[發(fā)明專利]無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110104021.4
• 申請(qǐng)日: 2011-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN102252916A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋金城;余四新;王林;馬士杰;崔世萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省交通科學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N3/20
• 分類號(hào): G01N3/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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(jī)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(jí)公路中，半剛性基層材料得到廣泛應(yīng)用，但工程實(shí)踐表明半剛性基層早期損壞比較嚴(yán)重。在試驗(yàn)室設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中，半剛性基層材料僅以材料組成、抗壓強(qiáng)度、靜態(tài)模量等簡單指標(biāo)作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，沒有深入進(jìn)行與路面實(shí)際受力狀態(tài)一致的損傷評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)指標(biāo)、參數(shù)的測試。現(xiàn)有簡單疲勞試驗(yàn)方法試圖以同批次成型的梁式試件中的一部分的彎拉強(qiáng)度平均值來代表此批試件的彎拉強(qiáng)度，并以此平均彎拉強(qiáng)度值作為其余試件疲勞試驗(yàn)所施加的疲勞荷載計(jì)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(qiáng)度并不完全相同，同時(shí)，由于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料的自身特點(diǎn)，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(yàn)數(shù)據(jù)變異很大大，無法取得準(zhǔn)確可靠的試驗(yàn)結(jié)果，這也是現(xiàn)有無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞試驗(yàn)方法很難實(shí)施的原因所在。另一個(gè)重要問題是，現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)方法僅有應(yīng)力比和疲勞加載次數(shù)兩個(gè)參數(shù)，無法獲知重復(fù)加載過程中試件動(dòng)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(píng)價(jià)材料的疲勞損傷變化特征。因此，半剛性材料疲勞損傷機(jī)理和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征一直未得到明確和驗(yàn)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(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料四點(diǎn)梁動(dòng)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(jī)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(dòng)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(shí)現(xiàn)的：無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞損傷測試方法，其特點(diǎn)是：

該方法以振動(dòng)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(qiáng)度測試確定同層位小梁試件的疲勞荷載，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四點(diǎn)彎曲梁動(dòng)態(tài)重復(fù)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中測量小梁中心撓度變化，得到接近真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)下動(dòng)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(jìn)行不同應(yīng)力比條件下的重復(fù)加載試驗(yàn)，即可得到無機(jī)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(dòng)成型大梁試件

用振動(dòng)成型設(shè)備(振動(dòng)臺(tái)、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)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(jì)強(qiáng)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×寬×高為380mm×63.5mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件；

c)彎拉強(qiáng)度測試

在同一層位上取其中一根小梁進(jìn)行四點(diǎn)梁彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，得到該小梁的彎拉強(qiáng)度；

d)四點(diǎn)梁重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)

以步驟c所得的彎拉強(qiáng)度確定同層位小梁的疲勞加載荷載，進(jìn)行重復(fù)加載疲勞試驗(yàn)，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(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到無機(jī)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(jìn)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(shí)至少分兩層均勻裝料，并振動(dòng)成型壓實(shí)至設(shè)計(jì)壓實(shí)度。

步驟a)中所述大梁試件長×寬×高不小于550mm×150mm×150mm。

步驟a)中的試件養(yǎng)生時(shí)間為：

石灰、粉煤灰穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時(shí)間不少于6個(gè)月；

水泥穩(wěn)定類材料養(yǎng)生時(shí)間不少于3個(gè)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(shí)壓力方向一致，同一根大梁體切割出來的小梁試件按它們?cè)谠罅后w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(yàn)，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(gè)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(gè)應(yīng)力比進(jìn)行試驗(yàn)。

本發(fā)明的無機(jī)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(yàn)過程克服了現(xiàn)有無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石材料疲勞損傷壽命的準(zhǔn)確預(yù)估；