專利名稱：瀝青路面結(jié)構(gòu)或瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)及建筑材料的性能評價方法，尤其涉及一種建筑結(jié)構(gòu)及建筑材料的高溫穩(wěn)定性的性能評價方法。
背景技術(shù)：
近20年來，我國公路建設(shè)發(fā)展迅猛，但由于我國高等級公路建設(shè)起步晚、技術(shù)力量儲備少、優(yōu)質(zhì)材料不足、氣候特征復(fù)雜和交通量大、超載嚴(yán)重等原因，導(dǎo)致我國浙青路面在建成通車后就相繼出現(xiàn)車轍、開裂、泛油、坑槽等早期損壞，其中，由于路面結(jié)構(gòu)與浙青混合料的高溫穩(wěn)定性不足而引起的車轍是浙青路面較為普遍、危害較大的破壞現(xiàn)象。目前尚缺乏有效的對浙青路面結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評價的方法和手段，現(xiàn)今對浙青混合料的高溫穩(wěn)定性評價主要采用車轍試驗與蠕變試驗。車轍試驗由于加載方式、試件中應(yīng)力分布狀況及變形數(shù)據(jù)采集方面的不足，目前只能作為浙青混合料高溫穩(wěn)定性的工程經(jīng)驗?zāi)M試驗， 不能獲得浙青混合料的力學(xué)參數(shù)，也不能對路面結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評價，不能用于理論研究及車轍預(yù)估；而蠕變試驗的試件內(nèi)每一點(diǎn)的受力狀態(tài)完全一致，這與路面中不同位置的浙青混合料的受力狀態(tài)不同的特點(diǎn)存在差異，因此蠕變試驗只適合研究在特定力學(xué)狀態(tài)(荷載和圍壓)下的材料性能。有鑒于此，本領(lǐng)域需要有研發(fā)一種可靠性好、精度高、且又能體現(xiàn)路面實際受力狀況的高溫穩(wěn)定性評價方法，以更加科學(xué)客觀地評價浙青路面結(jié)構(gòu)和浙青混合料的高溫穩(wěn)定性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種步驟簡單、測試設(shè)備投入小、測試操作方便、測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，包括以下步驟
(1)根據(jù)所述浙青路面結(jié)構(gòu)的層厚或浙青混合料的規(guī)格成型擬進(jìn)行單軸動載試驗用的測試試件；
(2)確定所述單軸動載試驗用的壓頭尺寸；
(3)利用所述壓頭對所述測試試件進(jìn)行循環(huán)單軸動載試驗(對于同一浙青路面結(jié)構(gòu)或同一浙青混合料來說，一般至少進(jìn)行3輪循環(huán)單軸動載平行試驗)，獲得該測試試件的變形-荷載次數(shù)曲線(可采用位移感應(yīng)器測定并記錄每次加載后測試試件的變形值)；
(4)根據(jù)所述的變形-荷載次數(shù)曲線測算出該測試試件的動穩(wěn)定度及變形速率； 再根據(jù)測算出的動穩(wěn)定度及變形速率即可評價出浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料的高溫穩(wěn)定性。動穩(wěn)定度越大、變形速率越小，則浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料的高溫穩(wěn)定性越好；動穩(wěn)定度越小、變形速率越大，則浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料的高溫穩(wěn)定性越差。
上述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，所述壓頭尺寸優(yōu)選通過如下方法步驟確定首先，結(jié)合所述浙青路面結(jié)構(gòu)的厚度或浙青混合料的公稱粒徑，選取不同厚度或公稱粒徑倍數(shù)下對應(yīng)的壓頭尺寸大小，使壓頭尺寸大于所述浙青路面結(jié)構(gòu)的厚度，并使壓頭尺寸為所述浙青混合料公稱粒徑的3倍以上(一般初步擬定三種以上不同直徑大小的壓頭即可)，然后通過有限元方法計算出各壓頭下所述測試試件內(nèi)的應(yīng)力分布狀況；再將計算出的各應(yīng)力分布狀況與實際輪載下浙青路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布(同樣可通過有限元方法計算出來)進(jìn)行對比，在二者應(yīng)力狀態(tài)一致的情形下，確定出壓頭的直徑大小。
上述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，所述壓頭的直徑優(yōu)選為4cm 10cm。所述測試試件優(yōu)選為板式試件。
