[發(fā)明專利]一種非飽和多孔瀝青混合料抗凍融性能的測試方法及凍脹應(yīng)變的測試裝置

有效

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• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108614095B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳俊;殷小晶;姚成
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01N33/42
• 分類號: G01N33/42
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 藍(lán)霞

本發(fā)明公開了一種非飽和多孔瀝青混合料抗凍融性能的測試方法及凍脹應(yīng)變的測試裝置，該方法包括多孔瀝青混合料飽和度的控制、凍脹應(yīng)力測試、凍脹殘余應(yīng)變測試和凍融耗散能計算等四部分。按一個凍融循環(huán)下，相對應(yīng)力與應(yīng)變構(gòu)成的二維直角坐標(biāo)系內(nèi)原點(diǎn)、凍脹應(yīng)力峰值與抗拉強(qiáng)度比值點(diǎn)、殘余凍脹應(yīng)變與拉伸破壞應(yīng)變比值點(diǎn)構(gòu)成的三角形面積計算相對凍融耗散能。本發(fā)明通過相對凍融耗散能可定量的評價多孔瀝青混合料在任一飽和度下的抗凍融性能，為寒冷地區(qū)多孔瀝青混合料的優(yōu)選提供分析手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔瀝青路面耐久性評價領(lǐng)域，具體涉及一種非飽和多孔瀝青混合料抗凍融性能的測試方法及凍脹應(yīng)變的測試裝置。

背景技術(shù)

隨著交通事業(yè)發(fā)展，密級配瀝青混合料AC、抗滑瀝青混合料AK、瀝青碎石AM、瀝青瑪蹄脂碎石SMA、多孔瀝青混合料OGFC等相繼出現(xiàn)，以這些混合料鋪筑的瀝青路面在各個時期、各種等級公路中發(fā)揮著重要作用。其中，多孔瀝青混合料具有優(yōu)異排水、降噪、抗滑、防眩光和除污功能，在多國的透水式、飽水式、排水降噪式路面中得到成功應(yīng)用。但失敗案例也很多，除了孔隙堵塞、松散、寒區(qū)除冰困難、冰雪地區(qū)帶釘輪胎磨耗之外，降雨/雪后滲入孔隙中的水蒸發(fā)緩慢，長期滯留在混合料內(nèi)引起的凍融損壞，已成主要病害之一。美國2016年統(tǒng)計表明，25個州目前不使用多孔瀝青路面，其中北方19個州之前使用過，但由于其冬季過早凍融損壞，現(xiàn)在已不再使用。與美國類似，由于擔(dān)心我國北方凍融循環(huán)對路面損壞，且受多雨南方有利于發(fā)揮其排水、抗滑優(yōu)勢的傳統(tǒng)思維影響，多孔瀝青路面主要應(yīng)用在我國南方。但即便如此，全球氣候異常也往往使南方地區(qū)出現(xiàn)大面積降雪和結(jié)冰天氣，導(dǎo)致不可避免的凍融損壞?？梢?，凍融耐久性不足限制了多孔瀝青混合料在寒冷地區(qū)的推廣應(yīng)用。

圍繞多孔瀝青混合料凍融耐久性不足的問題，近年來道路工作者在凍融循環(huán)過程的室內(nèi)模擬方法、凍融后混合料性能衰減規(guī)律、凍融引起集料與瀝青界面損傷等方面開展了一些研究，取得了一系列成果，并把多孔混合料的凍融損壞歸結(jié)于兩個階段：第一，孔隙水飽和度(水與孔隙體積之比)較大情況下，孔隙水凝冰時體積膨脹，孔隙壁受到冰的凍脹壓應(yīng)力，若混合料受到約束，這種壓應(yīng)力得不到有效釋放和消散，則在整個混合料結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生凍脹應(yīng)力，引起凍脹損傷；第二，冰融化為水后，混合料存在殘余變形，抗凍融能力下降，同時水分侵蝕凍脹損傷的瀝青砂漿或砂漿與集料界面，導(dǎo)致水損壞?？梢?，凍脹損傷是多孔混合料凍融耐久性不足的重要原因，而凍融耗散能是引起凍脹損傷的關(guān)鍵。

但是，對于如何控制其孔隙水飽和度、如何測試凍脹壓力，如何計算多孔瀝青混合料凍融中能量耗散，目前各個國家沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法，導(dǎo)致多孔混合料凍脹應(yīng)力與受凍體積膨脹關(guān)系、受凍時降溫速率對凍脹應(yīng)力的影響規(guī)律、混合料空隙率和孔隙水含量對凍融耗散能的影響規(guī)律等等均沒有開展深入分析。因此，發(fā)明一種簡單、快捷的方法進(jìn)行不同孔隙水飽和度下混合料凍融耗散能的測試，對于深入理解和準(zhǔn)確把握多孔瀝青混合料凍融損傷本質(zhì)特征，提高多孔瀝青混合料在凍融地區(qū)的推廣應(yīng)用具有重要價值。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供飽和度可控的多孔瀝青混合料凍融耗散能的測試方法，發(fā)明包括兩部分：多孔瀝青混合料凍脹殘余應(yīng)變的測試裝置及方法、基于直接拉伸試驗的多孔瀝青混合料相對凍融耗散能計算方法。其中，第一部分主要確定多孔瀝青混合料孔隙水受凍結(jié)冰膨脹引起混合料凍脹應(yīng)變量和應(yīng)變率，以及冰融化引起混合料收縮應(yīng)變量。第二部分是以確定的膨脹應(yīng)變率作為直接拉伸試驗的拉伸速率，通過多孔混合料的直接拉伸試驗，獲得拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變的曲線，并以第一部分確定的凍脹線應(yīng)變在曲線上所對應(yīng)的峰值應(yīng)力σ作為凍脹應(yīng)力，按一個凍融循環(huán)下，相對應(yīng)力-應(yīng)變構(gòu)成的二維直角坐標(biāo)系內(nèi)原點(diǎn)、凍脹應(yīng)力峰值與抗拉強(qiáng)度比值點(diǎn)、殘余凍脹應(yīng)變與拉伸破壞應(yīng)變比值點(diǎn)構(gòu)成的三角形面積計算相對凍融耗散能S，作為多孔瀝青混合料抗凍融性能評價指標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一方面：