測定集料-瀝青膠漿界面在拉剪混合模態(tài)下曲折破壞強度的試驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種拉剪混合模態(tài)下曲折破壞強度的試驗裝置及方法，具體涉及一種 測定集料-瀝青膠漿界面在拉剪混合模態(tài)下曲折破壞強度的試驗裝置及方法，屬于路橋建 設(shè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青混合料是由瀝青膠漿、集料以及隨機分布的空隙所組成的混合物。對于瀝青 路面中出現(xiàn)的車轍、裂縫、松散和泛油等病害，工程上多關(guān)注瀝青混合料宏觀尺度上的統(tǒng)計 平均性質(zhì)，如馬歇爾穩(wěn)定度、流值、動穩(wěn)定度、劈裂強度等，均采用室內(nèi)小尺寸試件來模擬實 際工況下混合料的力學行為，進而評定其路用性能。然而按照復合材料力學理論，結(jié)合材料 在受到外界荷載時，失效點總傾向于在界面結(jié)合處或其附近。這是因為集料-瀝青膠漿界 面附近不僅存在大小不一的空隙，導致結(jié)合強度的下降，而且因為界面的存在而引發(fā)應力 集中并產(chǎn)生殘余應力等，使集料-瀝青膠漿界面附近的材料產(chǎn)生較高的應力水平，因此瀝 青混合料的結(jié)構(gòu)強度和壽命一般取決于界面的強度壽命特性。簡單的室內(nèi)小尺寸構(gòu)件力學 性能評價及基于連續(xù)介質(zhì)框架的理論計算已經(jīng)無法從本質(zhì)上解釋其力學行為及損傷機理。 瀝青膠漿是以填料（礦粉）為分散相分散在瀝青介質(zhì)中的一種微分散系，膠漿理論認為瀝 青膠漿是瀝青混合料中最重要的一級分散系。而瀝青混合料的力學性能不僅受到與瀝青膠 漿直接相關(guān)的包括填料（礦粉）的礦物組成、填料的級配的影響還包括集料（細集料和粗 集料）與瀝青膠漿的結(jié)合性能。然而，由于工藝等因素導致膠漿與集料間存在種種缺陷，根 據(jù)"木桶效應"，集料-瀝青膠漿界面性能在很大程度上決定了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、 低溫變形能力以及長期耐久性。當前集料-瀝青交互作用理論以列賓捷爾等人的理論最為 成熟，認為瀝青與集料交互作用后，瀝青在集料表面產(chǎn)生化學組分的重新排列，在集料表面 形成一層厚度為S^的擴散溶劑化膜。在此膜厚度以內(nèi)的瀝青稱為"結(jié)構(gòu)瀝青"，其粘度較 高，具有較高的粘結(jié)力；在此膜厚度以外的瀝青稱為"自由瀝青"，其粘度較低，使粘結(jié)力降 低。集料之間接觸處由結(jié)構(gòu)瀝青連接時，瀝青具有較大的粘度和較大的擴散溶劑化膜的接 觸面積，集料間可獲得較大的粘結(jié)力；反之，若集料之間接觸處由自由瀝青連接，則具有較 小的粘結(jié)力。當以瀝青膠楽·為研宄對象時，礦粉表面最外緣裹附結(jié)構(gòu)瀝青與集料接觸時，兩 者結(jié)合較好，礦粉表面最外緣裹附自由瀝青時，兩者則容易分離。實際行車荷載中，瀝青混 合料受力模式比較復雜，不僅包括拉剪混合作用，還包括變頻率的重復荷載作用，集料-瀝 青膠漿界面的力學行為則更復雜。分析集料-瀝青膠漿之間力學行為時，研宄者都對其進 行簡化，只考慮了正應力和剪應力的靜態(tài)作用，而且是通過直拉和直剪分別得到允許正應 力和允許剪應力，這樣并不能很好地預測和評價集料-瀝青膠漿界面破壞強度，因此如何 更準確更接近實際地評價集料-瀝青膠漿界面強度成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有測定集料-瀝青膠漿界面曲折破壞強度的試驗裝置及方法不 能能很好地預測和評價集料-瀝青膠漿界面破壞強度的問題，進而提出測定集料-瀝青膠 