上述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，所述循環(huán)單軸動載試驗的試驗條件優(yōu)選為溫度控制在40°c 70°C，試驗加載為間歇半正弦波加載(符合交通狀況下受力狀態(tài))，單次加載時間0. 02s 0. 5s，單次卸載時間為0. Is 6s，加載的荷載壓強(qiáng)大小為0. 025ΜΙ^ 1. 782MPa。該荷載壓強(qiáng)范圍對應(yīng)的荷載作用力的可選范圍為0. 2kN 14kN，施加荷載的大小可模擬欠載、正常荷載、超載等多種情形。
上述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，所述動穩(wěn)定度及變形速率的測算方法主要是指先根據(jù)所述的變形-荷載次數(shù)曲線，劃分出遷移期和穩(wěn)定期(應(yīng)變迅速增大，應(yīng)變速率隨時間增長而逐漸減小的階段為遷移期；應(yīng)變增長穩(wěn)定，應(yīng)變速率基本保持不變的階段為穩(wěn)定期)；然后在穩(wěn)定期所在的區(qū)間內(nèi)任意選擇兩點(diǎn)Afc1, (I1)和B(n2， d2)，其中，ηι、η2分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)對應(yīng)的荷載次數(shù)，Clpd2分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)對應(yīng)的變形量(單位mm)，再根據(jù)公式/W == ^^H十算出所述測試試件在 -叫范圍內(nèi)的Cl2-Cl1η2_ηι動穩(wěn)定度DS及測試試件在η2-ηι范圍內(nèi)的變形速率DR。動穩(wěn)定度DS的單位為次/mm ；變形速率的單位為mm/次。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)本發(fā)明的技術(shù)方案既可對浙青路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行高溫穩(wěn)定性評價，又可對浙青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性評價，通用性強(qiáng)，適用范圍廣；
(2)相比現(xiàn)有的車轍試驗測試法，本發(fā)明評價方法中的加載方式更接近實際情況， 更有利于保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
另外，本發(fā)明的評價方法中測試裝置能為測試試件提供圍壓，能夠更加接近于路面的實際受力狀況；本發(fā)明的測試裝置也相對簡單、便宜，測試過程簡單明確，評價結(jié)果穩(wěn)定可靠。


圖1為本發(fā)明實施例中繪制的變形-荷載次數(shù)曲線圖。
圖2為本發(fā)明實施例中循環(huán)單軸動載試驗裝置的主視圖。
圖3為本發(fā)明實施例中循環(huán)單軸動載試驗裝置的俯視圖。
圖例說明
1、環(huán)境箱承臺；2、球形鋼珠；3、壓頭；4、水平孔槽；5、橡膠墊；6、試模；7、環(huán)境箱； 8、位移感應(yīng)器；9、磁力架；10、加載桿；11、加載頭；12、升降桿。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實施例一種如圖2、圖3所示的應(yīng)用于本發(fā)明評價方法中的可模擬輪胎荷載作用的循環(huán)單軸動載試驗裝置，該循環(huán)單軸動載試驗裝置包括一環(huán)境箱7，環(huán)境箱7內(nèi)置放有一可變厚度的組合式試模6，試模6上方對應(yīng)設(shè)置有一試驗加載裝置。該試驗加載裝置包括與試驗機(jī)相連的加載桿10、壓頭3和安裝于壓頭3上的位移感應(yīng)裝置。加載桿10的端部設(shè)有一加載頭11，加載頭11與加載桿10的本體部分螺紋連接。本實施例中，加載桿10端部的加載頭11和壓頭3的頂部均設(shè)成球冠狀的凹槽，力口載頭11通過置放于前述兩凹槽間的球形鋼珠2與壓頭3的頂部相銜接。本實施例中的壓頭3呈一圓臺狀，其底面為一圓形的加載面，加載面上覆設(shè)有一橡膠墊5，橡膠墊5的硬度在 60°C時維持在78度(JIQ。壓頭3通過橡膠墊5作用于待測的板式試件表面中心，板式試件由試模6固定，試模6放置在環(huán)境箱7中的環(huán)境箱承臺1上。本實施例的位移感應(yīng)裝置包括一對位移感應(yīng)器8和磁力架9 (分別位于加載桿10 的兩側(cè))，位移感應(yīng)器8的一端(即測試端)安裝于壓頭3背面開設(shè)的水平孔槽4內(nèi)(并可根據(jù)試驗實際操作情況上下調(diào)節(jié)和移動位移感應(yīng)器的安裝位置)，位移感應(yīng)器8的另一端通過磁力架9連接在環(huán)境箱7的升降桿12上。