专利名称：一种沥青混合料复合型开裂的试验方法
技术领域：
本发明具体涉及一种模拟浙青混合料复合型开裂的试验方法，属于道路工程技术领域。
背景技术：
我国典型的浙青路面结构是半刚性基层的浙青路面，反射裂缝是其较为常见的病害之一。根据断裂力学，裂缝的扩展可以分为三个基本类型:张开型、剪切型(平面内剪切)、撕开型(平面外剪切)，分别记为I型、II型、III型。针对浙青路面的反射裂缝问题，国内外学者在试验条件、试验方法、材料组成、荷载特性、环境因素等方面做了大量研究。国外模拟浙青混合料开裂的室内试验主要有间接拉伸试验、半圆弯拉试验、单边切口梁试验、圆盘拉伸试验等。我国评价浙青混合料抗裂性能的试验规范主要包括浙青混合料劈裂试验(T0716-2011)和浙青混合料弯曲试验(T0715-2011)。这些试验方法大多仅局限于对浙青混合料单纯的I型裂缝的研究，没有涉及II型或者I型与II型的复合型开裂。然而，浙青路面在车辆荷载作用下产生的反射裂缝并非纯粹的I型裂缝，而是具有一定的开裂角度，属于I型与II型的复合型开裂。如果能够充分考虑浙青混合料的力学特性，设计一种新型的确定适合于浙青混合料的试验方法，实现对浙青混合料复合型开裂的模拟，将有利于浙青混合料反射裂缝扩展机理的研究，从而指导浙青混凝土路面结构和材料的设计，提高浙青混凝土路面的抗裂性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有模拟浙青混合料开裂的室内试验方法的不足，设计开发了一种可以模拟浙青混合料复合型开裂的试验方法，用于研究浙青混合料复合型反射裂缝的开裂特性。本发明采用的技术方案为:一种浙青混合料复合型开裂试验方法，主要包括以下步骤:I)试件成型:其主要是根据该试验的需要，将整体试件切割为9块尺寸为80mmX80mmX 50mm的小试件,最后在方块形试件的一侧中央切割出一道长40mm、宽4mm的切口，从而完成复合型开裂试验需要的方块形浙青混合料试件的制作成型；2)夹具安装:当试件成型并切割后，即可进行夹具的安装，擦拭方块形试件上下表面以保证试件上下表面的干燥、清洁；将搅匀后的环氧树脂黏合剂均匀地涂抹在试件的上下表面，分别与上下两块媒介夹具的底面胶合，在常温下静置24小时，待试件与媒介夹具粘结完好，将主夹具与媒介夹具用8个专门定制的螺栓紧密联结，使得整体夹具稳固；通过主夹具上对应设置的I号孔、2号孔、3号孔、4号孔、5号孔，根据试验要求的复合型开裂水平，选择其中一种连 接孔，用螺栓固定在上下夹头之间；最后，利用上端的螺纹连接杆和下端的限位螺栓，将整体夹具固定在UTM万能试验机的加载轴和试验平台之间，完成浙青混合料复合型开裂试验夹具的安装工作；
3)试验加载:待整体夹具稳固后，即可进行一定水平的复合型开裂试验，将记录仪与荷载及位移传感器连接，开动试验机，经过0.2KN左右的预拉处理后，以规定的加载速率拉伸试件，试验过程中记录仪将记录浙青混合料复合型开裂试验的力-位移曲线，直至试件破坏，试验将自动停止；4)结果分析，根据记录仪记录的试验结果和试件开裂的状况，可以计算浙青混合料复合型开裂的包括峰值荷载、断裂能、裂缝角度在内的三个指标参数。与现有技术相比，本发明设计的试验装置充分考虑了浙青混合料产生复合型开裂的受力特点，可以准确地模拟浙青混合料在不同复合水平下的开裂行为。试验方法简单易行，试验条件控制合理，试验结果稳定可靠，提出的三个试验指标参数具有明确的物理意义，可以量化地表征浙青混合料的复合型开裂特性。该试验方法有利于对浙青混合料反射裂缝扩展机理的研究，从而指导浙青混凝土路面结构和材料的设计，提高浙青混凝土路面的抗裂性能。