一種瀝青混合料的單軸貫入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交通土建工程領(lǐng)域，特別涉及一種瀝青混合料的單軸貫入方法，適用 于準(zhǔn)確、便捷地預(yù)測(cè)荷載作用下瀝青混合料抗剪強(qiáng)度。
【背景技術(shù)】
[0002] 抗剪強(qiáng)度是瀝青混合料的重要力學(xué)特性，并且抗剪強(qiáng)度的大小直接影響瀝青路面 抗車(chē)轍性能，使得瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的測(cè)試顯得尤為重要。目前，現(xiàn)有技術(shù)常采用室內(nèi)單 軸貫入試驗(yàn)測(cè)試瀝青混合料抗剪強(qiáng)度，其基本原理及步驟為：（1)選取室內(nèi)制備高度和直徑 分別為100mm的瀝青混合料圓柱體試件，并置于60°C環(huán)境箱中4h以上；（2)采用直徑為 28.5mm的圓形壓頭作用在室內(nèi)制備高度和直徑分別為100mm的瀝青混合料圓柱體試件表 面，并以加載速率為lmm/min加載至該室內(nèi)制備高度和直徑分別為100mm的瀝青混合料圓柱 體試件破壞;試驗(yàn)時(shí)該室內(nèi)制備高度和直徑分別為100mm的瀝青混合料圓柱體試件的溫度 為60°C，并要求直徑為28.5mm的圓形壓頭的中心位置與該室內(nèi)制備高度和直徑分別為 100mm的瀝青混合料圓柱體試件的中心位置重疊；（3)采集單軸貫入量以及相應(yīng)的應(yīng)力數(shù) 值，并據(jù)此得到應(yīng)力值和應(yīng)變量，進(jìn)而得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并計(jì)算得到抗剪強(qiáng)度值。目前， 未見(jiàn)有瀝青混合料單軸貫入試驗(yàn)數(shù)值方法的報(bào)道。
[0003] 然而，上述瀝青混合料室內(nèi)單軸貫入試驗(yàn)方法，存在如下缺陷：（1)由于影響瀝青 混合料抗剪強(qiáng)度的因素較多，若要揭示瀝青混合料抗剪強(qiáng)度規(guī)律，會(huì)使得室內(nèi)試驗(yàn)的工作 量大、且效率低；（2)難以監(jiān)測(cè)荷載作用下瀝青混合料的內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)移和細(xì)觀力學(xué)特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種瀝青混合料的單軸貫 入方法，該方法不僅能夠準(zhǔn)確、便捷地預(yù)測(cè)荷載作用下瀝青混合料抗剪強(qiáng)度，并且能夠降低 瀝青混合料力學(xué)性能研究與材料優(yōu)化成本、縮短研究周期。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] -種瀝青混合料的單軸貫入方法，包括以下步驟：
[0007 ] 步驟1，確定瀝青混合料，且該瀝青混合料包含礦料、瀝青和集料，進(jìn)而分別獲取瀝 青混合料標(biāo)準(zhǔn)密度、瀝青混合料的空隙率VV及瀝青混合料中礦料的密度、瀝青的密度，并制 作得到瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模、模擬試驗(yàn)平臺(tái)、模擬壓頭、單軸貫入壓頭，然后 將所述礦料與所述瀝青作為瀝青砂漿，并設(shè)定瀝青混合料模擬試件的空隙率和所述瀝青混 合料的空隙率VV相等后，獲得圓柱形瀝青混合料的模擬試件，然后制作得到所述模擬試件 中瀝青砂漿的模擬模型和所述模擬試件中集料的模擬模型，進(jìn)而制作得到所述模擬試件中 集料-瀝青砂漿界面的模擬模型；
[0008]步驟2,將所述模擬試件中瀝青砂漿的模擬模型、所述模擬試件中集料的模擬模型 和所述模擬試件中集料-瀝青砂漿界面的模擬模型相互進(jìn)行穿插組合，當(dāng)組合后得到的模 型的空隙率與所述瀝青混合料的空隙率VV相同時(shí)，再對(duì)組合后得到的模型依次進(jìn)行壓實(shí)和 脫膜處理，進(jìn)而得到成型的瀝青混合料模擬試件；
[0009] 步驟3,對(duì)成型的瀝青混合料模擬試件進(jìn)行單軸貫入加載試驗(yàn)，得到單軸貫入壓頭 與成型的瀝青混合料模擬試件接觸面的應(yīng)力值與應(yīng)變量，然后繪制單軸貫入壓頭與成型的 瀝青混合料模擬試件接觸面的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并據(jù)此計(jì)算瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：
[0011] 第一，本發(fā)明能夠避開(kāi)重復(fù)冗雜的室內(nèi)試驗(yàn)，并能夠快速預(yù)測(cè)瀝青混合料抗剪強(qiáng) 度；
[0012] 第二，本發(fā)明能夠較為便捷地觀察瀝青混合料單軸貫入試驗(yàn)過(guò)程中試件內(nèi)部細(xì)觀 變化規(guī)律，便于展開(kāi)瀝青混合料細(xì)觀破壞機(jī)理研究；
