本发明涉及一种评价半刚性基层材料抗冻性的方法。
背景技术：
半刚性基层材料是中国应用最广泛的公路路面基层材料，属于水硬性复合材料，具有强度高、水稳定性好、造价低等突出优点。研究表明，路面基层材料的抗冻性与寒冷地区路面病害的发生有着直接的关系。半刚性基层材料在反复冻融作用下性能衰减，会降低路面的强度引发路面结构的整体性破坏，从而导致路面使用寿命的缩短。因此，半刚性基层材料的抗冻性能与路面的使用寿命息息相关。
目前，国内外关于路面材料抗冻性及其评价指标的研究已有了一定的研究成果。洛特曼等人在室内采用不同冻融次数下的模量比MR和劈裂强度比TSR作为沥青混合料受水和温度影响的评价指标。Martin Mccann等提出了使用超声波能量的试验方法，该试验中混合料抗剥落特性与经过18次冻融试验后的劈裂强度有着较好的相关性。马骉等人通过室内冻融试验研究多年冻土区水泥稳定砂砾半刚性基层材料，以10次冻融循环时弯拉强度损失表示的耐冻系数KD作为抗冻性评价指标，并指出水泥稳定砂砾的耐冻系数随着冻融循环次数的增加而减小。杨红辉将养生至规定龄期的半刚性基层试件饱水24h后，在20℃冰箱内冻4h，取出放在20℃水中融化20h，此为一冻融循环，经5次冻融循环后的饱水抗压强度与未经冻融循环的试件饱水抗压强度的比值称为抗冻系数。
但是目前路面材料抗冻性及其评价指标的研究，关于半刚性基层材料的抗冻性研究并不够深入，且抗冻性评价指标多为冻融循环作用下的强度损失率，相应的这种静态试验方法与路面材料实际受力状态有一定差别，路面结构在使用过程中不断受到车辆荷载的作用，真正的静态荷载(或相当于静态荷载)作用往往比较少。
技术实现要素：
本发明的目的是要解决目前无法有效评价半刚性基层材料抗冻性，造成无法评价路面的强度，引发路面结构发生整体性破坏的问题，而提供一种利用动态抗压回弹模量评价半刚性基层材料抗冻性的方法。
一种利用动态抗压回弹模量评价半刚性基层材料抗冻性的方法具体是按以下步骤完成的：
一、测定对比试件的动态抗压回弹模量：
①、采用静压法或振动法按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009，制作直径为150mm，高度为150mm的圆柱形对比试件，再在温度为18℃～22℃和相对湿度为95％下养护90天，得到对比试件；
②、将距离对比试件上端面2.5cm处的圆柱截面的圆周进行三等分，再将3个等分点做标记，得到3个上标记点；在距离对比试件上端面12.5cm处、3个上标记点的正下方再做3个下标记点，得到6处作为标记的对比试件；
③、采用万能试验机以1mm/min的加载速度向步骤一②中得到的6处作为标记的对比试件施加压力，记录对比试件破坏时的最大压力F0(N)，按照公式(1)计算对比试件的无侧限抗压强度P0(MPa)；
P0(MPa)＝F0(N)/17671mm2；
式中：F0——对比试件破坏时的最大压力(N)；
P0——对比试件的无侧限抗压强度(MPa)；
④、使用环氧树脂将固定传感器支架的金属钮粘到步骤一②中得到的6处作为标记的对比试件的6处标记上，再将对比试件放入UTM-250动态液压伺服万能试验机的中心位置，再通过金属钮将3个位移传感器的支架安装到对比试件上，再将3个位移传感器与数据采集仪相连接，数据采集仪校正并调零；
⑤、输入参数：向UTM-250动态液压伺服万能试验机的控制系统输入波形函数为Haversine荷载波形，频率为10Hz，间歇时间为1min，荷载级位为6级，每级荷载作用的次数为200次，预压荷载为0.3P0，预压时间为30s；
步骤一⑤中所述的6级荷载级位分别为0.1P0、0.2P0、0.3P0、0.4P0、0.5P0和0.6P0；
⑥、UTM-250动态液压伺服万能试验机进行运行，在UTM-250动态液压伺服万能试验机的显示系统得到对比试件的动态抗压回弹模量Ec(MPa)；
二、测定待测试件的动态抗压回弹模量：
①、采用静压法或振动法按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009，制作直径为150mm，高度为150mm的圆柱形待测试件，再在温度为18℃～22℃和相对湿度为95％下养护90天，得到待测试件；
②、冻融循环：
(1)、将距离待测试件上端面2.5cm处的圆柱截面的圆周进行三等分，再将3个等分点做标记，得到3个上标记点；在距离待测试件上端面12.5cm处、3个上标记点的正下方再做3个下标记点，得到6处作为标记的待测试件；
(2)、将6处作为标记的待测试件浸泡在温度为18℃～22℃的水中24h，且水面高于6处作为标记的待测试件上端面2.5cm；将6处作为标记的待测试件从水中取出，擦拭6处作为标记的待测试件表面的水分，再将6处作为标记的待测试件置于低温箱中冻结16h；取出后放入温度为20℃的水槽中融化8h，取出后擦拭6处作为标记的待测试件表面的水分；
(3)、循环步骤二②(2)i次，得到经过i+1次冻融的待测试件；所述的i的取出范围为0≤i≤19；
(4)、使用水泥净浆将经过i+1次冻融的待测试件的上端面和下端面抹平，再在温度为18℃～22℃下放置8h～16h，得到端面平整的经过i+1次冻融的待测试件；
(5)、采用万能试验机以1mm/min的加载速度向步骤二②(4)得到的端面平整的经过i+1次冻融的待测试件施加压力，记录经过i+1次冻融的待测试件破坏时的最大压力Fi+1(N)，按照公式(1)计算经过i+1次冻融的待测试件的无侧限抗压强度Pi+1(MPa)；
Pi+1(MPa)＝Fi+1(N)/17671mm2；
式中：Fi+1——经过i+1次冻融的待测试件破坏时的最大压力(N)；
Pi+1——经过i+1次冻融的待测试件的无侧限抗压强度(MPa)；
(6)、使用环氧树脂将固定传感器支架的金属钮粘到步骤②(4)得到的端面平整的经过i+1次冻融的待测试件的6处标记上，将端面平整的经过i+1次冻融的待测试件放入UTM-250动态液压伺服万能试验机的中心位置，再通过金属钮将3个位移传感器的支架安装到端面平整的经过i+1次冻融的待测试件上，再将3个位移传感器与数据采集仪相连接，数据采集仪校正并调零；