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明:图1为本发明的浙青混合料复合型开裂试验方法流程图；图2为本发明的浙青混合料复合型开裂的试验夹具正视图；图3为本发明的浙青混合料复合型开裂试验夹具的主夹具结构立体图；图4为本发明的浙青混合料复合型开裂试验夹具的媒介夹具结构立体图；图5为本发明的浙青混合料五种不同复合水平的复合型开裂试验装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明的浙青混合料复合型开裂试验方法适用于测定浙青混合料在规定温度和加载速率时不同复合型开裂的力学性质，亦可供浙青路面结构设计在选择浙青混合料力学指标参数及评价浙青混合料不同复合型开裂的抗裂性能时使用。试验温度及加载速率可由当地气候条件根据试验目的选用，当用于评价浙青混合料复合型开裂的抗裂性能时，宜采用试验温度-10°C ±0.5°C及加载速率0.5mm/min。(I)试验方法原理本发明的浙青混合料复合型开裂试验方法是结合了浙青混合料复合开裂试验装置，选取合适的试验条件以及试验指标，实现对浙青混合料复合型开裂的室内模拟。利用试验装置的特殊设计，使得试验装置具有可旋转性，可以将浙青混合料试件处于不同的受力模式下，实现张开型(I型)和剪切型(II型)的复合型开裂模式，从而可以准确模拟浙青混合料在不同复合型水平的开裂模式下的开裂行为。随着试验夹具的旋转，可以使浙青混合料试件切口方向与拉伸荷载方向可成不同角度，从而可以取得不同比例复合的复合型开裂试验。如果切口与拉伸荷载方向垂直 ，则得到纯粹的I型开裂试验，如果切口与拉伸荷载方向平行，则得到纯粹的II型开裂试验，如果切口与拉伸荷载方向成一定角度，则得到复合型开裂试验。(2)试验方法准备
(一)试验条件确定:该浙青混合料复合型开裂试验可以在UTM万能试验机里完成，试验机需要能够提供要求的试验温度与固定速率的拉伸荷载，并且记录试验过程中的力-位移曲线。经过反复试验，比较在三种试验温度(_10°C、0°C、+10°C )及四种加载速率(0.lmm/min, 0.5mm/min, 1.0mm/min, 10mm/min)试验条件下的五种不同复合水平的复合开裂试验结果,最终确定该浙青混合料复合型开裂试验的试验条件为:试验温度为-10°C ±0.5°C ;试验加载速率为0.5mm/min。在这种试验条件下，浙青混合料复合型开裂试验更能真实的反映复合型开裂特征，且试验结果的变异系数最小。(二)试验指标的提出合理有效的指标参数有利于判定浙青混合料复合型开裂的试验结果，表征浙青混合料复合型开裂的特征。本试验方法提出了三个关键的指标参数:峰值荷载、断裂能、裂缝角度。峰值荷载就是在浙青混合料复合开裂试验过程中获得的最大力值。峰值荷载从一定意义上反映了浙青混合料的抗裂强度，可以作为浙青混合料复合型开裂试验方法的一个简单可靠的指标参数。断裂能的提出对浙青混合料复合型开裂具有重要的意义。浙青混合料的开裂过程中的力-位移曲线常常表现出软化特征，基于浙青混合料非线性理论的认识，断裂能可以量化地表征浙青混合料的开裂特性。对于断裂能的定义如下:断裂能是新产生单位面积的断裂面(或者单位长度的裂缝)所需要做的功。在本试验中，通过计算力-位移曲线的面积，量测断裂面的面积，就可以得到断裂能。浙青混合料试件破坏后，由于断裂面不规则性，不易精确得到断裂面的面积，为了简化分析，对断裂面面积的测定采用测量矩形断裂面的长度与宽度的近似方法。断裂能的计算公式如下:
权利要求
