路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法及装置。利用MTS多功能材料测试系统对试件进行劈裂加载试验，推导出路面材料试件在劈裂加载时的拉伸模量与压缩模量计算公式；在试件前后的水平径向和竖直径向的中心分别贴上电阻应变片，测得试件中心位置的平均拉应变和平均压应变后，利用位移传感器测得试件水平径向的变形，代入公式即可得到材料的劈裂模量、拉伸模量和压缩模量测试结果。利用本发明专利技术通过一次试验即可同时测得材料的三种模量，提高了路面材料模量测试的精确度及试验效率，降低了室内试验测试的成本，并可为考虑材料拉、压模量差异的耐久性路面科学设计提供准确的设计参数。

Synchronous testing method and device for pavement material tensile, compression and split resilient modulus

The invention discloses a synchronous testing method and device for pavement material tensile, compression and split resilient modulus. The use of MTS multifunctional material testing system for splitting loading on the test specimen, deduces the pavement material specimen under loading of the splitting tensile modulus and compressive modulus calculation formula; in the vertical and horizontal radial specimens before and after the diameter to the center are respectively pasted on resistance strain gauge, the measured specimen center position of the average the average tensile strain and compressive strain, the measured deformation level using radial displacement sensor into the formula can get the material splitting modulus, tensile modulus and compression modulus test results. By using the invention three modulus of a test to pass at the same time measured materials, improves the precision and efficiency of test test pavement material modulus, reduce indoor test cost, and can provide accurate parameters for the design considering the durability of pavement material tensile and compressive modulus of scientific design differences.

【技术实现步骤摘要】
路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法及装置
本专利技术涉及道路工程领域路用材料模量室内测试技术方法，尤其涉及半刚性基层材料和沥青混合料的拉伸、压缩、劈裂回弹模量测试装置及方法。
技术介绍
现阶段我国沥青路面设计方法采用结构层材料各向同性假设的弹性层状体系理论，在路面结构设计时简单采用无侧限抗压回弹模量作为设计参数。然而经大量试验证明，路用半刚性基层材料和沥青混合料均表现出拉、压模量不等的各向异性性质，且一般抗压模量远大于抗拉模量。在路面结构层的实际受力中，一般同时存在拉应力区与压应力区，尤其是采用水泥稳定碎石材料的半刚性基层，一般处于上部受压、下部受拉的应力状态。因此在进行路面力学计算时简单地采用较大的抗压回弹模量作为材料结构设计参数，将导致高估路面材料的力学性能，从而使得设计计算结果存在较大误差，偏于不安全，严重影响实际路面的使用性能与使用寿命。