[發明專利]一種研究瀝青混合料剪切性能的試驗方法及裝置

無效

• 申請號: 201110377366.7
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102507342A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 汪海年;尤占平;郝培文;馬骉;張琛
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于公路工程瀝青路面的抗剪性研究技術領域，涉及一種研究瀝青混合料剪切性能的試驗方法及裝置。

背景技術

隨著交通量的快速增長，車輛超載嚴重，軸載不斷增加，一些大城市主干道的交叉口區域瀝青路面產生嚴重的擁包，推擠和車轍等病害，基本上每兩年就要洗刨一次重新罩面，新面層經歷了一，兩個夏天以后，擁包，車轍問題依然非常的嚴重，瀝青路面的抗剪性能研究引起了越來越多的關注，特別是在夏季高溫季節，路面強度降低，在車輪的水平和垂直荷載的綜合作用下，較小的剪應力作用也容易使瀝青面層產生剪切破壞，然而在瀝青混合料的設計過程中忽略了對材料抗剪性能的檢驗，這也是導致瀝青路面早期損壞發生的重要原因之

目前國內外常見的瀝青混合料剪切試驗方法主要有以下幾種：

三軸試驗：它源于對土力學的研究，對混合料的粘結力C和內摩擦角φ進行測定，以此計算混合料的抗剪強度τ，但是其試驗操作復雜，應用較少。

Superpave剪切試驗：由美國戰略公路計劃研究提出(SHRP?1994)，可以進行多種形式的試驗，主要進行恒高度重復剪切試驗(RSCH)和恒高度頻率掃描試驗(FSCH)。試件被膠結在兩鋼板之間，在試件的頂面和底面施加外力。RSCH試驗機理是在保持試件高度不變的前提下，采用半正弦剪切應力對試件進行重復剪切。試驗得到瀝青混合料不同剪切次數下的剪切變形，按計算公式可得到瀝青混合料的永久剪切應變等參數。但Superpave剪切試驗儀價格昂貴，不適于我國國情，更不適于在工地試驗室推廣應用。

同軸剪切試驗：同軸剪切試驗方法由馮俊嶺等研究并提出同軸剪切試驗的試件是把外徑φ150mm，內徑φ55mm，高50mm的中空圓柱體試件用環氧樹脂粘貼在鋼筒和鋼柱之間，軸向荷載通過鋼柱作用于中空圓柱體試件內壁，同時試件的外側面受限，使試件產生剪切破壞，通過三維有限元建模，計算確定同軸剪切試驗剪切強度系數，從而可以直接確定瀝青混合料抗剪強度。與三軸試驗的結果對比表明，同軸剪切試驗測定瀝青混合料的抗剪強度精度較好但粒徑大的骨料會對試驗結果有較大影響。該方法目前應用較少。

旋轉剪切試驗：Murat?Guler等通過研究，在旋轉壓實儀上安裝了一套系統，用于測試瀝青混合料壓實過程中的剪切應力，并開發了旋轉剪切壓實儀(GTM)，用于瀝青混合料設計。該方法在國內有應用，但因設備價格昂貴，目前沒有得到廣泛應用。

因此，如何在瀝青混合料設計過程中提出一種有效快捷并且經濟的剪切試驗方法來評價其抗剪性能，是當前急需解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，本發明提供一種研究瀝青混合料剪切性能的試驗方法及裝置，通過該裝置可以獲得和瀝青混合料的抗剪性能有較好對應關系的試驗指標，并且試驗參數易確定，具有較好的工程應用前景，為瀝青路面結構設計提供可靠的試驗依據。

其技術方案為：

一種研究瀝青混合料剪切性能的試驗裝置，包括MTS試驗機1，試驗壓頭2，裝試件的圓環3，試件4和力學傳感器5，力學傳感器5固定在整個裝置的最下部，可以測得作用荷載的大小，力學傳感器5的上方即為裝試件的圓環3，MTS材料試驗機1的試驗壓頭2位于試件4的上部，向下對與試件4的接觸面施加垂直荷載。

進一步優選，所述裝試件的圓環3為兩個具有相同直徑和相同高度的空心圓柱體。

進一步優選，所述兩個相互對應的圓環之間留有58mm的距離。

本發明所述試驗裝置基于MTS810材料試驗機來進行的，試驗中荷載的大小和速率，應力和應變的控制模式以及數據的采集模式都是通過MTS試驗機來實現的。本試驗裝置為一個附屬設備，它包含兩個具有相同直徑和相同高度的空心圓柱體。實驗時兩個空心圓環相互對向放置并且在同一個水平面上。兩個相互對應的圓環之間留有58mm的距離，這個缺口就是垂直荷載與試件的接觸面。在荷載下方兩個圓環可以沿同一平面移動，因此在試件的中間就會產生均布的剪切應力。圓環的直徑和高度可以按照瀝青混合料試件的尺寸來加工。

整個裝置的最下部是固定的力學傳感器，可以測得作用荷載的大小。本附屬設施放于傳感器之上，試件上方是MTS材料試驗機的壓頭，向下對與試件的接觸面施加垂直荷載。這樣通過MTS系統的計算機，就可以得到壓頭對剪切試件施加的荷載大小值。

本發明的有益效果：

(1)本發明裝置具有與路面結構的受力具有相似性，試件的受力狀態與路面結構的受力狀態相似。

(2)本試驗裝置所測得的試件的破損過程能夠反映該類材料強度產生的本質特點，能夠反映其損壞的機理。