一種多年凍土地區(qū)瀝青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多年凍土地區(qū)瀝青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法，成型棱柱體梁式試件，對棱柱體梁式試件進行飽水后凍融模擬多年凍土地區(qū)晝夜溫差大引發(fā)的凍融現(xiàn)象，在此基礎上進行一定加載次數(shù)的疲勞試驗模擬車輛荷載的反復作用，將前述的凍融試驗和疲勞試驗交叉反復進行直至棱柱體梁式試件發(fā)生疲勞破壞以綜合反應氣候條件和車輛荷載的綜合疲勞作用。本發(fā)明方法由于重復了凍融循環(huán)和疲勞的反復過程，試驗數(shù)據(jù)更有現(xiàn)實意義；考慮到凍融循環(huán)造成的小梁變形，設計不銹鋼器具，減少它的變形，為凍融后的疲勞試驗提供方便。本發(fā)明方法所需的試驗設備較為簡單，操作方便，便于試驗推廣。
【專利說明】一種多年凍土地區(qū)瀝青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及道路工程試驗方法技術，具體涉及一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融 循環(huán)疲勞試驗方法。
【背景技術】
[0002] 浙青混合料的疲勞是指材料在荷載重復作用下產(chǎn)生不可恢復的強度衰減積累所 引起的一種損傷現(xiàn)象，而浙青混合料的抗疲勞能力正是反映了它承受重復荷載而不斷裂的 能力。根據(jù)荷載的不同分為交通荷載重復作用引起的疲勞和溫度循環(huán)作用引起的溫度疲 勞，前者是因為交通荷載的重復作用，使得路面結構內(nèi)產(chǎn)生的微小變形得到累積，當這種 變形繼續(xù)增大擴展時，將導致路面的破損發(fā)生；而后者是由于低溫地區(qū)的浙青路面長期暴 露在強紫外線、大風、日差較大的環(huán)境中，氣溫較長周期性地變化引起溫度場、溫度應力場 的周期變化，當溫度應力的累積超過浙青混合料的極限抗拉強度時，路面就將發(fā)生疲勞破 損。
[0003] 多年凍土地區(qū)的浙青混凝土路面不但要經(jīng)受交通荷載的重復作用，而且更多地要 經(jīng)受較大的日夜溫差交替作用，因而溫度疲勞開裂、溫度縮裂以及交通荷載疲勞開裂是路 面破損的主要形式，不僅如此，水分的存在還會導致浙青混合料和浙青路面因溫度的高低 交替發(fā)生反復的凍融現(xiàn)象，反復凍融的發(fā)生會進一步加劇浙青混合料和浙青路面的疲勞破 壞。所以針對多年凍土地區(qū)的特殊地理氣候環(huán)境，研究浙青混合料經(jīng)過凍融循環(huán)后的抗疲 勞性能是很有必要的，能夠更加實際的反應多年凍土地區(qū)路面結構的力學行為。
[0004] 盡管現(xiàn)行浙青混合料試驗規(guī)程中涉及到了浙青混合料的凍融劈裂試驗和浙青混 合料疲勞試驗，但是至今沒有能夠同時考慮浙青混合料凍融和疲勞的性能試驗，更缺乏能 夠反映浙青混合料重復凍融與疲勞荷載作用反復間隔作用的性能試驗。這也是導致多年凍 土地區(qū)浙青混合料材料選擇不合理，容易引發(fā)后期使用病害的重要原因之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明目的是提供一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法，綜合考 慮溫度影響和車輛荷載影響，更符合路面結構的實際使用條件，可以更準確地模擬浙青路 面在多年凍土地區(qū)的實際受力情況，得到符合實際使用情況的力學性能指標。
[0006] 本發(fā)明采用以下技術方案：
[0007] -種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1、依據(jù)浙青混合料配合比設計，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》 JTG E20-2011中T 0703-2011輪碾法，制作尺寸為400mmX300mmX 50mm的浙青混合料板塊 試件，將浙青混合料板塊試件切割成381mmX63. 5mmX 50mm的棱柱體梁式試件；
