專利名稱：瀝青混合料抗剪切性能的快速測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于浙青混合料力學(xué)性能測試的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種浙青混合料 抗剪切性能的快速測試方法。
背景技術(shù)：
浙青混凝土路面因行車舒適、維修方便等優(yōu)勢在中國得到了十分廣泛的應(yīng)用。浙 青混合料作為浙青路面面層的主要修筑材料，其力學(xué)性能在很大程度上影響著路面結(jié)構(gòu)的 使用壽命和車輛的行駛安全性。因此為了提高浙青路面的鋪筑質(zhì)量，對浙青混合料路用性 能進(jìn)行準(zhǔn)確的測試和評價，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行浙青混合料的優(yōu)化設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意 義。目前，浙青混合料的大部分力學(xué)性能在其設(shè)計過程中都得到了相應(yīng)的評價，具體 為采用實驗室內(nèi)的疲勞試驗測試混合料的疲勞性能；運(yùn)用各種車轍試驗評價混合料的抗 車轍性能；結(jié)合劈裂試驗或者凍融劈裂試驗反映混合料的抗裂性能。然而，抗剪切作為浙青 混合料重要的力學(xué)性能，在浙青混合料設(shè)計和性能評價過程中卻往往被忽視。究其原因，主要是目前的浙青混合料抗剪切性能測試繁瑣、需要大型的設(shè)備，尚為 形成統(tǒng)一的測試方法和標(biāo)準(zhǔn)，具體表現(xiàn)為(1)作為最為常用的剪切測試方法，三軸試驗需 要MTS、UTM之類的大型、專業(yè)的測試設(shè)備，而且測試步驟復(fù)雜，對使用人員要求較高；(2)近 年來同濟(jì)大學(xué)、長安大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)發(fā)明的同軸剪切試驗儀以及傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剪切儀只能簡 單的測試浙青混合料抗剪強(qiáng)度，并不能評價構(gòu)成抗剪能力的浙青混合料粘聚力和內(nèi)摩擦角 等；(3)雖然同濟(jì)大學(xué)采用貫入剪切測試儀與單軸壓縮試驗相結(jié)合的方法，可以確定浙青 混合料粘聚力和內(nèi)摩擦角，但測試涉及到兩個試驗，試驗步驟繁多；另外，由于貫入試驗和 單軸壓縮試驗的對象并不是同一個試件，因此必然導(dǎo)致計算結(jié)果不夠準(zhǔn)確。由上述介紹可見，目前的浙青混合料抗剪性能測試方法或多或少都存在著不足， 尤其是各種測試方法都不能簡單而準(zhǔn)確的測試得到浙青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角，而上 述兩個指標(biāo)正是全面、準(zhǔn)確的評價浙青混合料抗剪性能的關(guān)鍵，也是進(jìn)行基于抗剪切性能 的浙青混合料優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。因此，設(shè)計一種浙青混合料抗剪切的快速有效測試方法對 于完善浙青混合料性能評價體系具有十分重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種浙青混合料抗剪切 性能的快速測試方法。技術(shù)方案本發(fā)明所述的浙青混合料抗剪切性能的快速測試方法，是在借鑒現(xiàn)有 扭轉(zhuǎn)剪切在浙青混合料領(lǐng)域成功使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)庫侖定律和剪切強(qiáng)度的實際意 義，提出了水平方向承受扭轉(zhuǎn)剪切、豎直方向承受恒定壓應(yīng)力的浙青混合料剪切性能測試 新方法。本發(fā)明的浙青混合料抗剪切性能的快速測試方法包括如下步驟
31).室內(nèi)成型浙青混合料的馬歇爾試件，并根據(jù)混合料的集料最大粒徑對馬歇爾試件 進(jìn)行不同長度的切割，獲得浙青混合料圓柱體試件；
2).采用高強(qiáng)度膠水或者環(huán)氧樹脂，把圓柱體試件的頂部和底部與兩個鋼制模塊緊密、 牢固粘結(jié)。待膠水或樹脂完全干燥后，把試件與鋼制模塊放入目標(biāo)溫度的環(huán)境箱內(nèi)保溫纊4 小時；從環(huán)境箱內(nèi)取出試件和鋼制模塊，在新型扭轉(zhuǎn)剪切儀上固定；
3).當(dāng)只需要測試浙青混合料的抗剪強(qiáng)度時，直接設(shè)置合適的扭轉(zhuǎn)速率，進(jìn)行混合料扭 轉(zhuǎn)剪切試驗，獲得剪切應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)變形的曲線，并得到浙青混合料的抗剪強(qiáng)度；
