一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法和装置，1)在方体模具中浇筑两层厚度相同、配比不同的沥青混合料，然后，在两层沥青混合料中间浇筑沥青层，凝结硬化后，得沥青混合料试件；2)在沥青混合料试件上取特定半径的圆柱形芯样，所述圆柱形芯样的轴截面与沥青混合料试件的中间沥青层位于同一平面内；3)采用盘形紧凑拉伸实验来测定圆柱形芯样的断裂能，即得沥青路面结构层间断裂能。能够评价干燥和有水情况下沥青路面结构层间的粘结能力，可评价干燥和有水情况下沥青路面结构层间粘结性能。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法和装置
：本专利技术属于交通运输领域，提出了一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法和装置。
技术介绍
：有些沥青路面在建成后一两年内就出现了严重的路面病害，如拥包、新月形或马蹄形开裂和坑槽，严重地影响了路面行车安全。究其原因，主要是粘结层失效，导致层间剥离和滑移引起的。国内外已经认识到了沥青层层间粘结的重要性，层间粘结强度直接影响路面的使用性能和服务寿命。在交通荷载作用下，路面结构层间会出现拉应力，但现有的层间强度评价方法均没有考虑拉应力的影响，认为层间破坏主要是压剪破坏。在拉应力作用下沥青路面结构粘结层失效有两种破损形式：一种是粘聚性破坏即沥青膜内部的断裂，另一种是附着性破坏即沥青膜与集料之间的粘结破坏。目前已有的拉脱试验只能评价沥青膜在集料上的附着能力，不能用于评价沥青路面结构层间的粘结强度。因此目前缺乏能够全面反映沥青结构层间粘结强度的评价方法。
技术实现思路
：本专利技术基于断裂能理论，提出了一种能够全面反映沥青结构层间粘结能力的评价方法及其装置，能够评价干燥和有水情况下沥青路面结构层间的粘结能力，可评价干燥和有水情况下沥青路面结构层间粘结性能。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法，包括如下步骤：1)在方体模具中浇筑两层厚度相同、配比不同的沥青混合料，然后，在两层沥青混合料中间浇筑沥青层，凝结硬化后，得沥青混合料试件；2)在沥青混合料试件上取特定半径的圆柱形芯样，所述圆柱形芯样的轴截面与沥青混合料试件的沥青层位于同一平面内；3)通过裂缝开口位移实验和数值模拟测定圆柱形芯样的断裂能，即得沥青路面结构层间断裂能。进一步地，上层沥青混合料采用的集料配比为10mm～20mm碎石44.4％、5mm～10mm碎石14.8％、3mm～5mm碎石5.3％、0mm～3mm碎石29.5％、矿粉4.7％、生石灰1.3％，石油沥青的用量为集料总质量的4.2％；下层沥青混合料采用的集料配比为20mm～30mm碎石22.2％、10mm～20mm碎石34.3％、5mm～10mm碎石8.0％、3mm～5mm碎石14.6％、机制砂15.8％、矿粉3.8％、生石灰1.3％，石油沥青的用量为集料总质量的3.9％，上述百分比皆为质量百分比。进一步地，所述的沥青层采用石油沥青浇筑而成，其中石油沥青的洒布量为1.5L/m3。进一步地，所述圆柱形芯样的半径为双层沥青混合料试件厚度的3/4。进一步地，所述的沥青路面结构层间断裂能的具体求解步骤如下：利用拉力试验机进行裂缝开口位移实验，得出试件的荷载位移曲线，利用公式(1)计算出Wmeasured；然后采用嵌入式间断法对试件的沥青层进行数值模拟，确定裂缝宽度函数在软化区域的指数关系式(3)，得出Gtail；最后通过公式(4)计算出Wtail，将Wmeasured与Wtail相加得到断裂总功Wf，将断裂总功代入公式(2)，得出断裂能Gf。