(7)、输入参数：向UTM-250动态液压伺服万能试验机的控制系统输入波形函数为Haversine荷载波形，频率为10Hz，间歇时间为1min，荷载级位为6级，每级荷载作用的次数为200次，预压荷载为0.3Pi+1，预压时间为30s；
步骤②(7)中所述的6级荷载级位分别为0.1Pi+1、0.2Pi+1、0.3Pi+1、0.4Pi+1、0.5Pi+1和0.6Pi+1；
(8)、UTM-250动态液压伺服万能试验机进行运行，在UTM-250动态液压伺服万能试验机的显示系统得到经过i+1次冻融的待测试件的动态抗压回弹模量Edc(MPa)；
三、计算半刚性基层材料经过i+1次冻融的待测试件的动态抗压回弹模量损失率FRI，其计算公式如下：
式中：Ec——对比试件的动态抗压回弹模量(MPa)；
Edc——经过i+1次冻融的待测试件的动态抗压回弹模量(MPa)；
当0≤i≤4时，FRI≤20％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；20％＜FRI＜30％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥30％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级；
当5≤i≤9时，FRI≤35％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；35％＜FRI＜50％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥50％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级；
当10≤i≤14时，FRI≤55％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；55％＜FRI＜60％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥60％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级；
当15≤i≤19时，FRI≤60％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；60％＜FRI＜65％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥65％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级。
本发明的优点：
一、本发明采用动态抗压回弹模量损失率来评价半刚性基层材料的抗冻性，它能敏感地反映混合料内部结构的损伤，较直接测试抗压强度，更准确地表征了实际情况下，冻融作用造成的损伤情况；
二、本发明方法简单，成本低。
本发明可获得一种利用动态抗压回弹模量评价半刚性基层材料抗冻性的方法。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种利用动态抗压回弹模量评价半刚性基层材料抗冻性的方法具体是按以下步骤完成的：
一、测定对比试件的动态抗压回弹模量：
①、采用静压法或振动法按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009，制作直径为150mm，高度为150mm的圆柱形对比试件，再在温度为18℃～22℃和相对湿度为95％下养护90天，得到对比试件；
②、将距离对比试件上端面2.5cm处的圆柱截面的圆周进行三等分，再将3个等分点做标记，得到3个上标记点；在距离对比试件上端面12.5cm处、3个上标记点的正下方再做3个下标记点，得到6处作为标记的对比试件；
③、采用万能试验机以1mm/min的加载速度向步骤一②中得到的6处作为标记的对比试件施加压力，记录对比试件破坏时的最大压力F0(N)，按照公式(1)计算对比试件的无侧限抗压强度P0(MPa)；
P0(MPa)＝F0(N)/17671mm2；
式中：F0——对比试件破坏时的最大压力(N)；
P0——对比试件的无侧限抗压强度(MPa)；
④、使用环氧树脂将固定传感器支架的金属钮粘到步骤一②中得到的6处作为标记的对比试件的6处标记上，再将对比试件放入UTM-250动态液压伺服万能试验机的中心位置，再通过金属钮将3个位移传感器的支架安装到对比试件上，再将3个位移传感器与数据采集仪相连接，数据采集仪校正并调零；
⑤、输入参数：向UTM-250动态液压伺服万能试验机的控制系统输入波形函数为Haversine荷载波形，频率为10Hz，间歇时间为1min，荷载级位为6级，每级荷载作用的次数为200次，预压荷载为0.3P0，预压时间为30s；
步骤一⑤中所述的6级荷载级位分别为0.1P0、0.2P0、0.3P0、0.4P0、0.5P0和0.6P0；
⑥、UTM-250动态液压伺服万能试验机进行运行，在UTM-250动态液压伺服万能试验机的显示系统得到对比试件的动态抗压回弹模量Ec(MPa)；
二、测定待测试件的动态抗压回弹模量：
①、采用静压法或振动法按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009，制作直径为150mm，高度为150mm的圆柱形待测试件，再在温度为18℃～22℃和相对湿度为95％下养护90天，得到待测试件；
②、冻融循环：
(1)、将距离待测试件上端面2.5cm处的圆柱截面的圆周进行三等分，再将3个等分点做标记，得到3个上标记点；在距离待测试件上端面12.5cm处、3个上标记点的正下方再做3个下标记点，得到6处作为标记的待测试件；