1.一种浙青混合料复合型开裂试验方法，主要包括以下步骤: 1)试件成型:其主要是根据该试验的需要，将整体试件切割为9块尺寸为80mmX 80mmX 50mm的小试件,最后在方块形试件的一侧中央切割出一道长40mm、宽4mm的切口，从而完成复合型开裂试验需要的方块形浙青混合料试件的制作成型； 2)夹具安装:当试件成型并切割后，即可进行夹具的安装，擦拭方块形试件上下表面以保证试件上下表面的干燥、清洁；将搅匀后的环氧树脂黏合剂均匀地涂抹在试件的上下表面，分别与上下两块媒介夹具的底面胶合，在常温下静置24小时，待试件与媒介夹具粘结完好，将主夹具与媒介夹具用8个专门定制的螺栓紧密联结，使得整体夹具稳固；通过主夹具上对应设置的I号孔、2号孔、3号孔、4号孔、5号孔，根据试验要求的复合型开裂水平，选择其中一种连接孔，用螺栓固定在上下夹头之间；最后，利用上端的螺纹连接杆和下端的限位螺栓，将整体夹具固定在UTM万能试验机的加载轴和试验平台之间，完成浙青混合料复合型开裂试验夹具的安装工作； 3)试验加载:待整体夹具稳固后，即可进行一定水平的复合型开裂试验，将记录仪与荷载及位移传感器连接，开动试验机，经过0.2KN左右的预拉处理后，以规定的加载速率拉伸试件，试验过程中记录仪将记录浙青混合料复合型开裂试验的力-位移曲线，直至试件破坏,试验将自动停止； 4)结果分析:根据记录仪记录的试验结果和试件开裂的状况，可以计算浙青混合料复合型开裂的包括峰值荷载、断裂能、裂缝角度在内的三个指标参数。
2.如权利要求1所述的浙青混合料复合型开裂试验方法，其特征在于，所使用的夹具包括一对主夹具(6)与一对媒介夹具(7);上下两个主夹具(6)形状、大小完全相同，单个主夹具(6)呈“L”形，在主夹具(6)上有五个穿孔，依次为I号孔(1)、2号孔(2)、3号孔(3)、4号孔(4)与5号孔(5)，3号孔(3)位于主夹具(6)的直角弯处，I号孔(1)、2号孔(2)与3号孔(3)依次成一条直线，位于主夹具(6)的一条直角边上，5号孔(5)、4号孔(4)与3号孔(3)亦依次成一条直线，位 于主夹具(6)的另外一条直角边上；上下两个媒介夹具(7)为大小完全相同的矩形块，媒介夹具(7 )与主夹具(6 )尺寸吻合，并且长度短于主夹具的直角边，在媒介夹具(7)上等间距地分布4个穿孔，用于实现与主夹具(6)的稳定连接；上下两个媒介夹具(7)与方块形试件(12)之间用环氧树脂黏合剂粘结，方块形试件(12)侧面有一道切口缝(13 )，切口缝(13 )长度为方块形试件(12 )边长的一半。
3.如权利要求2所述的浙青混合料复合型开裂试验方法，其特征在于，所使用的夹具的上下两个主夹具(6)与媒介夹具(7)之间分别采用4个等间距的螺栓(8)连接；一对主夹具(6)与上下两个“U”形夹头(9)之间采用螺栓通过主夹具(6)上的穿孔连接；上端“U”形夹头(9)与螺纹连接杆(11)连接，下端“U”形夹头(9)与限位螺栓(10)相连；上下主夹具(6)连接的穿孔必须相同，在连接I号孔(1)、2号孔(2)、3号孔(3)、4号孔(4)与5号孔(5)这五种情形下，分别对应着五种不同复合水平的复合型开裂试验的实现。
全文摘要
本发明公开了一种沥青混合料复合型开裂的试验方法，其选取合适的试验条件以及试验指标，实现对沥青混合料复合型开裂的室内模拟，可以将沥青混合料试件处于不同的受力模式下，实现张开型(I型)和剪切型(II型)的复合型开裂模式，该试验方法提出的三个试验指标参数——峰值荷载、断裂能、裂缝角度均具有明确的物理意义，可以量化地表征沥青混合料的复合型开裂特性，亦可用于评价沥青混合料在低温条件下的抗裂性能。该试验方法可以应用于沥青混合料反射裂缝扩展机理的研究，能够指导沥青混凝土路面结构和材料的设计，从而提高沥青混凝土路面的抗裂性能。
文档编号G01N3/04GK103245542SQ20131018222
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者高磊, 倪富健, 白安众, 罗海龙 申请人:东南大学