Wf＝∫P·du(1)Wf＝Wtail+Wmeasured，式中：α为1；K为试件底面从p点到切除边的垂直距离；t为试件厚度；CMODmax为沥青层开裂到软化区域时的试件开口位移；L为断裂面长度，所述局部断裂功Wmeasured通过荷载变形曲线和公式(1)求得；本专利技术还提供了一种沥青路面结构层间断裂能的测试装置，包括卡槽、卡柱、拉伸把手、拉力试验机，其特征在于，所述卡槽为柱形空心结构，底面为圆缺型，侧面由弧形面和矩形面围成，并沿卡槽的轴截面对称分割为左槽体和右槽体；所述左槽体和右槽体的弧形端相铰接；所述卡槽底面中心线两侧对称设置有两个圆柱形卡柱，所述卡槽的外侧对称设置有一对拉伸把手，所述拉伸把手分别与拉力试验机相连，所述试件上设置有与卡柱相对应的圆孔，并通过卡柱套装在所述卡槽中。优选的是，所述拉伸把手为矩形平板，与所述两个圆柱形卡柱的轴线位于同一平面内。优选的是，所述卡柱的半径为卡槽半径的1/8-1/7。优选的是，所述卡柱中心线到卡槽矩形面的距离为卡槽半径的1/15-1/8。优选的是，所述卡柱中心线到卡槽轴截面的距离为卡槽半径的1/15-1/8。专利技术原理：基于断裂能理论，通过盘形紧凑拉伸实验(DC(T))方法来测定沥青混凝土的断裂能，进而对沥青路面结构层间粘结性能做出评价。盘形紧凑拉伸实验的进行需要沥青路面结构层间粘结圆柱形试件(如图1(a))及相应的实验设备(如图1(b))。试件制备好后放入盘套中，对试件进行裂缝开口位移(CMOD)实验，得出荷载位移曲线图。试件的断裂功Wf用施加的荷载P和裂缝开口位移u表示，如式(1)所示：Wf＝∫P·du(1)则断裂能Gf可表示为：式中：L为断裂面长度(如图2所示)；t为试件厚度。但是，由于测试的边界条件及测试设备的限制，裂缝开口位移(CMOD)实验无法得出的荷载位移曲线的尾部曲线，即该曲线是不完整的，所以通过上面的公式(1)和(2)得到的断裂功并不完整，断裂能并不准确。当裂缝开口位移(CMOD)实验即将结束时，裂缝的传递已经到了试件的顶端，这时荷载P也已经趋向于零，试件处于如图2所示的平衡状态，此时，整个试件即将形成以p点为连接点的两部分，乳化沥青层在靠近p点处的区域被称为软化区域。需要通过对试验模型所进行数值模拟，补齐试件的荷载位移曲线丢失部分所代表的断裂功，从而得到准确的断裂能。如图3(a)所示，试件的二维数值模型主要由三角弹性体积元素形成，但是为了便于由局部剖除的切口到顶端p点的裂缝形成，则在这一窄带区域用三角形状的嵌入式不连续元素模拟。嵌入式间断法(EDM)的元素在开裂后拉伸行为可以定义为裂缝宽度函数w，通过数值模拟拟合出该函数在沥青层开裂到尾部的软化区域的指数关系表达式如下：σ＝fte-aw(3)式中：σ为裂缝桥联应力；w为裂缝宽度；ft为最大抗拉强度(可以通过间接抗拉强度试验得到的)；对该指数关系式进行积分，可以得出Gtail，即图3(b)中应力位移曲线与坐标轴间区域的面积。断裂尾部的功Wtail可用下式表示：式中：因为该公式为指数形式，所以α为1；K为试件底面从p点到切除边的垂直距离；t为试件厚度；CMODmax为沥青层开裂到软化区域时的试件开口位移。A算出后，断裂总功Wf＝Wtail+Wmeasured(计算得到的断裂功)，则再通过公式(2)可得到断裂能Gf。