專利名稱：無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及道路工程領(lǐng)域，具體地說是一種無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法。
背景技術(shù)：
在我國高等級公路中，半剛性基層材料得到廣泛應(yīng)用，但工程實踐表明半剛性基層早期損壞比較嚴(yán)重。在試驗室設(shè)計評價中，半剛性基層材料僅以材料組成、抗壓強度、靜態(tài)模量等簡單指標(biāo)作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，沒有深入進行與路面實際受力狀態(tài)一致的損傷評價和動態(tài)力學(xué)響應(yīng)指標(biāo)、參數(shù)的測試?，F(xiàn)有簡單疲勞試驗方法試圖以同批次成型的梁式試件中的一部分的彎拉強度平均值來代表此批試件的彎拉強度，并以此平均彎拉強度值作為其余試件疲勞試驗所施加的疲勞荷載計算的依據(jù)。由于裝料、成型、養(yǎng)生等原因，同批次梁試件的彎拉強度并不完全相同，同時，由于無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料的自身特點，成型的試件表面不平整，孔洞、邊角損壞現(xiàn)象普遍，使得加載過程中應(yīng)力集中，這導(dǎo)致疲勞試驗數(shù)據(jù)變異很大大，無法取得準(zhǔn)確可靠的試驗結(jié)果，這也是現(xiàn)有無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞試驗方法很難實施的原因所在。另一個重要問題是，現(xiàn)有的疲勞試驗方法僅有應(yīng)力比和疲勞加載次數(shù)兩個參數(shù)，無法獲知重復(fù)加載過程中試件動態(tài)彎拉模量、彎拉應(yīng)變的物理力學(xué)響應(yīng)變化規(guī)律，更無法從試件參數(shù)變化規(guī)律評價材料的疲勞損傷變化特征。因此，半剛性材料疲勞損傷機理和動態(tài)響應(yīng)特征一直未得到明確和驗證，其損壞問題也一直困擾我國工程技術(shù)人員。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無機結(jié)合料穩(wěn)定材料四點梁動態(tài)加載疲勞損傷測試方法。利用該方法可獲得準(zhǔn)確可靠的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷方程和重復(fù)疲勞加載狀態(tài)下動態(tài)參數(shù)變化特征。本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實現(xiàn)的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特點是該方法以振動成型大梁試件為母體，將大梁試件切割成若干滿足規(guī)格的小梁試件后，通過相同層位小梁試件彎拉強度測試確定同層位小梁試件的疲勞荷載，在此基礎(chǔ)上進行四點彎曲梁動態(tài)重復(fù)加載試驗，試驗過程中測量小梁中心撓度變化，得到接近真實應(yīng)力狀態(tài)下動態(tài)彎拉模量隨疲勞加載次數(shù)的衰變規(guī)律，以及彎拉應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增長規(guī)律，按照上述法進行不同應(yīng)力比條件下的重復(fù)加載試驗，即可得到無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料的疲勞損傷壽命。具體的，該方法包括以下步驟a)振動成型大梁試件用振動成型設(shè)備(振動臺、振動壓實機等)成型若干大梁試件，成型的大梁試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生環(huán)境下養(yǎng)生至設(shè)計強度；b)將大梁試件切割成小梁試件
將每塊大梁試件分層切割成長X寬X高為380mmX 63. 5mmX 50mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件；c)彎拉強度測試在同一層位上取其中一根小梁進行四點梁彎拉強度試驗，得到該小梁的彎拉強度；d)四點梁重復(fù)加載疲勞試驗以步驟c所得的彎拉強度確定同層位小梁的疲勞加載荷載，進行重復(fù)加載疲勞試驗，直至小梁疲勞破壞；e)重復(fù)步驟C)和d)得到不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)下的小梁疲勞破壞加載次數(shù)，即疲勞損傷壽命；f)對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，得到無機結(jié)合料疲勞方程和彎拉模量、彎拉應(yīng)變的變化規(guī)律。進一步的，為了保證成型大梁試件內(nèi)部材料的均勻性，在步驟a)中，成型大梁試件時至少分兩層均勻裝料，并振動成型壓實至設(shè)計壓實度。步驟a)中所述大梁試件長X寬X高不小于550mmX150mmX150mm。步驟a)中的試件養(yǎng)生時間為石灰、粉煤灰穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時間不少于6個月；水泥穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時間不少于3個月。步驟b)中所述分層切割，切割小梁試件的高度方向與成型時壓力方向一致，同一根大梁體切割出來的小梁試件按它們在原大梁體中的位置分不同層位，在同一層位上至少切割出兩根小梁試件。步驟d)中所述重復(fù)加載疲勞試驗，加載模式為常應(yīng)力半正矢波，加載頻率為 10Hz，應(yīng)力循環(huán)最小值與最大值的比值為0. 1。重復(fù)加載過程中測量和采集梁中心撓度變化數(shù)值，即每一個加載循環(huán)梁中心撓度的最大值和最小值。