一種多年凍土地區(qū)瀝青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多年凍土地區(qū)瀝青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法，成型棱柱體梁式試件，對(duì)棱柱體梁式試件進(jìn)行飽水后凍融模擬多年凍土地區(qū)晝夜溫差大引發(fā)的凍融現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定加載次數(shù)的疲勞試驗(yàn)?zāi)M車(chē)輛荷載的反復(fù)作用，將前述的凍融試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)交叉反復(fù)進(jìn)行直至棱柱體梁式試件發(fā)生疲勞破壞以綜合反應(yīng)氣候條件和車(chē)輛荷載的綜合疲勞作用。本發(fā)明方法由于重復(fù)了凍融循環(huán)和疲勞的反復(fù)過(guò)程，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更有現(xiàn)實(shí)意義；考慮到凍融循環(huán)造成的小梁變形，設(shè)計(jì)不銹鋼器具，減少它的變形，為凍融后的疲勞試驗(yàn)提供方便。本發(fā)明方法所需的試驗(yàn)設(shè)備較為簡(jiǎn)單，操作方便，便于試驗(yàn)推廣。
【專利說(shuō)明】一種多年凍土地區(qū)瀝青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及道路工程試驗(yàn)方法技術(shù)，具體涉及一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融 循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 浙青混合料的疲勞是指材料在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生不可恢復(fù)的強(qiáng)度衰減積累所 引起的一種損傷現(xiàn)象，而浙青混合料的抗疲勞能力正是反映了它承受重復(fù)荷載而不斷裂的 能力。根據(jù)荷載的不同分為交通荷載重復(fù)作用引起的疲勞和溫度循環(huán)作用引起的溫度疲 勞，前者是因?yàn)榻煌ê奢d的重復(fù)作用，使得路面結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的微小變形得到累積，當(dāng)這種 變形繼續(xù)增大擴(kuò)展時(shí)，將導(dǎo)致路面的破損發(fā)生；而后者是由于低溫地區(qū)的浙青路面長(zhǎng)期暴 露在強(qiáng)紫外線、大風(fēng)、日差較大的環(huán)境中，氣溫較長(zhǎng)周期性地變化引起溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力場(chǎng) 的周期變化，當(dāng)溫度應(yīng)力的累積超過(guò)浙青混合料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，路面就將發(fā)生疲勞破 損。
[0003] 多年凍土地區(qū)的浙青混凝土路面不但要經(jīng)受交通荷載的重復(fù)作用，而且更多地要 經(jīng)受較大的日夜溫差交替作用，因而溫度疲勞開(kāi)裂、溫度縮裂以及交通荷載疲勞開(kāi)裂是路 面破損的主要形式，不僅如此，水分的存在還會(huì)導(dǎo)致浙青混合料和浙青路面因溫度的高低 交替發(fā)生反復(fù)的凍融現(xiàn)象，反復(fù)凍融的發(fā)生會(huì)進(jìn)一步加劇浙青混合料和浙青路面的疲勞破 壞。所以針對(duì)多年凍土地區(qū)的特殊地理氣候環(huán)境，研究浙青混合料經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后的抗疲 勞性能是很有必要的，能夠更加實(shí)際的反應(yīng)多年凍土地區(qū)路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。
[0004] 盡管現(xiàn)行浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程中涉及到了浙青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)和浙青混 合料疲勞試驗(yàn)，但是至今沒(méi)有能夠同時(shí)考慮浙青混合料凍融和疲勞的性能試驗(yàn)，更缺乏能 夠反映浙青混合料重復(fù)凍融與疲勞荷載作用反復(fù)間隔作用的性能試驗(yàn)。這也是導(dǎo)致多年凍 土地區(qū)浙青混合料材料選擇不合理，容易引發(fā)后期使用病害的重要原因之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是提供一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法，綜合考 慮溫度影響和車(chē)輛荷載影響，更符合路面結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用條件，可以更準(zhǔn)確地模擬浙青路 面在多年凍土地區(qū)的實(shí)際受力情況，得到符合實(shí)際使用情況的力學(xué)性能指標(biāo)。