[0009] 步驟2、室溫下，將棱柱體梁式試件放入水槽中，水浸沒棱柱體梁式試件，將裝有棱 柱體梁式試件的水槽置于真空干燥箱中，在97. 3kpa真空度下15min，之后使真空干燥箱恢 復常壓狀態(tài)，并使棱柱體梁式試件繼續(xù)浸水lh，完成棱柱體梁式試件飽水；
[0010] 步驟3、將飽水的棱柱體梁式試件從水槽中取出，用保鮮膜密實包裹，放入不銹鋼 容器中，將裝有棱柱體梁式試件的不銹鋼容器放入恒溫冰箱中，在-18°C下冰凍4h，之后從 不銹鋼容器中取出棱柱體梁式試件，在室溫下放入水槽中浸水30min，后將棱柱體梁式試件 從水槽中取出并將保鮮膜撕掉，融化4h以上，完成棱柱體梁式試件的凍融循環(huán)；
[0011] 步驟4、將凍融后的棱柱體梁式試件按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》 JTG E20-2011中T0739-2011浙青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗，進行三分點加載疲勞試 驗，采用半正弦應變控制模式，加載頻率10Hz，試驗溫度15°C，應變水平400μ ε，設定N個 加載循環(huán)，記錄試驗參數(shù)和試驗結果；
[0012] 步驟5、將加載完的棱柱體梁式試件重復步驟2至步驟4的凍融循環(huán)疲勞試驗，直 至試件疲勞破壞。
[0013] 步驟4中Ν個加載循環(huán)按照如下方法確定：將步驟1的棱柱體梁式試件，不經(jīng)凍 融，直接進行三分點加載疲勞試驗，采用半正弦應變控制模式，加載頻率10Hz，試驗溫度 15°C，應變水平400 μ ε，直至棱柱體梁式試件疲勞破壞，獲得棱柱體梁式試件的疲勞加載 循環(huán)總次數(shù)，取總次數(shù)的十分之一即為Ν。
[0014] 步驟3所述不銹鋼容器的內(nèi)部尺寸為385mmX65mmX50mm。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：
[0016] 1、本發(fā)明方法綜合考慮溫度影響和車輛荷載影響，重復了凍融循環(huán)和疲勞的反復 過程，可以更準確地模擬浙青路面在多年凍土地區(qū)的實際受力情況，得到符合實際使用情 況的力學性能指標，試驗數(shù)據(jù)更有現(xiàn)實意義；其次，考慮到凍融循環(huán)造成的小梁變形，設計 不銹鋼器具，減少它的變形，為凍融后的疲勞試驗提供方便。
[0017] 2、由于試件選用多年凍土區(qū)路面的浙青混合料的級配和油石比，飽水后的凍融循 環(huán)也符合凍土區(qū)的溫度氣候狀況，可以模擬低溫及溫差較大的條件下浙青混合料所受溫度 荷載的情況，使室內(nèi)試驗更具有合理性和有效性。
[0018] 3、通過多次凍融循環(huán)和多次疲勞加載試驗，可以得到浙青混合料低溫疲勞試驗后 的相關技術指標，反映浙青混合料在溫差較大情況下的疲勞性能，為多年凍土區(qū)的浙青混 合料設計提供了依據(jù)。對不同的浙青混合料進行性能評價，就能夠通過對比分析優(yōu)選適用 于多年凍土地區(qū)的浙青混合料。
[0019] 4、本發(fā)明方法所需的試驗設備較為簡單，操作方便，便于試驗推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明提供的一種不銹鋼容器。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合實施例和附圖對本發(fā)明做更進一步地解釋。下述實施例不以任何形式限 制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均處于本發(fā)明的保護范 圍之中。