漿界面在拉剪混合模態(tài)下曲折破壞強度的試驗裝置及方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括試驗基板、膜厚調(diào)控機構(gòu)、 兩個第一立板和兩個第二立板，試驗基板是水平設(shè)置的長方形板體，兩個第一立板豎直并 排設(shè)置在試驗基板一端的上表面上，兩個第二立板豎直并排設(shè)置在試驗基板另一端的上表 面上，試驗件設(shè)置在試驗基板上表面的中部，所述膜厚調(diào)控機構(gòu)設(shè)置在兩個第一立板的外 偵牝且所述膜厚調(diào)控機構(gòu)夾住試驗件。
[0005] 本發(fā)明所述方法的具體步驟如下：
[0006] 步驟一、制備試樣：
[0007] 步驟一（一）、根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定配置瀝青膠漿，瀝青膠漿 中礦粉與瀝青的質(zhì)量比分別為0.9:1，、1:1、1. 1:1 ;
[0008] 步驟一（二）、將瀝青加入到攪拌用的金屬容器中，用墊有石棉網(wǎng)的電爐子對其進 行加熱，并用控溫器控溫160°c，待溫度升高到160°C左右時，將部分礦粉緩緩加入到盛有 瀝青的金屬容器里，邊加熱邊用工具進行攪拌，一般用玻璃棒或者勺子，此時用高速剪切乳 化機所配備的剪切轉(zhuǎn)子的速度控制在1500rpm ;
[0009] 步驟一（三）、用玻璃棒或勺子攪拌瀝青，慢慢向金屬容器中加入礦粉，并繼續(xù)攪 拌，礦粉加入金屬容器的時間不超過五分鐘；
[0010] 步驟一（四）、持續(xù)攪拌三分鐘，直至瀝青和礦粉完全融合，完成制氧制備。
[0011] 步驟二、制備試驗件：
[0012] 步驟二（一）、在試驗基板上涂抹凡士林，將半圓石料用環(huán)氧樹脂與石料夾具粘接 在一起，然后將石料夾具90°螺孔固定于試驗基板上；
[0013] 步驟二（二）、將膜厚調(diào)控機構(gòu)放置在試驗基板上，將厚度小于0. 05mm的油性紙窄 帶放于石料界面中心，用于引入界面裂紋；
[0014] 步驟二（三）、保持石料平面距離為10mm，將加熱的瀝青膠漿徐徐加到圓盤之間的 槽中，到1/3高度位置停止，通過調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)固定卡板與移動卡板之間的距離，使石料間 的瀝青膠漿膜達到試驗膜厚；
[0015] 步驟二（四）、在室溫條件冷卻時間不少于1. 5小時，然后用熱刮刀掛除高出圓盤 的瀝青膠漿，使瀝青膠漿面與圓盤面齊平，瀝青膠漿的刮法應自圓盤的中心刮向兩端，且表 面應刮得平滑；
[0016] 步驟二（五）、抽出油性紙并檢查瀝青膠漿薄膜外緣是否出現(xiàn)較大凸出或較大凹 入，若出現(xiàn)較大凸出，可將凸出瀝青膠漿小心刮除，若出現(xiàn)較大凹入，需清洗石料表面重新 制樣；
[0017] 步驟三、開始試驗：
[0018] 步驟三（一）、將試驗件固定于試驗基板上，并對試驗基板及試驗件保溫不少于一 小時，試驗溫度為10°C、20°C和30°C ;
[0019] 步驟三（二）、將試驗基板的固定螺栓卸下，啟動外部牽拉設(shè)備，并對試驗件所受 到的載荷與變形進行實時監(jiān)測，直至試驗件發(fā)生曲折破壞，記錄下試驗件破壞時所能承受 的極限載荷值與最大變形量，得到集料-瀝青膠漿T-S曲線，T表示拉力，S表示位移曲線， T最大值即為此角度下的最大應力強度；
[0020] 步驟三（三）清洗試驗試件，重復試驗試件制備步驟，變換石料種類、測試角度和 粉膠比分別測得不同集料-瀝青膠漿組合在不同受拉方向的最大應力強度；
[0021] 步驟四：建立集料-瀝青膠漿界面評價準則：
[0022] 步驟四（一）、建立集料-瀝青膠漿的界面化模型，定義應力強度因子：
【主權(quán)項】
1. 測定集料-瀝青膠漿界面在拉剪混合模態(tài)下曲折破壞強度的試驗裝置，其特征在 于：所述測定集料-瀝青膠漿界面在拉剪