步驟e)中所述不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)即不同應(yīng)力比，其取值范圍為0. 4 0. 75， 且至少在該范圍內(nèi)取三個應(yīng)力比進行試驗。本發(fā)明的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下突出的有益效果(一 )該方法以特定的切割方法及試驗過程克服了現(xiàn)有無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞試驗方法疲勞破壞加載次數(shù)變異大、疲勞方程可靠度低的技術(shù)難題，實現(xiàn)了無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料疲勞損傷壽命的準(zhǔn)確預(yù)估；( 二)該方法解決了現(xiàn)有測試方法無法獲知無機結(jié)合料穩(wěn)定材料重復(fù)加載過程中材料物理力學(xué)響應(yīng)變化的問題，實現(xiàn)了從材料物理力學(xué)響應(yīng)參數(shù)變化評價材料的疲勞損傷特征；(三)該方法解決了動態(tài)彎拉模量參數(shù)指標(biāo)的測試和確定問題；(四)該方法測量方法操作簡單、易于實現(xiàn)。


附圖1是小梁試件中心點撓度與加載次數(shù)的關(guān)系圖；附圖2是石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石疲勞試驗彎拉模量及彎拉應(yīng)變變化規(guī)律圖；附圖3是石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石疲勞試驗曲線。
具體實施例方式參照說明書附圖以具體實施例對本發(fā)明的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法作以下詳細(xì)地說明。實施例本發(fā)明的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，包括以下步驟(以石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石材料疲勞損傷測試為例)a)振動成型大梁試件本實施例中采用了 4個應(yīng)力比，每個應(yīng)力比至少需要5個疲勞試驗樣本即一個應(yīng)力比需要3根大梁試件，因此一共需要12根大梁試件。用振動臺成型石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石材料大梁試件。大梁試件的長X寬X高為 550mmX 150mm X 150mm。高度方向上分兩層裝料，底層高75mm，均勻裝料，一邊裝料一邊用直徑約2cm的木棒插搗，裝完后整平其表面；頂層高75mm，均勻裝料，一邊裝料一邊用直徑約2cm木棒插搗， 裝完后整平其表面并稍加壓緊，然后置于振動臺成型(振動成型壓實度要達(dá)到98%設(shè)計壓實度)，最后將試件連同試模置于20°C 士2°C，相對濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生環(huán)境下養(yǎng)生6 個月。其中，要求Φ 150mmX 150mm的試件7天無側(cè)限抗壓強度不低于1. IMPa0設(shè)計壓實度根據(jù)具體測試材料確定，確定方法為公知技術(shù)。b)將大梁試件切割成小梁試件步驟a所得大梁試件大梁試件脫模后，切割掉試件表面缺料及不平整的部分，然后根據(jù)試件在成型方向上同一層位部分的壓實度相同、強度相同這一理論分析結(jié)果對大梁試件進行切割加工，即沿水平中心面分層切割成長X寬X高為380mmX63. 5mmX50mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件。具體來說，切割的高度方向與成型時壓力方向一致，且同一根大梁體切割出來的小梁試件按它們在原大梁體中的位置分兩個層位。在同一層位上切割出兩根小梁試件，即每一塊大梁試件得到四根小梁試件用于后續(xù)測試。c)彎拉強度測試?yán)盟狞c梁彎曲疲勞試驗機對上述一根小梁試件進行四點梁彎拉強度試驗；d)四點梁重復(fù)加載疲勞試驗以步驟c所得的彎拉強度確定同層位小梁的疲勞加載荷載，進行重復(fù)加載疲勞試驗，直至小梁疲勞破壞；上述重復(fù)加載疲勞試驗，加載模式為常應(yīng)力半正矢波，加載頻率為10Hz，應(yīng)力循環(huán)最小值與最大值的比值為0.1;重復(fù)加載過程中測量和采集梁中心撓度變化數(shù)值，即每一個加載循環(huán)梁中心撓度的最大值和最小值。附圖1即為一根小梁試件在四點梁重復(fù)加載疲勞試驗中梁中心點分別在最大荷載和最小荷載時所對應(yīng)的撓度值，兩者之差即在一次加載周期中的最大相對撓度。由圖1 可知梁試件的撓度值隨著加載次數(shù)的增加而增大，并最終發(fā)生疲勞破壞，此時的加載次數(shù)即為該試件的疲勞壽命。e)重復(fù)步驟C)和d)得到不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)下的小梁疲勞破壞加載次數(shù)；不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)取值范圍為加載應(yīng)力與彎拉強度的應(yīng)力比為0. 4 0. 75， 至少取其中三個應(yīng)力比進行試驗。本實施例中采用了 0.6、0.65、0.7和0.75，共4個應(yīng)力比，各個應(yīng)力比下的疲勞試