[0022] 多年凍土地區(qū)的浙青混凝土路面不僅要經(jīng)受車輛荷載的反復作用，同時要經(jīng)受較 大的日夜溫差交替作用，考慮到多年凍土地區(qū)特有的日夜溫差大和冰凍氣候條件，設計低 溫下的浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗有助于多年凍土區(qū)的浙青混合料設計，因為以往的浙 青混合料設計僅僅照顧了低溫性能，這樣滯后于凍土區(qū)的施工修筑技術。本發(fā)明綜合考慮 多年凍土區(qū)的特殊使用條件，提供一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法。
[0023] 本發(fā)明提供的一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法的設計思路 是：采用凍融循環(huán)試驗模擬浙青混合料在多年凍土地區(qū)實際使用過程中由于日夜溫差大所 經(jīng)受的冰凍和化凍氣候條件，采用疲勞試驗模擬浙青混合料所經(jīng)受的車輛荷載重復作用， 將凍融循環(huán)試驗和疲勞試驗進行交叉進行以模擬氣候條件和車輛荷載作用的綜合作用，以 期獲得反應浙青混合料在多年凍土地區(qū)低溫氣候條件下的凍融循環(huán)疲勞性能，不僅能夠為 浙青混合料的性能優(yōu)化提供參考，同時能夠用于對比不同浙青混合料的性能差異性，優(yōu)選 適宜的路面材料。
[0024] 實施例1
[0025] -種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法，包括如下步驟：
[0026] 步驟1、依據(jù)浙青混合料配合比設計，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī) 程》JTG E20-2011中T 0703-2011輪碾法，室內(nèi)拌和生產(chǎn)浙青混合料并成型浙青混合料 板塊試件，尺寸為400mm(長）X300mm(寬）X50mm(高），將浙青混合料板塊試件切割成 381mm (長）X 63. 5mm (寬）X 50mm (高）的棱柱體梁式試件；一個浙青混合料板塊試件可以 切割出四個梁式試件，為保證重復試驗精度，至少應成型兩個板塊試件，切割出8個梁式試 件。
[0027] 步驟2、室溫下，將棱柱體梁式試件放入水槽中，水浸沒棱柱體梁式試件，將裝有棱 柱體梁式試件的水槽置于真空干燥箱中，在97. 3kpa真空度下15min，之后打開閥門使真空 干燥箱恢復常壓狀態(tài)，并使棱柱體梁式試件繼續(xù)浸水lh，完成棱柱體梁式試件飽水。
[0028] 步驟3、將飽水的棱柱體梁式試件從水槽中取出，用保鮮膜密實包裹，放入不銹鋼 容器中，將裝有棱柱體梁式試件的不銹鋼容器放入恒溫冰箱中，在-18°C下冰凍4h，之后從 不銹鋼容器中取出棱柱體梁式試件，在室溫下放入水槽中浸水30min，后將棱柱體梁式試件 從水槽中取出并將保鮮膜撕掉，融化4h以上，完成棱柱體梁式試件的凍融循環(huán)；不銹鋼容 器如圖1所示，內(nèi)部尺寸為385mm(長）X65mm(寬）X50mm(高）?？紤]到飽水的試件放入 冰箱時會發(fā)生水分溢出，為了使試件整體冷凍效果均勻，在試件飽水取出后，應采用保鮮膜 密實包裹，同時為了防止試件在之后的凍融循環(huán)過程中發(fā)生過大的變形，應將試件至于不 銹鋼容器中，使試件四周產(chǎn)生約束，保持其原有形狀，以便于后續(xù)的疲勞試驗。
[0029] 步驟4、將凍融后的棱柱體梁式試件按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》 JTG E20-2011中T0739-2011浙青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗，進行三分點加載疲勞試 驗，采用半正弦應變控制模式，加載頻率10Hz，試驗溫度15°C，應變水平400μ ε，設定N個 加載循環(huán)，記錄試驗參數(shù)和試驗結果；Ν個加載循環(huán)按照如下方法確定：將步驟1的棱柱體 梁式試件，不經(jīng)凍融，直接進行三分點加載疲勞試驗，采用半正弦應變控制模式，加載頻率 10Hz，試驗溫度15°C，應變水平400 μ ε，直至棱柱體梁式試件疲勞破壞，獲得棱柱體梁式 試件的疲勞加載循環(huán)總次數(shù)，取總次數(shù)的十分之一即為Ν。