现行规范中采用沥青混合料抗压回弹模量，且要求按此模量计算得出的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，而该容许拉应力则是通过沥青混合料劈裂试验测得的劈裂强度除以抗拉强度结构系数而得；所以，抗压回弹模量与劈裂强度这两个参数的选取就存在不对应关系，这也是当前沥青路面设计规范中的一个不足之处，需进行适当修改或完善。现行路面材料试验规程中材料模量的测试方法，主要有抗压回弹模量测试，劈裂回弹模量测试，弯拉回弹模量测试。抗压回弹模量测试主要分为顶面法或承载板法，两者均是在无侧限单向受压状态下进行试验；弯拉回弹模量试验，虽然考虑到了路面结构层材料实际处于上部受压、下部受拉的应力状态，但模量计算的理论是基于混合料拉、压模量相同的假设，且没有考虑剪切作用对挠度的影响，导致计算出的弯拉模量误差较大，不能准确地反应材料的真实力学性能；劈裂回弹模量是一种间接拉伸试验，其应力状态与路面结构层真实应力状态较为接近。因此，本专利技术针对现有沥青路面设计的缺陷和试验规程的不足，考虑材料拉、压模量不同的本构关系，进而为开展精准化的路面力学分析提供了参数依据；这对节约路面材料室内试验成本，提高路面材料模量测试的准确性及试验效率，以及提高沥青路面结构设计的精度具有重要意义。
技术实现思路
针对现行路面材料试验规程中材料模量的测试方法均是以拉、压模量相同的各向同性假设为前提的，带来与实际的材料特性存在较大出入的问题，本专利技术旨在提供一种可在路面材料真实应力状态下同时测量材料静态或动态拉伸模量、压缩模量、劈裂模量的同步测试装置及测试方法，以期获得路面材料真实应力状态下的拉伸模量、压缩模量、劈裂模量，从而更好地指导工程实践，提高我国路面结构设计的精度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法，包括如下步骤：S1制成试件后，确定好试件正面的水平径向位置，以及背面的竖直径向位置，并做好标记；然后在试件正面的水平径向位置和背面的竖直径向位置分别贴上相应方向的应变片，其中每个应变片的中点均要与所在面的中心重合；将应变片连接到应变采集仪；S2将按照步骤S1准备好的试件放在MTS多功能材料测试系统的劈裂试验支座上，并调整使劈裂试验的压头与试件初步接触；S3在试件上由MTS多功能材料测试系统施加纵向集中载荷P，根据需要选择应力控制模式或位移控制模式，然后启动应变采集仪，并执行MTS多功能材料测试系统上的劈裂静态回弹模量测试程序；S4劈裂静态回弹模量测试程序执行完成后，停止应变采集仪，然后导出MTS多功能材料测试系统中实时加载的荷载值数据和应变采集仪上的试件在水平径向与竖直径向上的回弹应变值；S5按照下式计算出各级加载的试件的拉伸回弹模量Ex、压缩回弹模量Ey以及劈裂回弹模量E；其中：Ex为拉伸回弹模量；Ey为压缩回弹模量；E为劈裂回弹模量；P为步骤S3中所施加的纵向集中载荷；D为试件的直径；L为试件的厚度；l为应变片长度；εH为水平径向上应变片的平均回弹拉应变，εV为竖直径向上应变片的平均回弹压应变；μ为泊松比。需要说明的是，步骤S3的具体步骤如下：3.1)在进行试件劈裂静态模量测试之前，需在MTS多功能材料测试系统上，按劈裂静态模量测试对应的加载速率和试验温度进行试件的劈裂强度试验，即确定试件相同条件下的劈裂破坏荷载峰值Pm；3.2)由MTS多功能材料测试系统通过位移控制方式先使MTS多功能材料测试系统的压头与试件充分接触，并作用稳定的较小的荷载，然后将压头的荷载和位移清零，同时对应变采集仪的初始应变进行平衡和清零处理；3.3)分别取0.1Pm、0.2Pm、0.3Pm、0.4Pm、0.5Pm、0.6Pm、0.7Pm七级作为试验荷载，以所需的加载速率加载至0.2Pm进行预压，并保持一分钟，然后执行逐级加载的施荷程序，即按设定的加载速率加载至每级预定的荷载，然后按设定的加载速率卸载至零，保持半分钟，完成一级的加载-卸载-稳定的循环；步骤S4的具体步骤如下：将MTS多功能材料测试系统的逐级荷载数据导出，以每级循环的最大荷载作为该级的作用荷载Pi，将应变采集仪采集的逐级水平径向和竖直径向的应变数据导出，把每级的水平径向和竖直径向初始卸荷实时应变与保持半分钟末的实时应变作差并取绝对值，并将之作为该级的水平径向上应变片的平均回弹拉应变和竖直径向上应变片的平均回弹压应变；步骤S5中，根据每级加载对应的纵向集中载荷、水平径向上应变片的平均回弹拉应变和竖直径向上应变片的平均回弹压应变按照公式分别计算各级加载的拉伸回弹模量Ex、压缩回弹模量Ey以及劈裂回弹模量E；然后分别取各级加载的拉伸回弹模量的平均值、各级加载的试件的压缩回弹模量的平均值和各级加载的试件的劈裂回弹模量的平均值作为最终的试件的拉伸回弹模量、压缩回弹模量和劈裂回弹模量。