—種本發(fā)明的浙青路面結(jié)構(gòu)(或浙青混合料)高溫穩(wěn)定性的評價方法，包括以下步驟(1)按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》(JTJ 052-2000)中T0703-1993方法成型測試試件，對于本實施例模擬浙青路面結(jié)構(gòu)的試件按照各面層材料及其厚度分層壓實成型(對于評價浙青混合料的試件可采用5cm厚試模成型)，本實施例的測試試件為平面尺寸30cmX30cm的板式試件，至少成型三個平行試件，成型好的測試試件置于室溫中冷卻，12小時后可用。(2)初步擬定km、7Cm、8Cm、10Cm四種直徑大小的壓頭3，計算各尺寸壓頭下上述板式試件內(nèi)的應(yīng)力分布狀況，再對比分析不同直徑的壓頭下板式試件與實際輪載下路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布(通過有限元方法計算實際輪載下多種典型路面結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布狀況)，在二者應(yīng)力狀態(tài)一致的情形下，結(jié)合浙青路面結(jié)構(gòu)的厚度和浙青混合料公稱粒徑要求，確定出本實施例所采用的壓頭的合適直徑D為10cm。(3)開始進(jìn)行定點(diǎn)循環(huán)單軸動載試驗，采用上述直徑為IOcm的壓頭3，壓頭下方加墊有直徑10cm、厚1. 5cm的橡膠墊5，橡膠硬度78士2(JIS60°C )，確保壓頭3與橡膠墊5重合且位置在測試試件表面中心，試驗溫度為60°C (將試件和壓頭3控溫于60°C 環(huán)境箱7中，確保試件的保溫時間在幾以上，如果是測試浙青混合料，則保溫證以上即可)，開啟試驗機(jī)，使加載桿10端部的加載頭11與球形鋼珠2接觸，由加載試驗機(jī)提供所需要模式的加載力，加載力傳導(dǎo)到壓頭3的加載面上，并通過橡膠墊5作用于待測的板式試件的中心；通過試驗機(jī)控制加載力的大小，標(biāo)準(zhǔn)軸載對應(yīng)的壓強(qiáng)為0. 7MPa，則根據(jù)壓頭尺寸計算出施加的加載力大小為5. 5kN，為模擬路面實際情況；試驗過程中采用帶間歇時間的半正弦波加載，單次加載時間0. ls，間歇時間1.8s (即單次卸載時間)，加載的荷載壓強(qiáng)大小為0. 7MPa(0. 025MPa 1. 782MPa均可)，該荷載壓強(qiáng)范圍對應(yīng)的荷載作用力為5. 5kN(0. 2kN 14kN)，重復(fù)進(jìn)行3輪本步驟的循環(huán)單軸動載平行試驗。采集試驗過程中受壓區(qū)試件每次加/卸載的變形數(shù)據(jù)，將采集的變形量數(shù)據(jù)作為縱坐標(biāo)，作用次數(shù)作為橫坐標(biāo)繪制出如圖1所示的變形-荷載次數(shù)曲線。(4)根據(jù)所述的變形-荷載次數(shù)曲線劃分出遷移期和穩(wěn)定期；應(yīng)變迅速增大、應(yīng)變速率隨時間增長而逐漸減小的階段為遷移期；應(yīng)變增長穩(wěn)定、應(yīng)變速率基本保持不變的階段為穩(wěn)定期；然后在穩(wěn)定期所在的區(qū)間內(nèi)任意選擇兩點(diǎn)Afc1, (I1)和B(n2，d2)，其中，Ii1 = 2450、n2 = 3300分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)對應(yīng)的荷載次數(shù)，(I1 = 1. 20、d2 = 1. 43分別為A點(diǎn)和
B點(diǎn)對應(yīng)的變形量(單位mm)，再根據(jù)公式/W == ^^計算出所述測試試
Cl2-Cl1η2_ηι
件在Ii2-Ii1范圍內(nèi)的動穩(wěn)定度DS = 3696次/mm，測試試件在Ii2-Ii1范圍內(nèi)的變形速率DR = 2. 6 X IO^mrn/次。動穩(wěn)定度DS的單位為次/mm ；變形速率的單位為mm/次。上述實施例的描述僅是為便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。 熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，很容易地對這些實施例做出各種修改，并將其所包含的技術(shù)思想應(yīng)用到其他實施例中。