(2)、将6处作为标记的待测试件浸泡在温度为18℃～22℃的水中24h，且水面高于6处作为标记的待测试件上端面2.5cm；将6处作为标记的待测试件从水中取出，擦拭6处作为标记的待测试件表面的水分，再将6处作为标记的待测试件置于低温箱中冻结16h；取出后放入温度为20℃的水槽中融化8h，取出后擦拭6处作为标记的待测试件表面的水分；
(3)、循环步骤二②(2)i次，得到经过i+1次冻融的待测试件；所述的i的取出范围为0≤i≤19；
(4)、使用水泥净浆将经过i+1次冻融的待测试件的上端面和下端面抹平，再在温度为18℃～22℃下放置8h～16h，得到端面平整的经过i+1次冻融的待测试件；
(5)、采用万能试验机以1mm/min的加载速度向步骤二②(4)得到的端面平整的经过i+1次冻融的待测试件施加压力，记录经过i+1次冻融的待测试件破坏时的最大压力Fi+1(N)，按照公式(1)计算经过i+1次冻融的待测试件的无侧限抗压强度Pi+1(MPa)；
Pi+1(MPa)＝Fi+1(N)/17671mm2；
式中：Fi+1——经过i+1次冻融的待测试件破坏时的最大压力(N)；
Pi+1——经过i+1次冻融的待测试件的无侧限抗压强度(MPa)；
(6)、使用环氧树脂将固定传感器支架的金属钮粘到步骤②(4)得到的端面平整的经过i+1次冻融的待测试件的6处标记上，将端面平整的经过i+1次冻融的待测试件放入UTM-250动态液压伺服万能试验机的中心位置，再通过金属钮将3个位移传感器的支架安装到端面平整的经过i+1次冻融的待测试件上，再将3个位移传感器与数据采集仪相连接，数据采集仪校正并调零；
(7)、输入参数：向UTM-250动态液压伺服万能试验机的控制系统输入波形函数为Haversine荷载波形，频率为10Hz，间歇时间为1min，荷载级位为6级，每级荷载作用的次数为200次，预压荷载为0.3Pi+1，预压时间为30s；
步骤②(7)中所述的6级荷载级位分别为0.1Pi+1、0.2Pi+1、0.3Pi+1、0.4Pi+1、0.5Pi+1和0.6Pi+1；
(8)、UTM-250动态液压伺服万能试验机进行运行，在UTM-250动态液压伺服万能试验机的显示系统得到经过i+1次冻融的待测试件的动态抗压回弹模量Edc(MPa)；
三、计算半刚性基层材料经过i+1次冻融的待测试件的动态抗压回弹模量损失率FRI，其计算公式如下：
式中：Ec——对比试件的动态抗压回弹模量(MPa)；
Edc——经过i+1次冻融的待测试件的动态抗压回弹模量(MPa)；
当0≤i≤4时，FRI≤20％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；20％＜FRI＜30％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥30％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级；
当5≤i≤9时，FRI≤35％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；35％＜FRI＜50％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥50％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级；
当10≤i≤14时，FRI≤55％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；55％＜FRI＜60％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥60％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级；
当15≤i≤19时，FRI≤60％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“优”的等级；60％＜FRI＜65％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“中”的等级；FRI≥65％时，则说明半刚性基层材料的抗冻性处于“差”的等级。
本实施方式的优点：
一、本实施方式采用动态抗压回弹模量损失率来评价半刚性基层材料的抗冻性，它能敏感地反映混合料内部结构的损伤，较直接测试抗压强度，更准确地表征了实际情况下，冻融作用造成的损伤情况；
二、本实施方式方法简单，成本低。
本实施方式可获得一种利用动态抗压回弹模量评价半刚性基层材料抗冻性的方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二②(2)中所述的低温箱的温度为-18℃～-18.5℃。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一①中采用静压法或振动法按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009，制作直径为150mm，高度为150mm的圆柱形对比试件，再在温度为20℃和相对湿度为95％下养护90天，得到对比试件。其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二①中采用静压法或振动法按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009，制作直径为150mm，高度为150mm的圆柱形待测试件，再在温度为20℃和相对湿度为95％下养护90天，得到待测试件。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二②(4)中使用水泥净将经过i+1次冻融循环的待测试件的上端面和下端面抹平，再在温度为20℃下放置8h～16h，得到端面平整的经过i+1次冻融循环的待测试件。其他步骤与具体实施方式一至四相同。