附图说明图1实验所用试件与设备：(a)1-沥青路面层1；2-沥青路面层2；3-沥青层；(b)1-卡槽；2-链接铆钉；3-卡柱；4-拉伸把手。图2CMOD试验末期试件的平衡状态图3数值模型图4试件制备过程：1-沥青混合料1；2-沥青层；3-沥青混合料2；4-打孔；5-切除形成平面6-切除形成凹槽。图5盘型紧凑拉伸设备：1-卡槽；2-链接铆钉；3-卡柱；4-拉伸把手。具体的实施例实施例一实施步骤：(1)为进行裂缝开口位移(CMOD)实验，要制备适用该实验的沥青路面结构层间粘结圆柱形试件，该试件的制备过程如下：①在长45cm，宽10cm，高25cm的方体模具中浇筑两层10cm厚的沥青混合料，两层沥青混合料的配比不同，两层中间浇筑沥青层。②待沥青混合料试件凝结硬化后，在中间取半径为7.5cm的圆柱形芯样，如图1所示。③对芯样进行处理，如图4中所示，在圆柱形试件垂直于沥青层的边缘，切除约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法，其特征在于，1)在方体模具中浇筑两层厚度相同、配比不同的沥青混合料，然后，在两层沥青混合料中间浇筑沥青层，凝结硬化后，得沥青混合料试件；2)在沥青混合料试件上取特定半径的圆柱形芯样，所述圆柱形芯样的轴截面与沥青混合料试件的沥青层位于同一平面内；3)通过裂缝开口位移实验和数值模拟测定圆柱形芯样的断裂能，即得沥青路面结构层间断裂能。

【技术特征摘要】
1.一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法，其特征在于，包括：1)在方体模具中浇筑两层厚度相同、配比不同的沥青混合料，然后，在两层沥青混合料中间浇筑沥青层，凝结硬化后，得沥青混合料试件；2)在沥青混合料试件上取特定半径的圆柱形芯样，所述圆柱形芯样的轴截面与沥青混合料试件的沥青层位于同一平面内；3)通过裂缝开口位移实验和数值模拟测定圆柱形芯样的断裂总功，再进一步换算得沥青路面结构层间断裂能；所述的沥青路面结构层间断裂能的具体求解步骤如下：利用拉力试验机进行裂缝开口位移实验，得出芯样的荷载位移曲线，利用公式(1)计算出局部断裂功Wmeasured；然后采用嵌入式间断法对芯样的沥青层进行数值模拟，确定裂缝宽度函数在软化区域的指数关系式(3)，对该指数关系式进行积分，得出Gtail；最后通过公式(4)计算出Wtail，将Wmeasured与Wtail相加得到断裂总功Wf，将断裂总功代入公式(2)，得出断裂能Gf，Wmeasured＝∫P·du(1)式中，P为施加的荷载，u为裂缝开口位移；Wf＝Wtail+Wmeasursd，σ＝fte-aw(3)式中：σ为裂缝桥联应力；w为裂缝宽度；ft为最大抗拉强度；式中：α为1；K为芯样底面从p点到切除边的垂直距离；t为芯样厚度；CMODmax为沥青层开裂到软化区域时的芯样开口位移；L为断裂面长度；其中，所述裂缝开口位移实验采用如下装置进行测试，所述装置包括卡槽、卡柱、拉伸把手、拉力试验机；所述卡槽为柱形空心结构，底面为圆缺型，侧面由弧形面和矩形面围成，并沿卡槽的轴截面对称分割为左槽体和右槽体；所述左槽体和右槽体的弧形端相铰接；所述卡槽底面中心线两侧对称设置有两个圆柱形卡柱，所述卡槽的外侧对称设置有一对拉伸把...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔新壮，金青，汤潍泽，黄丹，侯飞，张炯，郑英杰，楼俊杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37