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以上實施例，對于未脫離本發(fā)明核心技術(shù)方案所做出的改進(jìn)和規(guī)避都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，包括以下步驟(1)根據(jù)所述浙青路面結(jié)構(gòu)的層厚或浙青混合料的規(guī)格成型擬進(jìn)行單軸動載試驗用的測試試件；(2)確定所述單軸動載試驗用的壓頭尺寸；(3)利用所述壓頭對所述測試試件進(jìn)行循環(huán)單軸動載試驗，獲得該測試試件的變形-荷載次數(shù)曲線；(4)根據(jù)所述的變形-荷載次數(shù)曲線測算出該測試試件的動穩(wěn)定度及變形速率；再根據(jù)測算出的動穩(wěn)定度及變形速率即可評價出浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料的高溫穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，其特征在于，所述壓頭尺寸通過如下方法步驟確定首先，結(jié)合所述浙青路面結(jié)構(gòu)的厚度或浙青混合料的公稱粒徑，選取不同厚度或公稱粒徑倍數(shù)下對應(yīng)的壓頭尺寸大小，使壓頭尺寸大于所述浙青路面結(jié)構(gòu)的厚度，并使壓頭尺寸為所述浙青混合料公稱粒徑的3倍以上；然后用有限元方法計算出各壓頭下所述測試試件內(nèi)的應(yīng)力分布狀況；再將計算出的各應(yīng)力分布狀況與實際輪載下浙青路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布進(jìn)行對比，在二者應(yīng)力狀態(tài)一致的情形下，確定出壓頭的直徑大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，其特征在于，所述壓頭的直徑為4cm IOcm ；所述測試試件為板式試件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法， 其特征在于，所述循環(huán)單軸動載試驗的試驗條件為溫度控制在40°C 70°C，試驗加載為間歇半正弦波加載，單次加載時間0. 02s 0. 5s，單次卸載時間為0. Is 6s，加載的荷載壓強(qiáng)大小為0. 025MPa 1. 782MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的浙青路面結(jié)構(gòu)或浙青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，其特征在于，所述動穩(wěn)定度及變形速率的測算方法主要是指先根據(jù)所述的變形-荷載次數(shù)曲線劃分出遷移期和穩(wěn)定期，然后在穩(wěn)定期所在的區(qū)間內(nèi)任意選擇兩點(diǎn)Afc1, (I1)和 B(n2，d2)，其中，ηι、n2分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)對應(yīng)的荷載次數(shù)，Cl1, d2分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)對應(yīng)的變形量，再根據(jù)公式DS = 和M =計算出動穩(wěn)定度DS及變形速率DR。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種瀝青路面結(jié)構(gòu)或瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的評價方法，包括以下步驟先根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)的層厚或瀝青混合料的規(guī)格成型擬進(jìn)行單軸動載試驗用的測試試件；確定單軸動載試驗用的壓頭尺寸；利用壓頭對測試試件進(jìn)行循環(huán)單軸動載試驗，獲得該測試試件的變形-荷載次數(shù)曲線；最后根據(jù)變形-荷載次數(shù)曲線測算出該測試試件的動穩(wěn)定度及變形速率；再根據(jù)測算出的動穩(wěn)定度及變形速率即可評價出瀝青路面結(jié)構(gòu)或瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。本發(fā)明的評價方法具有步驟簡單、測試設(shè)備投入小、測試操作方便、測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N3/32GK102519812SQ20111042455
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者周志剛, 曾勇, 楊銀培, 袁秀湘 申請人:長沙理工大學(xué)