[0006] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1、依據(jù)浙青混合料配合比設(shè)計(jì)，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》 JTG E20-2011中T 0703-2011輪碾法，制作尺寸為400mmX300mmX 50mm的浙青混合料板塊 試件，將浙青混合料板塊試件切割成381mmX63. 5mmX 50mm的棱柱體梁式試件；
[0009] 步驟2、室溫下，將棱柱體梁式試件放入水槽中，水浸沒(méi)棱柱體梁式試件，將裝有棱 柱體梁式試件的水槽置于真空干燥箱中，在97. 3kpa真空度下15min，之后使真空干燥箱恢 復(fù)常壓狀態(tài)，并使棱柱體梁式試件繼續(xù)浸水lh，完成棱柱體梁式試件飽水；
[0010] 步驟3、將飽水的棱柱體梁式試件從水槽中取出，用保鮮膜密實(shí)包裹，放入不銹鋼 容器中，將裝有棱柱體梁式試件的不銹鋼容器放入恒溫冰箱中，在-18°C下冰凍4h，之后從 不銹鋼容器中取出棱柱體梁式試件，在室溫下放入水槽中浸水30min，后將棱柱體梁式試件 從水槽中取出并將保鮮膜撕掉，融化4h以上，完成棱柱體梁式試件的凍融循環(huán)；
[0011] 步驟4、將凍融后的棱柱體梁式試件按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》 JTG E20-2011中T0739-2011浙青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)，進(jìn)行三分點(diǎn)加載疲勞試 驗(yàn)，采用半正弦應(yīng)變控制模式，加載頻率10Hz，試驗(yàn)溫度15°C，應(yīng)變水平400μ ε，設(shè)定N個(gè) 加載循環(huán)，記錄試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果；
[0012] 步驟5、將加載完的棱柱體梁式試件重復(fù)步驟2至步驟4的凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)，直 至試件疲勞破壞。
[0013] 步驟4中Ν個(gè)加載循環(huán)按照如下方法確定：將步驟1的棱柱體梁式試件，不經(jīng)凍 融，直接進(jìn)行三分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)，采用半正弦應(yīng)變控制模式，加載頻率10Hz，試驗(yàn)溫度 15°C，應(yīng)變水平400 μ ε，直至棱柱體梁式試件疲勞破壞，獲得棱柱體梁式試件的疲勞加載 循環(huán)總次數(shù)，取總次數(shù)的十分之一即為Ν。
[0014] 步驟3所述不銹鋼容器的內(nèi)部尺寸為385mmX65mmX50mm。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：
[0016] 1、本發(fā)明方法綜合考慮溫度影響和車(chē)輛荷載影響，重復(fù)了凍融循環(huán)和疲勞的反復(fù) 過(guò)程，可以更準(zhǔn)確地模擬浙青路面在多年凍土地區(qū)的實(shí)際受力情況，得到符合實(shí)際使用情 況的力學(xué)性能指標(biāo)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更有現(xiàn)實(shí)意義；其次，考慮到凍融循環(huán)造成的小梁變形，設(shè)計(jì) 不銹鋼器具，減少它的變形，為凍融后的疲勞試驗(yàn)提供方便。
[0017] 2、由于試件選用多年凍土區(qū)路面的浙青混合料的級(jí)配和油石比，飽水后的凍融循 環(huán)也符合凍土區(qū)的溫度氣候狀況，可以模擬低溫及溫差較大的條件下浙青混合料所受溫度 荷載的情況，使室內(nèi)試驗(yàn)更具有合理性和有效性。
[0018] 3、通過(guò)多次凍融循環(huán)和多次疲勞加載試驗(yàn)，可以得到浙青混合料低溫疲勞試驗(yàn)后 的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，反映浙青混合料在溫差較大情況下的疲勞性能，為多年凍土區(qū)的浙青混 合料設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。對(duì)不同的浙青混合料進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，就能夠通過(guò)對(duì)比分析優(yōu)選適用 于多年凍土地區(qū)的浙青混合料。
