一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法技术

本发明专利技术公开了一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法，通过利用多功能材料测试系统(MTS‑Landmark)对试件进行不同加载速率条件下的直接拉伸、单轴压缩、劈裂强度和疲劳试验，建立了不同加载模式下沥青混合料强度随加载速率变化模型；并发现利用本发明专利技术的速度相关应力比思想使得沥青混合料强度失效和疲劳失效问题得到了统一，实现了不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的归一化，该评价方法不仅能够提高沥青混合料的室内试验效率、节约试验成本，而且为准确评价不同加载模式下沥青混合料疲劳性能提供理论依据，进而为耐久性沥青路面设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法
本专利技术属于道路工程
，尤其涉及一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法。
技术介绍
疲劳开裂是沥青路面的三大主要病害之一(疲劳开裂、低温开裂和车辙)。疲劳开裂主要是由于反复的交通荷载造成的，并且可能导致沥青路面的使用性能显著降低。沥青混合料的抗裂性能与沥青路面的疲劳性能直接相关。因此，多年来，沥青混合料的疲劳性能的实验室表征一直是一个值得深入研究的课题。有人使用四点弯曲疲劳试验、两点梯形粱疲劳试验、overlaytester三种不同的试验方法评价工程上常用的七种沥青混合料的疲劳性能，发现七种沥青混合料的疲劳性能在三种不同的疲劳试验评价方法的排序具有一致性，但是不同试验方法的疲劳性能不能相互转化；有人通过小梁弯曲试验、半圆弯拉试验、间接拉伸试验3种方法，进行多因素影响下的沥青混合料疲劳试验的对比分析，发现在同一条件下，不同受力模式下的疲劳寿命由大至小依次为间接拉伸试验、小梁弯曲试验和半圆弯拉试验。综上所述，实验室评价沥青混合料疲劳性能的试验方法主要有直接拉伸、单轴压缩、四点弯曲、劈裂、半圆弯拉，用以评价材料的拉、压、弯性能，但是不同试验方法得到的疲劳性能差别较大，难以进行比较，故亟需一种能够统一评价不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法。本专利技术公开的评价方法不仅能够提高沥青混合料的室内试验效率、节约试验成本，而且为准确评价不同加载模式下沥青混合料疲劳性能提供理论依据，进而为耐久性沥青路面设计提供参考。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法，所述评价方法具体包括如下步骤：(1)对沥青混合料进行不同加载模式在不同加载速率下的强度试验；(2)对沥青混合料进行不同加载模式在不同加载速率下的疲劳试验。1)直接拉伸强度、疲劳试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，并加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTGE20-2011)的试验要求，直接拉伸试验研究采用振动压实机将所述沥青混合料碾压成尺寸为400mm×300mm×50mm的成型试板，然后将其切割成长为250±2mm、宽为50±2mm、高为50mm±2mm的梁式试件，备用。然后将准备好的试件放在温度为15℃恒温箱保温4-5h，随后将其放在多功能材料测试系统(MTS-Landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成。再然后通过内置MPT编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将试件进行不同加载速率下的直接拉伸强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载速率下的直接拉伸强度值。继而通过得到的不同加载速率的强度值，进行直接拉伸疲劳试验，将疲劳试验中某一加载速率的应力水平与强度试验中相同加载速率对应的强度值之比定义为速度相关应力比。最后通过得到的速度相关应力比，建立不同加载速率下沥青混合料的疲劳方程，使沥青混合料直接拉伸强度和疲劳失效问题得到统一。2)单轴压缩强度、疲劳试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，并加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTGE20-2011)的试验要求，采用SGC旋转压实仪将所述沥青混合料制成高度为100±2mm，直径为100±2mm的圆柱体沥青混合料试件，待试件成型后静置于平整桌面若干天，备用。然后将准备好的试件放在温度为15℃的恒温箱保温4-5h，随后将其放在多功能材料测试系统(MTS-Landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成。再然后通过内置MPT编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将试件进行不同加载速率下的单轴压缩强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载速率下的单轴压缩强度值。继而通过得到的不同加载速率的强度值，进行单轴压缩疲劳试验，将疲劳试验中某一加载速率的应力水平与强度试验中相同加载速率对应的强度值之比定义为速度相关应力比。最后通过得到的速度相关应力比，建立不同加载速率下沥青混合料的疲劳方程，使沥青混合料单轴压缩强度和疲劳失效问题得到统一。3)劈裂强度、疲劳试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，并加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTGE20-2011)的试验要求，采用SGC旋转压实仪将所述沥青混合料制成高度为100±2mm，直径为100±2mm的圆柱体沥青混合料试件，待试件成型后静置于平整桌面若干天，随后将符合要求的圆柱体沥青混合料试件切割成高度为60±2mm，直径为100±2mm的圆柱体试件，备用。然后将准备好的试件放在温度为15℃的恒温箱保温4-5h，随后将其放在多功能材料测试系统(MTS-Landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成。再然后通过内置MPT编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将试件进行不同加载速率下的劈裂强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载速率下的劈裂强度值。继而通过得到的不同加载速率的强度值，进行劈裂疲劳试验，将疲劳试验中某一加载速率的应力水平与强度试验中相同加载速率对应的强度值之比定义为速度相关应力比。最后通过得到的速度相关应力比，建立不同加载速率下沥青混合料的疲劳方程，使沥青混合料劈裂强度和疲劳失效问题得到统一。优选的，直接拉伸试验研究所用振动压实机采用英国著名的试验设备生产商CooperResearchTechnology有限公司所提供的RCENLD-II气动型压实机，方便用于调整振动方式、压实高度、压实速率等参数。优选的，所述单轴压缩、劈裂试验设备均采用SGC旋转压实仪，所述SGC旋转压实仪的工作参数：垂直加载压力为600kPa±18kPa，压实转速为30r/min±0.5r/min，有效内旋转角为1.16±0.02°。它具有自动测定试件高度、旋转次数及对应高度的记录和显示功能。优选的，所述直接拉伸试验试件的尺寸：长为250±2mm，宽为50±2mm，高为50mm±2mm；所述单轴压缩试验圆柱形试件的尺寸：高度为100±2mm，直径为100±2mm；所述劈裂试验圆柱形试件的尺寸：高度为60±2mm，直径为100±2mm。优选的，强度试验中，每个加载周期的力由数据采集系统自动测得、位移变形由位移传感器测得。优选的，所述步骤三中的强度试验为直接拉伸试验、劈裂试验或单轴压缩试验。优选的，所述直接拉伸强度试验和劈裂强度试验的加载速率为：5MPa/s,10MPa/s、20MPa/s、30MPa/s、40MPa/s、50MPa/s、60MPa/s、70MPa/s；所述单轴压缩强度试验的加载速率为：0.02MPa/s、0.05MPa/s、0.1MPa/s、0.5MPa/s、1MPa/s、2MPa/s。优选的，疲劳试验中，加载频率与加载速率的换算公式为：其中，v是疲劳试验的加载速率，σ是疲劳试验的应力水平，T是疲劳试验的周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法，其特征在于，所述评价方法具体包括如下步骤：步骤一：将经逐层筛分的矿料烘干，并加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTG E20‑2011)的试验要求，将所述沥青混合料分别制成应用于直接拉伸试验、单轴压缩试验和劈裂试验的试件，备用；步骤二：将步骤一准备好的试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4‑5h，然后放在多功能材料测试系统(MTS‑Landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且强度试验过程均在恒温箱中完成；步骤三：通过内置MPT编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将试件进行不同加载模式在不同加载速率下的强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的强度值；步骤四：根据步骤三得到的不同加载模式在不同加载速率下的强度值，进行疲劳试验，并将疲劳试验中某一加载速率的应力水平与强度试验中相同加载速率对应的强度值之比定义为速度相关应力比。步骤五：基于步骤四得到的速度相关应力比，建立不同加载模式下沥青混合料的疲劳方程，并利用本专利技术的速度相关应力比思想得到不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方式，使沥青混合料强度和疲劳失效问题得到统一。...