驗樣本數(shù)均為5個。疲勞試驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。表1四點梁彎曲疲勞試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于該方法以振動成型大梁試件為母體，將大梁試件切割成若干滿足規(guī)格的小梁試件后， 通過相同層位小梁試件彎拉強度測試確定同層位小梁試件的疲勞荷載，在此基礎(chǔ)上進行四點彎曲梁動態(tài)重復(fù)加載試驗，試驗過程中測量小梁中心撓度變化，得到接近真實應(yīng)力狀態(tài)下動態(tài)彎拉模量隨疲勞加載次數(shù)的衰變規(guī)律，以及彎拉應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增長規(guī)律，按照上述法進行不同應(yīng)力比條件下的重復(fù)加載試驗，即可得到無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料的疲勞損傷壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)振動成型大梁試件用振動成型設(shè)備成型若干大梁試件，成型的大梁試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生環(huán)境下養(yǎng)生至設(shè)計強度；b)將大梁試件切割成小梁試件將每塊大梁試件分層切割成長X寬X高為380mmX63. 5mmX 50mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件；c)彎拉強度測試在同一層位上取其中一根小梁進行四點梁彎拉強度試驗，得到該小梁的彎拉強度；d)四點梁重復(fù)加載疲勞試驗以步驟c所得的彎拉強度確定同層位小梁的疲勞加載荷載，進行重復(fù)加載疲勞試驗， 直至小梁疲勞破壞；e)重復(fù)步驟c)和d)得到不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)下的小梁疲勞破壞加載次數(shù)，即疲勞損傷壽命；f)對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，得到無機結(jié)合料疲勞方程和彎拉模量、彎拉應(yīng)變的變化規(guī)律。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于 步驟a)中所述大梁試件長X寬X高不小于550mmX150mmX150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于 步驟a)中，成型大梁試件時至少分兩層均勻裝料，并振動成型壓實至設(shè)計壓實度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于 步驟a)中的試件養(yǎng)生時間為石灰、粉煤灰穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時間不少于6個月； 水泥穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時間不少于3個月。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于 步驟b)中所述分層切割，切割小梁試件的高度方向與成型時壓力方向一致，同一根大梁體切割出來的小梁試件按它們在原大梁體中的位置分不同層位，在同一層位上至少切割出兩根小梁試件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于 步驟d)中所述重復(fù)加載疲勞試驗，加載模式為常應(yīng)力半正矢波，加載頻率為10Hz，應(yīng)力循環(huán)最小值與最大值的比值為0. 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于重復(fù)加載過程中測量和采集梁中心撓度變化數(shù)值，即每一個加載循環(huán)梁中心撓度的最大值和最小值。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特征在于 步驟e)中所述不同疲勞荷載應(yīng)力狀態(tài)即不同應(yīng)力比，其取值范圍為0. 4 0. 75，且至少在該范圍內(nèi)取三個應(yīng)力比進行試驗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無機結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，屬于道路工程領(lǐng)域。該方法以振動成型大梁試件為母體，將大梁試件切割成若干滿足規(guī)格的小梁試件后，通過相同層位小梁試件彎拉強度測試確定同層位小梁試件的疲勞荷載，在此基礎(chǔ)上進行四點彎曲梁動態(tài)重復(fù)加載試驗，試驗過程中測量小梁中心撓度變化，得到接近真實應(yīng)力狀態(tài)下動態(tài)彎拉模量隨疲勞加載次數(shù)的衰變規(guī)律，以及彎拉應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增長規(guī)律，按照上述法進行不同應(yīng)力比條件下的重復(fù)加載試驗，即可得到無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料的疲勞損傷壽命。與現(xiàn)有疲勞試驗方法相比，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)疲勞試驗方法疲勞破壞加載次數(shù)變異大、疲勞方程可靠度低的技術(shù)難題，實現(xiàn)了無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料疲勞壽命的準(zhǔn)確預(yù)估，揭示了無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞損傷規(guī)律，提高了路面設(shè)計的可靠度，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
文檔編號G01N3/20GK102252916SQ20111010402
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者余四新, 崔世萍, 王林, 韋金城, 馬士杰 申請人:山東省交通科學(xué)研究所