[發明專利]一種小應變條件下瀝青混凝土長期蠕變性能加速試驗方法

有效

• 申請號: 202010196395.2
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111351696B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 楊軍;劉嵩;孫肖寅;陳先華;石晨光;張泓;王添令
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/06
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發明涉及土木工程領域的一種新型試驗方法，尤其是小應變條件下瀝青混凝土長期蠕變性能加速試驗方法。所述的小應變條件下瀝青混凝土長期蠕變性能加速試驗方法基于瀝青混凝土粘彈性力學特性，充分利用粘彈性材料的時間?溫度等效原理和時間?應力等效原理，通過短期蠕變試驗預測瀝青混凝土在小應變條件下的長期蠕變性能。該方法能夠有效克服傳統試驗方法在小應變條件下對試驗進度要求高、試驗時間長等缺點，僅通過短期試驗即可準確預測瀝青混凝土在小應變條件下的長期蠕變性能。

技術領域

本發明涉及一種新型瀝青混凝土試驗技術,屬于鐵路技術領域。

背景技術

粘彈性體在應力保持不變的情況下，應變隨加載時間的延長而增加的現象稱為蠕變。瀝青混凝土是典型的粘彈性材料，具有顯著的蠕變特性。蠕變行為是影響瀝青混凝土結構長期穩定性的關鍵因素。近年來，瀝青混凝土基床表層作為一種新的瀝青混凝土結構形式，在我國高速鐵路無砟軌道中取得了較好的應用效果。瀝青混凝土基床表層鋪設于無砟軌道結構中底座板下方作為支承層和防水層，能夠顯著增強無砟軌道結構的防水性能，提高路基穩定性，降低維護費用。與傳統瀝青路面結構不同，瀝青混凝土基床表層在服役期間同時承受上部結構自重荷載的持續作用和列車動荷載的不間斷作用。這兩種荷載形式都將引起瀝青混凝土的蠕變行為，進而產生永久變形，影響無砟軌道結構的平順性和穩定性。由于無砟軌道結構設計使用壽命長，需要對壽命周期內瀝青混凝土基床表層的長期蠕變行為進行預測和控制，才能保障無砟軌道結構的穩定性和列車運行安全。

瀝青混凝土材料在荷載長期作用下的蠕變行為，一直是道路工程領域的研究熱點和研究難題。目前，道路工程研究中一般采用經驗公式預估、加速加載試驗、動態蠕變試驗和有限元數值模擬等方法預測瀝青混凝土路面的永久變形。然而，瀝青混凝土材料的蠕變行為受到應力水平、溫度條件、材料老化等多種因素的影響，在不同應力水平及環境條件下表現出不同的蠕變柔量，具有顯著的非線性特性。由于軌道結構的特殊性，瀝青混凝土基床表層在無砟軌道中的服役環境與瀝青路面具有明顯的不同，其設計使用壽命長，服役應力水平低，蠕變速率非常小，但累積效應顯著。

針對小應變條件這一特殊服役環境，由于測試精度、電腦計算資源和計算時間等因素的限制，包括長期蠕變試驗、有限元數值模擬等常用的瀝青混凝土蠕變行為評價方法的適用性較差，不能很好地評價和預測瀝青混凝土在軌道結構服役環境下的蠕變行為。

發明內容

本發明的目的是為了克服傳統試驗方法中試驗時間長和對試驗進度要求高等不足，提供一種小應變條件下瀝青混凝土長期蠕變性能加速試驗方法，利用粘彈性材料的時間-溫度-應力等效原則，通過短期內的蠕變試驗來對瀝青混凝土在小應變條件下的長期蠕變性能進行準確預測。為高速鐵路瀝青混凝土基床表層的工程應用提供參考。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案實現：一種小應變條件下瀝青混凝土長期蠕變性能加速試驗方法，包括以下步驟：

(1)在等應力條件、不同溫度水平下開展蠕變試驗，利用試驗得到的蠕變柔量曲線族求解時間-溫度移位因子，得到瀝青混合料蠕變柔量主曲線；

(2)在等溫度條件、不同應力水平下開展蠕變試驗，利用試驗得到的蠕變柔量曲線族求解時間-應力移位因子，得到瀝青混合料蠕變柔量主曲線。

(3)在同一個溫度和應力水平下對步驟(1)和步驟(2)中的瀝青混合料蠕變柔量主曲線進行校核；

(4)結合假設自由體積同時受溫度條件和應力水平的影響，最終推導出時間-溫度-應力等效方程。

作為本發明的一種改進，所述的步驟(1)中具體為：

(1-1)首先由蠕變試驗結果計算蠕變柔量，在對數坐標系繪制等應力水平、不同溫度條件下的時間-蠕變柔量曲線族；

(1-2)在時間-蠕變柔量曲線圖中，選取參考溫度水平，通過手動平移，沿著時間軸水平移動其余溫度水平下的蠕變柔量曲線，使各曲線段平滑搭接，從而得到水平移位因子預估值；