的開裂過程中的力-位移曲線常常表現(xiàn)出軟化特征，基于浙青混合料非線性理論的認識，斷裂能可以量化地表征浙青混合料的開裂特性。對于斷裂能的定義如下:斷裂能是新產(chǎn)生單位面積的斷裂面(或者單位長度的裂縫)所需要做的功。在本試驗中，通過計算力-位移曲線的面積，量測斷裂面的面積，就可以得到斷裂能。浙青混合料試件破壞后，由于斷裂面不規(guī)則性，不易精確得到斷裂面的面積，為了簡化分析，對斷裂面面積的測定采用測量矩形斷裂面的長度與寬度的近似方法。斷裂能的計算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種浙青混合料復合型開裂試驗方法，主要包括以下步驟: 1)試件成型:其主要是根據(jù)該試驗的需要，將整體試件切割為9塊尺寸為80mmX 80mmX 50mm的小試件,最后在方塊形試件的一側(cè)中央切割出一道長40mm、寬4mm的切口，從而完成復合型開裂試驗需要的方塊形浙青混合料試件的制作成型； 2)夾具安裝:當試件成型并切割后，即可進行夾具的安裝，擦拭方塊形試件上下表面以保證試件上下表面的干燥、清潔；將攪勻后的環(huán)氧樹脂黏合劑均勻地涂抹在試件的上下表面，分別與上下兩塊媒介夾具的底面膠合，在常溫下靜置24小時，待試件與媒介夾具粘結(jié)完好，將主夾具與媒介夾具用8個專門定制的螺栓緊密聯(lián)結(jié)，使得整體夾具穩(wěn)固；通過主夾具上對應設(shè)置的I號孔、2號孔、3號孔、4號孔、5號孔，根據(jù)試驗要求的復合型開裂水平，選擇其中一種連接孔，用螺栓固定在上下夾頭之間；最后，利用上端的螺紋連接桿和下端的限位螺栓，將整體夾具固定在UTM萬能試驗機的加載軸和試驗平臺之間，完成浙青混合料復合型開裂試驗夾具的安裝工作； 3)試驗加載:待整體夾具穩(wěn)固后，即可進行一定水平的復合型開裂試驗，將記錄儀與荷載及位移傳感器連接，開動試驗機，經(jīng)過0.2KN左右的預拉處理后，以規(guī)定的加載速率拉伸試件，試驗過程中記錄儀將記錄浙青混合料復合型開裂試驗的力-位移曲線，直至試件破壞,試驗將自動停止； 4)結(jié)果分析:根據(jù)記錄儀記錄的試驗結(jié)果和試件開裂的狀況，可以計算浙青混合料復合型開裂的包括峰值荷載、斷裂能、裂縫角度在內(nèi)的三個指標參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的浙青混合料復合型開裂試驗方法，其特征在于，所使用的夾具包括一對主夾具(6)與一對媒介夾具(7);上下兩個主夾具(6)形狀、大小完全相同，單個主夾具(6)呈“L”形，在主夾具(6)上有五個穿孔，依次為I號孔(1)、2號孔(2)、3號孔(3)、4號孔(4)與5號孔(5)，3號孔(3)位于主夾具(6)的直角彎處，I號孔(1)、2號孔(2)與3號孔(3)依次成一條直線，位于主夾具(6)的一條直角邊上，5號孔(5)、4號孔(4)與3號孔(3)亦依次成一條直線，位 于主夾具(6)的另外一條直角邊上；上下兩個媒介夾具(7)為大小完全相同的矩形塊，媒介夾具(7 )與主夾具(6 )尺寸吻合，并且長度短于主夾具的直角邊，在媒介夾具(7)上等間距地分布4個穿孔，用于實現(xiàn)與主夾具(6)的穩(wěn)定連接；上下兩個媒介夾具(7)與方塊形試件(12)之間用環(huán)氧樹脂黏合劑粘結(jié)，方塊形試件(12)側(cè)面有一道切口縫(13 )，切口縫(13 )長度為方塊形試件(12 )邊長的一半。
3.如權(quán)利要求2所述的浙青混合料復合型開裂試驗方法，其特征在于，所使用的夾具的上下兩個主夾具(6)與媒介夾具(7)之間分別采用4個等間距的螺栓(8)連接；一對主夾具(6)與上下兩個“U”形夾頭(9)之間采用螺栓通過主夾具(6)上的穿孔連接；上端“U”形夾頭(9)與螺紋連接桿(11)連接，下端“U”形夾頭(9)與限位螺栓(10)相連；上下主夾具(6)連接的穿孔必須相同，在連接I號孔(1)、2號孔(2)、3號孔(3)、4號孔(4)與5號孔(5)這五種情形下，分別對應著五種不同復合水平的復合型開裂試驗的實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種瀝青混合料復合型開裂的試驗方法，其選取合適的試驗條件以及試驗指標，實現(xiàn)對瀝青混合料復合型開裂的室內(nèi)模擬，可以將瀝青混合料試件處于不同的受力模式下，實現(xiàn)張開型(I型)和剪切型(II型)的復合型開裂模式，該試驗方法提出的三個試驗指標參數(shù)——峰值荷載、斷裂能、裂縫角度均具有明確的物理意義，可以量化地表征瀝青混合料的復合型開裂特性，亦可用于評價瀝青混合料在低溫條件下的抗裂性能。該試驗方法可以應用于瀝青混合料反射裂縫擴展機理的研究，能夠指導瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計，從而提高瀝青混凝土路面的抗裂性能。
文檔編號G01N3/04GK103245542SQ20131018222
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者高磊, 倪富健, 白安眾, 羅海龍 申請人:東南大學