4).當(dāng)需要測試浙青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角時，選擇兩個不同砝碼重量
巧和 施加于切向的法線法向，使浙青混合料試件受到垂直壓應(yīng)力1和巧的作用，并在 相同的試驗條件下分別進(jìn)行剪切測試，獲得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度T1和”T2，并結(jié)合Ii = C + q tan識 和T2 = c + σ2 tan識求解得出粘聚力e和內(nèi)摩擦角站所述步驟1)的浙青混合料圓柱體試件尺寸為當(dāng)混合料內(nèi)集料的公稱最大直徑 大于19mm時，馬歇爾試件需鋸切成厚度為50mm的圓柱體；當(dāng)集料的公稱最大直徑大于 12. 5mm時，混合料圓柱體試件的高度為40mm。所述步驟3)的合適扭轉(zhuǎn)速率不宜過大，一般建議速率為0. 05轉(zhuǎn)/min。有益效果本發(fā)明是浙青混合料抗剪強(qiáng)度，尤其是粘聚力和內(nèi)摩擦角的快速檢測 方法，也是評價浙青混合料的抗剪切性能，并據(jù)此進(jìn)行混合料優(yōu)化設(shè)計的重要手段，發(fā)明在 以下幾方面具有明顯的優(yōu)勢。(1)本發(fā)明不但可以測試浙青混合料的抗剪強(qiáng)度，還可以通過變化測試過程中與 剪切方向垂直的壓應(yīng)力，測試構(gòu)成浙青混合料抗剪性能的最重要的力學(xué)指標(biāo)粘聚力和內(nèi) 摩擦角。(2)本發(fā)明涉及的浙青混合料試件是傳統(tǒng)的馬歇爾試件，無需旋轉(zhuǎn)壓實成型和多 次鉆孔成型，且測試過程方便、簡潔。(3)本發(fā)明不僅適用于新拌浙青混合料的剪切性能測試，還可以通過鉆孔取芯的 方法，研究路面原有浙青混合料的抗剪切性能。


圖1為無豎向壓應(yīng)力時浙青混合料扭轉(zhuǎn)剪切的測試原理圖。圖2為有豎向壓應(yīng)力時浙青混合料扭轉(zhuǎn)剪切的測試原理圖。圖3為無豎向壓應(yīng)力時浙青混合料扭轉(zhuǎn)剪切試驗曲線。圖中有1-扭轉(zhuǎn)連桿；2-頂部鋼制模塊；3-浙青混合料圓柱體試件；4-底部鋼制 模塊；5-扭轉(zhuǎn)加載方向；6-砝碼。
具體實施例方式
本發(fā)明所述的浙青混合料抗剪切性能的快速測試方法，具體包括如下步驟 、浙青混合料試件的制備 ①試件的成型與制備
當(dāng)測試實驗室內(nèi)新拌浙青混合料的抗剪切性能時，由浙青混合料的設(shè)計級配和油石 比，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-2000)相關(guān)試驗方法成型馬歇爾試件，雙面擊實各75次，每組試件的數(shù)目不少于4個，試件脫模后備用。當(dāng)測試實際路面中 浙青混合料的抗剪切性能時，采用鉆孔取芯的方法，直接從路面結(jié)構(gòu)中鉆取試件，選取相對 完整的試件備用。②試件的切割與檢測
參照美國SHRP項目的研究成果，為了保證剪切試驗結(jié)果的可比性，需要把馬歇爾試件 或者鉆孔獲得的試件切割成具有一定高度的圓柱體試件，對于公稱最大直徑不小于19mm 的浙青混合料，把制備的馬歇爾試件鋸切成厚約50mm的試件；對于公稱最大直徑為不小于 12. 5mm的浙青混合料，把制備的馬歇爾試件鋸切成厚約40mm的試件。為了保證扭轉(zhuǎn)剪切測 試結(jié)果的準(zhǔn)確性，需對圓柱體試件頂面是否平行與底面進(jìn)行檢測，用游標(biāo)卡尺在十字對稱 的4個方向量測圓柱體試件的高度，如兩側(cè)高度差大于2mm時，此試件作廢。2、試件的安裝與養(yǎng)生
選擇在低于60°C的環(huán)境下不發(fā)生變形的高強(qiáng)度膠水或者環(huán)氧樹脂，并在圓柱體試件的 上下表面分別涂抹高強(qiáng)度膠水或者環(huán)氧樹脂，并把圓柱體試件安放于鋼制模塊內(nèi)，輕輕壓 實試件5分鐘后，待膠水或樹脂完全干燥，試件與鋼制模塊牢固粘結(jié)后，剔除圓柱體外多余 的環(huán)氧樹脂。用游標(biāo)卡尺在十字對稱的4個方向量測混合料試件與鋼制模塊組成的圓柱體 的高度，如兩側(cè)高度差大于2mm時，此試件作廢。把合格的試件與鋼制模塊一起，放入一定 溫度的環(huán)境箱中，經(jīng)保溫2 4小時后取出備用。3、試件的抗剪性能的測試
把從環(huán)境箱中取出的試件和鋼制模塊一起立即安放于浙青混合料剪切測試儀內(nèi)，使試 件底端模塊固定在夾具上；調(diào)整測試儀的加載連桿，使其剛好與試件的上部鋼制模塊內(nèi)卡 槽底部相接觸，并放置重量為《的砝碼于上部鋼制模塊上(具體質(zhì)量根據(jù)研究問題的不同 作相應(yīng)的調(diào)整)。設(shè)置扭轉(zhuǎn)剪切試驗的速度(通常為0. 05轉(zhuǎn)/min)，啟動測試儀的電機(jī)，使加 載連桿做單方向的轉(zhuǎn)動，從而帶動上部鋼制模塊以其中心為原心對圓柱體浙青混合料試件 作扭轉(zhuǎn)剪切。在測試過程中，剪切測試儀通過扭力傳感器可以采集得到扭矩，并得到剪切破 壞過程中的最大扭矩Γ ( N-m )。4、浙青混合料抗剪強(qiáng)度、粘聚力和內(nèi)摩擦角的計算