进一步需要说明的是，步骤S5中，分别取2-7级加载的拉伸回弹模量的平均值、2-7级加载的试件的压缩回弹模量的平均值和2-7级加载的试件的劈裂回弹模量的平均值作为最终的试件的拉伸回弹模量、压缩回弹模量和劈裂回弹模量。需要说明的是，步骤S2中，在劈裂试验的压头和劈裂试验支座上涂凡士林。实现上述路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法的装置，包括：MTS多功能材料测试系统：用于对试件试验时的加载控制；压头和支座：用于试件的施载和承载；至少两个应变片，其中一个应变片用于贴在试件正面水平径向的中心，用于采集劈裂试件中心处水平方向的平均应变；另一个应变片用于贴在时间背面的竖直径向的中心，用于采集劈裂试件中心处竖直方向的平均应变；应变片中点要与试件的中心重合；应变采集仪：连接于所有的应变片，用于采集所有应变片的应变数据。进一步地，应变片的长度在满足试件最大粒径的相关限制条件下应该尽可能地短。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种方法及装置，使得可以实现在路面材料真实应力状态下同时测量材料静态或动态拉伸模量、压缩模量、劈裂模量的测试装置及测试方法，以期获得路面材料真实应力状态下的拉伸模量、压缩模量、劈裂模量，从而更好地指导工程实践，提高我国路面结构设计的精度。附图说明图1为本专利技术的原理示意图；图2为测试中试件的受力示意图；图3和图4分别为试件中心(即应变片中点)到水平应变片端部和竖向应变片端部l/2处线性距离均匀地分为n小段的示意图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】
路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法，其特征在于，包括如下步骤：S1制成试件后，确定好试件正面的水平径向位置，以及背面的竖直径向位置，并做好标记；然后在试件正面的水平径向位置和背面的竖直径向位置分别贴上相应方向的应变片，其中每个应变片的中点均要与所在面的中心重合；将应变片连接到应变采集仪；S2将按照步骤S1准备好的试件放在MTS多功能材料测试系统的劈裂试验支座上，并调整使劈裂试验的压头与试件初步接触；S3在试件上由MTS多功能材料测试系统施加纵向集中载荷P，根据需要选择应力控制模式或位移控制模式，然后启动应变采集仪，并执行MTS多功能材料测试系统上的劈裂静态回弹模量测试程序；S4劈裂静态回弹模量测试程序执行完成后，停止应变采集仪，然后导出MTS多功能材料测试系统中实时加载的荷载值数据和应变采集仪上的试件在水平径向与竖直径向上的回弹应变值；S5按照下式计算出各级加载的试件的拉伸回弹模量E

【技术特征摘要】
1.路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法，其特征在于，包括如下步骤：S1制成试件后，确定好试件正面的水平径向位置，以及背面的竖直径向位置，并做好标记；然后在试件正面的水平径向位置和背面的竖直径向位置分别贴上相应方向的应变片，其中每个应变片的中点均要与所在面的中心重合；将应变片连接到应变采集仪；S2将按照步骤S1准备好的试件放在MTS多功能材料测试系统的劈裂试验支座上，并调整使劈裂试验的压头与试件初步接触；S3在试件上由MTS多功能材料测试系统施加纵向集中载荷P，根据需要选择应力控制模式或位移控制模式，然后启动应变采集仪，并执行MTS多功能材料测试系统上的劈裂静态回弹模量测试程序；S4劈裂静态回弹模量测试程序执行完成后，停止应变采集仪，然后导出MTS多功能材料测试系统中实时加载的荷载值数据和应变采集仪上的试件在水平径向与竖直径向上的回弹应变值；S5按照下式计算出各级加载的试件的拉伸回弹模量Ex、压缩回弹模量Ey以及劈裂回弹模量E；其中：Ex为拉伸回弹模量；Ey为压缩回弹模量；E为劈裂回弹模量；P为步骤S3中所施加的纵向集中载荷；D为试件的直径；L为试件的厚度；l为应变片长度；εH为水平径向上应变片的平均回弹拉应变，εV为竖直径向上应变片的平均回弹压应变；μ为泊松比。2.根据权利要求1所述的路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：3.1)在进行试件劈裂静态模量测试之前，需在MTS多功能材料测试系统上，按劈裂静态模量测试对应的加载速率和试验温度进行试件的劈裂强度试验，即确定试件相同条件下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕松涛，郑健龙，李亦鹏，樊喜雁，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43