【技术特征摘要】
1.一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法，其特征在于，所述评价方法具体包括如下步骤：步骤一：将经逐层筛分的矿料烘干，并加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTGE20-2011)的试验要求，将所述沥青混合料分别制成应用于直接拉伸试验、单轴压缩试验和劈裂试验的试件，备用；步骤二：将步骤一准备好的试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4-5h，然后放在多功能材料测试系统(MTS-Landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且强度试验过程均在恒温箱中完成；步骤三：通过内置MPT编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将试件进行不同加载模式在不同加载速率下的强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的强度值；步骤四：根据步骤三得到的不同加载模式在不同加载速率下的强度值，进行疲劳试验，并将疲劳试验中某一加载速率的应力水平与强度试验中相同加载速率对应的强度值之比定义为速度相关应力比。步骤五：基于步骤四得到的速度相关应力比，建立不同加载模式下沥青混合料的疲劳方程，并利用本发明的速度相关应力比思想得到不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方式，使沥青混合料强度和疲劳失效问题得到统一。2.根据权利要求1所述的一种不同加载模式下沥青混合料疲劳性能的统一评价方法，其特征在于，所述直接拉伸试验试件的制备选用RCENLD-II气动型压实机；所述单轴压缩试验、劈裂试验试件的制备均采用SGC旋转压实仪，且所述SGC旋转压实仪的工作参数：垂直加载压力为600kPa±18kPa，压实转速为30r/min±0.5r/min，有效内旋转角为1.16±0.02°。3.根据权利要求2所述的一种不同加载模式下沥青混合...

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