[發明專利]瀝青混合料剪切疲勞的測試方法

無效

• 申請號: 201010597761.1
• 申請日: 2010-12-21
• 公開（公告）號: CN102072840A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 陳俊;黃曉明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于瀝青混合料力學性能測試的應用技術領域，具體涉及一種瀝青混合料剪切疲勞的測試方法。

背景技術

氣候、車輛荷載和環境對瀝青混凝土路面作用的復雜性，以及近年來出現的車輛大型化、重載化等特點，使得一些瀝青混凝土路面結構常常在設計年限內出現了不同程度的損壞，造成了大量的物力和財力損失。在瀝青路面的各種病害中，因車輛荷載重復多次作用引起的路面結構疲勞開裂是較常見的病害型式之一。為了對疲勞開裂進行有效的防治，各國道路工作者進行了大量的研究工作，并認為路面疲勞開裂通常可以分為張開型、剪切型和復合型三大類型。其中，張開型裂紋主要是由路面材料承受荷載水平拉應力引起的，剪切型裂紋主要是由于瀝青混合料受到多次剪應力所致，而復合型裂紋是水平拉應力和剪切應力綜合作用的結果。

在對瀝青路面疲勞裂紋進行分類的基礎上，人們也意識到應對不同型式的裂紋進行形成機理的研究，并以此為基礎提出相應的防治措施。目前，對于張開型疲勞裂紋的研究最多，主要是采用實驗室內的疲勞試驗測試瀝青混合料的疲勞壽命，并由此提出了以面層底部拉應力或拉應變作為疲勞設計的控制指標，目前我國的《公路瀝青路面設計規范》(JTG?D50-2006)即是以抗拉結構強度系數進行考慮張開型疲勞斷裂性能的路面結構設計。與張開型裂紋的研究相比，因剪切作用產生的疲勞破壞一直以來往往被人們所忽視。然而，近年來一些大城市主干道交叉口區域的瀝青路面在高溫季節產生了嚴重的擁包、推擠和車轍等病害，基本上每兩年就要銑刨一次重新罩面，新面層經歷了一、兩個夏天以后，擁包、車轍問題依然非常嚴重。不僅如此，由于近年來車輛軸載的增大，一些高速公路結構上也出現了不同程度的剪切型裂紋。基于此，目前瀝青路面的剪切破壞引起人們越來越多的關注，如何評價瀝青混合料在一次荷載作用下的抗剪性能和多次重復荷載作用下的剪切疲勞性能已成為亟待解決的問題。

對于瀝青混合料在一次荷載作用下的抗剪切性能評價，目前研究人員已經研發了多種剪切儀進行瀝青混合料抗剪強度的測試，比如同軸剪切測試儀、單軸貫入剪切儀和扭轉剪切儀等等，通過上述設備可以對瀝青混合料抗剪強度進行合理的評價。相比于抗剪強度的測試，多次荷載下剪切疲勞性能的研究相對滯后。目前為止，只有美國SHRP計劃研發的SST（SuperPave?Shear?Tester）剪切試驗機可效地應用于比較和預估瀝青混合料的抗剪切疲勞性能。然而，該設備價格昂貴，對操作人員要求較高，目前在中國尚未得到廣泛的應用。因此，在充分利用包括MTS、UTM等在內的現有瀝青混合料性能測試設備的基礎上，實現瀝青混合料的重復剪切過程、進行剪切疲勞性能測試具有十分重要的現實意義。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種瀝青混合料剪切疲勞的測試方法。

技術方案：本發明所述的瀝青混合料剪切疲勞測試方法，結合UTM材料試驗機的疲勞加載特征和同軸剪切測試裝置，提出了固定同軸剪切試驗裝置中的外鋼筒，對內鋼柱施加控制應力的周期重復荷載以實現剪切疲勞的測試方法。

本發明的瀝青混合料剪切疲勞的測試方法包括如下步驟：

1）室內成型瀝青混合料的大型馬歇爾試件，把試件切割成高度為50mm的圓柱體試件，并以圓柱體試件中心為圓心，鉆出直徑為50mm的圓柱體，獲取截面為環形的中空圓柱體試件；

2）采用高強度膠水或者環氧樹脂，涂抹于直徑為50mm的圓柱體鋼柱外側與內徑為150mm的鋼套內側，并把試件安裝于內鋼柱與外鋼套的之間，使得試件與兩個鋼制模塊緊密、牢固粘結；

3）待膠水或樹脂完全干燥后，把試件與鋼制模塊放入目標溫度的環境箱內保溫2~4小時；并把試件安放于UTM材料試驗機中，固定外鋼套，對內鋼柱施加速率為1mm/min的荷載，獲得瀝青混合料剪切破壞時的荷載????????????????????????????????????????????????；

4）以作為疲勞峰值荷載，并設定荷載波形、加載頻率、間歇時間等試驗參數，固定外鋼套，對內鋼柱進行應力控制模式下10000次作用的剪切疲勞試驗，獲得荷載下瀝青混合料的剪切疲勞曲線，由此得到剪切疲勞壽命；疲勞應力百分比是0~100之間的數值。

所述步驟4）的剪切疲勞壽命是剪切疲勞曲線剪切穩定變形階段與破壞階段的拐點所對應的荷載作用次數。

所述步驟4）對于當荷載作用10000次仍未出現疲勞曲線的第三破壞階段的情形，則增大的取值，以獲得完整的疲勞曲線，并得到剪切疲勞壽命。