[0013] 第三，本發(fā)明能夠克服試驗(yàn)儀器、材料、經(jīng)費(fèi)的限制，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境 效益。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015] 圖1是瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模、模擬試驗(yàn)平臺(tái)、模擬壓頭、單軸貫入壓 頭示意圖；其中，d表示瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模中的水平墻體長(zhǎng)度，D為瀝青混合 料的單軸貫入壓頭中的水平墻體長(zhǎng)度；
[0016] 圖2是瀝青混合料單軸貫入數(shù)值試驗(yàn)砂漿與集料顆粒生成示意圖；
[0017] 圖3是得到已壓實(shí)的瀝青混合料模擬試件的過(guò)程示意圖；
[0018] 圖4是已壓實(shí)的瀝青混合料模擬試件進(jìn)行脫模處理后的結(jié)果示意圖；
[0019] 圖5是為成型的瀝青混合料模擬試件示意圖；
[0020] 圖6是瀝青混合料單軸貫入數(shù)值模擬試驗(yàn)加載過(guò)程示意圖；
[0021 ]圖7是瀝青混合料單軸貫入強(qiáng)度曲線圖；
[0022]圖8是榆綏高速公路AC-20瀝青混合料單軸貫入實(shí)際試驗(yàn)與數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 按照本發(fā)明的技術(shù)方案，以榆綏高速公路AC-20瀝青混合料為例闡述具體實(shí)施方 式，即本實(shí)施例中的瀝青混合料為AC-20瀝青混合料，所述AC-20瀝青混合料為山西柳林石 灰?guī)r碎石和SBS(I-C)改性瀝青。
[0024] -種瀝青混合料的單軸貫入方法，包括以下步驟：
[0025] 步驟1，確定瀝青混合料，且該瀝青混合料包含礦料、瀝青和集料，進(jìn)而分別獲取瀝 青混合料標(biāo)準(zhǔn)密度、瀝青混合料的空隙率VV及瀝青混合料中礦料的密度、瀝青的密度，并制 作得到瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模、模擬試驗(yàn)平臺(tái)、模擬壓頭、單軸貫入壓頭，然后 將所述礦料與所述瀝青作為瀝青砂漿，并設(shè)定瀝青混合料模擬試件的空隙率和所述瀝青混 合料的空隙率VV相等后，獲得圓柱形瀝青混合料的模擬試件，然后制作得到所述模擬試件 中瀝青砂漿的模擬模型和所述模擬試件中集料的模擬模型，進(jìn)而制作得到所述模擬試件中 集料-瀝青砂漿界面的模擬模型。
[0026] 1.1確定瀝青混合料，且該瀝青混合料包含礦料、瀝青和集料，進(jìn)而分別獲取瀝青 混合料標(biāo)準(zhǔn)密度、瀝青混合料的空隙率VV及瀝青混合料中礦料的密度、瀝青的密度，并制作 得到瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模、模擬試驗(yàn)平臺(tái)、模擬壓頭、單軸貫入壓頭。
[0027] 具體地，瀝青混合料的礦料密度如表1所示，瀝青混合料的礦料級(jí)配如表2所述，瀝 青混合料標(biāo)準(zhǔn)密度為〇. 997g/cm3，集料粒徑< 1.18mm的礦料密度為2.720g/cm3，瀝青混合料 中瀝青與礦料質(zhì)量比的百分?jǐn)?shù)為4.3%，瀝青混合料的空隙率為4.1%，瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn) 密度為 2.438g/cm3〇
[0032] 參照?qǐng)D1，為瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模、模擬試驗(yàn)平臺(tái)、模擬壓頭、單軸貫 入壓頭示意圖；其中，d表示瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模中的水平墻體長(zhǎng)度，D為瀝青 混合料的單軸貫壓頭中的水平墻體長(zhǎng)度。
[0033] 將兩片高度為Η的豎直墻體和一片長(zhǎng)度為d的水平墻體組成開(kāi)口向上的瀝青混合 料的半封閉矩形模擬試模；本實(shí)施例將兩片高度為〇.1235m的豎直墻體和一片長(zhǎng)度為 0.1016m的水平墻體組成開(kāi)口向上的瀝青混合料的半封閉矩形模擬試模，d、l'、l分別表示 自然數(shù)。
[0034] 將長(zhǎng)度大于d的水平墻體與所述半封閉矩形模擬試模底面重合，并始終固定其位 置不變，制作得到瀝青混合料的模擬試驗(yàn)平臺(tái)；本實(shí)施例將長(zhǎng)度大于〇. 25m的水平墻體與所 述半封閉矩形模擬試模底面重合，并始終固定其位置不變，制作得到瀝青混合料的模擬試 驗(yàn)平臺(tái)。
[0035] 在所述半封閉矩形模擬試模豎直上方1處獲取一片長(zhǎng)度同樣為d的水平墻體，制作 得到瀝青混合料的模擬壓頭;本實(shí)施例在所述半封閉矩形模擬試模豎直上方0.01m處獲取 一片長(zhǎng)度同樣為〇.l〇16m的水平墻體，制作得到所述模擬壓頭。
[0036] 在所述半封閉矩形模擬試模上方Γ處獲取一片長(zhǎng)度為D(D<d)的水平墻體，并在 所述水平墻體兩端分別獲取一片豎直墻體，組成瀝青混合料的單軸貫入壓頭;本實(shí)施例在 所述半封閉矩形模擬試模上方〇. 〇2m處獲取一片長(zhǎng)度為0.038m的水平墻體，并在所述水平 墻體兩端分別獲取一片豎直墻體，組成瀝青