根據(jù)式(1)可以容易的確定得到距離浙青混合料圓柱體試件圓心距離力"一 6上的抗 剪強(qiáng)度I。
Τ-Pτ=-η—(1)
￥
其中，T是浙青混合料試件受剪切過程中的測試機(jī)采集到的最大扭矩(N.m )；々為 圓柱體試件的極慣性矩，對于直徑力‘的圓柱體試件可根據(jù)式(2)計算。
jrTf4 =—(2)
32
因此，對于常規(guī)的馬歇爾試件，其剪切破壞時的強(qiáng)度是
γ=5.1χ103Γ (Pa)
由于浙青混合料的剪切滿足庫倫定律，即在法向應(yīng)力變化范圍不大時，抗剪強(qiáng)度與法
5向應(yīng)力的關(guān)系近似為一條直線。因此，若要計算浙青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角，則需要進(jìn) 行兩次具有不同豎向壓應(yīng)力的剪切試驗。反映在實驗過程中，只要變化剪切試驗過程中對 圓柱體試件施加的砝碼重量α (F )，并求解式(3)和式(4)方程組即可獲得粘聚力·=和內(nèi) 摩擦角資。
權(quán)利要求
1.一種浙青混合料抗剪切性能的快速測試方法，其特征在于包括如下步驟1).室內(nèi)成型浙青混合料的馬歇爾試件，并根據(jù)混合料的集料最大粒徑對馬歇爾試件 進(jìn)行不同長度的切割，獲得浙青混合料圓柱體試件；2).采用高強(qiáng)度膠水或者環(huán)氧樹脂，把圓柱體試件的頂部和底部與兩個鋼制模塊緊密、 牢固粘結(jié)。待膠水或樹脂完全干燥后，把試件與鋼制模塊放入目標(biāo)溫度的環(huán)境箱內(nèi)保溫 2 4小時；從環(huán)境箱內(nèi)取出試件和鋼制模塊，在新型扭轉(zhuǎn)剪切儀上固定；3).當(dāng)只需要測試浙青混合料的抗剪強(qiáng)度時，直接設(shè)置合適的扭轉(zhuǎn)速率，進(jìn)行混合料扭 轉(zhuǎn)剪切試驗，獲得剪切應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)變形的曲線，并得到浙青混合料的抗剪強(qiáng)度；4).當(dāng)需要測試浙青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角時，選擇兩個不同砝碼重量^和％ 施加于切向的法線法向，使浙青混合料試件受到垂直壓應(yīng)力％和Q2的作用，并在相同 的試驗條件下分別進(jìn)行剪切測試，獲得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度^和τ2，并結(jié)合T1=Mqtan識和= c + σ2 tan識求解得出粘聚力c和內(nèi)摩擦角爐。
2.如權(quán)利要求1所述的浙青混合料抗剪切性能的快速測試方法，其特征在于，所述步 驟1)的浙青混合料圓柱體試件尺寸為當(dāng)混合料內(nèi)集料的公稱最大直徑大于19mm時，馬歇 爾試件需鋸切成厚度為50mm的圓柱體；當(dāng)集料的公稱最大直徑大于12. 5mm時，混合料圓柱 體試件的高度為40mm。
3.如權(quán)利要求1所述的浙青混合料抗剪切性能的快速測試方法，其特征在于，所述步 驟3)的合適扭轉(zhuǎn)速率為0. 05轉(zhuǎn)/min。
全文摘要
本發(fā)明公開一種瀝青混合料抗剪切性能的快速測試方法，在借鑒常規(guī)剪切性能測試原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)庫侖定律和剪切強(qiáng)度的實際意義，提出了水平方向承受扭轉(zhuǎn)剪切、豎直方向承受恒定壓應(yīng)力的瀝青混合料剪切性能測試新方法。本發(fā)明不但適用于實驗室內(nèi)新拌的瀝青混合料，也可以評價實際路面中瀝青混合料的抗剪切性能；不僅可以測試瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度，還可以獲得構(gòu)成瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的粘聚力和內(nèi)摩擦角，便于深入理解和準(zhǔn)確把握瀝青混合料剪切破壞的內(nèi)涵，也為基于抗剪切性能的瀝青混合料優(yōu)化設(shè)計提供了試驗分析手段。
文檔編號G01N3/24GK102109442SQ201010598978
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者陳俊, 高英, 黃曉明 申請人:東南大學(xué)