[0019] 4、本發(fā)明方法所需的試驗(yàn)設(shè)備較為簡(jiǎn)單，操作方便，便于試驗(yàn)推廣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明提供的一種不銹鋼容器。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步地解釋。下述實(shí)施例不以任何形式限 制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均處于本發(fā)明的保護(hù)范 圍之中。
[0022] 多年凍土地區(qū)的浙青混凝土路面不僅要經(jīng)受車(chē)輛荷載的反復(fù)作用，同時(shí)要經(jīng)受較 大的日夜溫差交替作用，考慮到多年凍土地區(qū)特有的日夜溫差大和冰凍氣候條件，設(shè)計(jì)低 溫下的浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)有助于多年凍土區(qū)的浙青混合料設(shè)計(jì)，因?yàn)橐酝恼?青混合料設(shè)計(jì)僅僅照顧了低溫性能，這樣滯后于凍土區(qū)的施工修筑技術(shù)。本發(fā)明綜合考慮 多年凍土區(qū)的特殊使用條件，提供一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法。
[0023] 本發(fā)明提供的一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)思路 是：采用凍融循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M浙青混合料在多年凍土地區(qū)實(shí)際使用過(guò)程中由于日夜溫差大所 經(jīng)受的冰凍和化凍氣候條件，采用疲勞試驗(yàn)?zāi)M浙青混合料所經(jīng)受的車(chē)輛荷載重復(fù)作用， 將凍融循環(huán)試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)進(jìn)行交叉進(jìn)行以模擬氣候條件和車(chē)輛荷載作用的綜合作用，以 期獲得反應(yīng)浙青混合料在多年凍土地區(qū)低溫氣候條件下的凍融循環(huán)疲勞性能，不僅能夠?yàn)?浙青混合料的性能優(yōu)化提供參考，同時(shí)能夠用于對(duì)比不同浙青混合料的性能差異性，優(yōu)選 適宜的路面材料。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] -種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法，包括如下步驟：
[0026] 步驟1、依據(jù)浙青混合料配合比設(shè)計(jì)，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī) 程》JTG E20-2011中T 0703-2011輪碾法，室內(nèi)拌和生產(chǎn)浙青混合料并成型浙青混合料 板塊試件，尺寸為400mm(長(zhǎng)）X300mm(寬）X50mm(高），將浙青混合料板塊試件切割成 381mm (長(zhǎng)）X 63. 5mm (寬）X 50mm (高）的棱柱體梁式試件；一個(gè)浙青混合料板塊試件可以 切割出四個(gè)梁式試件，為保證重復(fù)試驗(yàn)精度，至少應(yīng)成型兩個(gè)板塊試件，切割出8個(gè)梁式試 件。
[0027] 步驟2、室溫下，將棱柱體梁式試件放入水槽中，水浸沒(méi)棱柱體梁式試件，將裝有棱 柱體梁式試件的水槽置于真空干燥箱中，在97. 3kpa真空度下15min，之后打開(kāi)閥門(mén)使真空 干燥箱恢復(fù)常壓狀態(tài)，并使棱柱體梁式試件繼續(xù)浸水lh，完成棱柱體梁式試件飽水。
[0028] 步驟3、將飽水的棱柱體梁式試件從水槽中取出，用保鮮膜密實(shí)包裹，放入不銹鋼 容器中，將裝有棱柱體梁式試件的不銹鋼容器放入恒溫冰箱中，在-18°C下冰凍4h，之后從 不銹鋼容器中取出棱柱體梁式試件，在室溫下放入水槽中浸水30min，后將棱柱體梁式試件 從水槽中取出并將保鮮膜撕掉，融化4h以上，完成棱柱體梁式試件的凍融循環(huán)；不銹鋼容 器如圖1所示，內(nèi)部尺寸為385mm(長(zhǎng)）X65mm(寬）X50mm(高）?？紤]到飽水的試件放入 冰箱時(shí)會(huì)發(fā)生水分溢出，為了使試件整體冷凍效果均勻，在試件飽水取出后，應(yīng)采用保鮮膜 密實(shí)包裹，同時(shí)為了防止試件在之后的凍融循環(huán)過(guò)程中發(fā)生過(guò)大的變形，應(yīng)將試件至于不 銹鋼容器中，使試件四周產(chǎn)生約束，保持其原有形狀，以便于后續(xù)的疲勞試驗(yàn)。