[0030] 步驟5、將加載完的棱柱體梁式試件重復步驟2至步驟4的凍融循環(huán)疲勞試驗，直 至試件疲勞破壞。
[0031] 本發(fā)明成型棱柱體梁式試件，對棱柱體梁式試件進行飽水后凍融模擬多年凍土地 區(qū)晝夜溫差大引發(fā)的凍融現(xiàn)象，在此基礎上進行一定加載次數(shù)的疲勞試驗模擬車輛荷載的 反復作用，將前述的凍融試驗和疲勞試驗交叉反復進行直至棱柱體梁式試件發(fā)生疲勞破壞 以綜合反應氣候條件和車輛荷載的綜合疲勞作用。
【權利要求】
1. 一種多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟1、依據(jù)浙青混合料配合比設計，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》JTG E20-2011中T 0703-2011輪碾法，制作尺寸為400_X300_X50mm的浙青混合料板塊試 件，將浙青混合料板塊試件切割成381mmX63. 5mmX50mm的棱柱體梁式試件； 步驟2、室溫下，將棱柱體梁式試件放入水槽中，水浸沒棱柱體梁式試件，將裝有棱柱體 梁式試件的水槽置于真空干燥箱中，在97. 3kpa真空度下15min，之后使真空干燥箱恢復常 壓狀態(tài)，并使棱柱體梁式試件繼續(xù)浸水lh，完成棱柱體梁式試件飽水； 步驟3、將飽水的棱柱體梁式試件從水槽中取出，用保鮮膜密實包裹，放入不銹鋼容器 中，將裝有棱柱體梁式試件的不銹鋼容器放入恒溫冰箱中，在-18°C下冰凍4h，之后從不銹 鋼容器中取出棱柱體梁式試件，在室溫下放入水槽中浸水30min，后將棱柱體梁式試件從水 槽中取出并將保鮮膜撕掉，融化4h以上，完成棱柱體梁式試件的凍融循環(huán)； 步驟4、將凍融后的棱柱體梁式試件按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》JTG E20-2011中T0739-2011浙青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗，進行三分點加載疲勞試驗，采 用半正弦應變控制模式，加載頻率10Hz，試驗溫度15°C，應變水平400μ ε，設定N個加載循 環(huán)，記錄試驗參數(shù)和試驗結果； 步驟5、將加載完的棱柱體梁式試件重復步驟2至步驟4的凍融循環(huán)疲勞試驗，直至試 件疲勞破壞。
2. 根據(jù)權利要求1所述的多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法，其特征在 于，步驟4中Ν個加載循環(huán)按照如下方法確定：將步驟1的棱柱體梁式試件，不經(jīng)凍融，直 接進行三分點加載疲勞試驗，采用半正弦應變控制模式，加載頻率10Hz，試驗溫度15°C，應 變水平400 μ ε，直至棱柱體梁式試件疲勞破壞，獲得棱柱體梁式試件的疲勞加載循環(huán)總次 數(shù)，取總次數(shù)的十分之一即為Ν。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的多年凍土地區(qū)浙青混合料凍融循環(huán)疲勞試驗方法，其特 征在于，步驟3所述不銹鋼容器的內(nèi)部尺寸為385mmX65mmX50mm。
【文檔編號】G01N3/32GK104048886SQ201410294454
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權日:2014年6月26日
【發(fā)明者】馬濤, 崔露愉, 廖公云, 黃曉明, 張垚, 趙晨, 李靖 申請人:東南大學