[0029] 步驟4、將凍融后的棱柱體梁式試件按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》 JTG E20-2011中T0739-2011浙青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)，進(jìn)行三分點(diǎn)加載疲勞試 驗(yàn)，采用半正弦應(yīng)變控制模式，加載頻率10Hz，試驗(yàn)溫度15°C，應(yīng)變水平400μ ε，設(shè)定N個(gè) 加載循環(huán)，記錄試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果；Ν個(gè)加載循環(huán)按照如下方法確定：將步驟1的棱柱體 梁式試件，不經(jīng)凍融，直接進(jìn)行三分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)，采用半正弦應(yīng)變控制模式，加載頻率 10Hz，試驗(yàn)溫度15°C，應(yīng)變水平400 μ ε，直至棱柱體梁式試件疲勞破壞，獲得棱柱體梁式 試件的疲勞加載循環(huán)總次數(shù)，取總次數(shù)的十分之一即為Ν。
[0030] 步驟5、將加載完的棱柱體梁式試件重復(fù)步驟2至步驟4的凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)，直 至試件疲勞破壞。
[0031] 本發(fā)明成型棱柱體梁式試件，對(duì)棱柱體梁式試件進(jìn)行飽水后凍融模擬多年凍土地 區(qū)晝夜溫差大引發(fā)的凍融現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定加載次數(shù)的疲勞試驗(yàn)?zāi)M車(chē)輛荷載的 反復(fù)作用，將前述的凍融試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)交叉反復(fù)進(jìn)行直至棱柱體梁式試件發(fā)生疲勞破壞 以綜合反應(yīng)氣候條件和車(chē)輛荷載的綜合疲勞作用。
【權(quán)利要求】
1. 一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟1、依據(jù)浙青混合料配合比設(shè)計(jì)，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011中T 0703-2011輪碾法，制作尺寸為400_X300_X50mm的浙青混合料板塊試 件，將浙青混合料板塊試件切割成381mmX63. 5mmX50mm的棱柱體梁式試件； 步驟2、室溫下，將棱柱體梁式試件放入水槽中，水浸沒(méi)棱柱體梁式試件，將裝有棱柱體 梁式試件的水槽置于真空干燥箱中，在97. 3kpa真空度下15min，之后使真空干燥箱恢復(fù)常 壓狀態(tài)，并使棱柱體梁式試件繼續(xù)浸水lh，完成棱柱體梁式試件飽水； 步驟3、將飽水的棱柱體梁式試件從水槽中取出，用保鮮膜密實(shí)包裹，放入不銹鋼容器 中，將裝有棱柱體梁式試件的不銹鋼容器放入恒溫冰箱中，在-18°C下冰凍4h，之后從不銹 鋼容器中取出棱柱體梁式試件，在室溫下放入水槽中浸水30min，后將棱柱體梁式試件從水 槽中取出并將保鮮膜撕掉，融化4h以上，完成棱柱體梁式試件的凍融循環(huán)； 步驟4、將凍融后的棱柱體梁式試件按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011中T0739-2011浙青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)，進(jìn)行三分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)，采 用半正弦應(yīng)變控制模式，加載頻率10Hz，試驗(yàn)溫度15°C，應(yīng)變水平400μ ε，設(shè)定N個(gè)加載循 環(huán)，記錄試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果； 步驟5、將加載完的棱柱體梁式試件重復(fù)步驟2至步驟4的凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)，直至試 件疲勞破壞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法，其特征在 于，步驟4中Ν個(gè)加載循環(huán)按照如下方法確定：將步驟1的棱柱體梁式試件，不經(jīng)凍融，直 接進(jìn)行三分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)，采用半正弦應(yīng)變控制模式，加載頻率10Hz，試驗(yàn)溫度15°C，應(yīng) 變水平400 μ ε，直至棱柱體梁式試件疲勞破壞，獲得棱柱體梁式試件的疲勞加載循環(huán)總次 數(shù)，取總次數(shù)的十分之一即為Ν。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法，其特 征在于，步驟3所述不銹鋼容器的內(nèi)部尺寸為385mmX65mmX50mm。
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK104048886SQ201410294454
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】馬濤, 崔露愉, 廖公云, 黃曉明, 張垚, 趙晨, 李靖 申請(qǐng)人:東南大學(xué)