路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测试路面材料力学性能的技术领域，尤其涉及一种路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验方法和装置。
【背景技术】
[0002]目前路面材料的室内小型疲劳试验主要有梁式试件的反复疲劳试验、悬臂梯形梁试件的端部正弦波荷载试验、圆柱体试件的间接拉伸疲劳试验。但这些疲劳试验方法都是研宄单一沥青混合料的疲劳特性，而研宄表明，层间粘结层是路面结构其中的一个薄弱环节，在重载车辆和高温的双重作用下会由于抗剪强度不足而损坏，并导致路面结构处于不利的受力状态甚至受到严重破坏，因此需要对路面结构层间粘结层的疲劳性能以及其对路面结构的力学性能的影响进行测试。
[0003]路面结构层间粘结层的疲劳试验方法主要是双层式试件直剪试验法和圆柱体试件的扭转剪切法，圆柱体扭转剪切法使得试件处于简单的应力状态，但没有考虑粘结层上压力的作用；双层式试件的直剪法使得试件处于更接近路面实际工作状态的应力状态，但是剪切破坏面固定、且破坏面上剪应力为名义平均剪应力；并且该两种试验方法不能模拟粘结层的疲劳损伤对路面结构变形和疲劳等力学特性的影响规律；因此需要研发一种复杂加载下路面层间粘结层的疲劳特性及其对路面结构力学性能影响的试验方法和装置。
【发明内容】
[0004]为克服上述缺点，本发明提供了一种路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验方法和装置。本发明能够很好地模拟压扭组合作用下层间粘结层的剪切强度和疲劳寿命，而且本发明的试验装置设计简单、容易操作，便于推广使用。
[0005]为达到上述技术效果，本发明的技术方案是:
[0006]一种路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0007]步骤一)双层圆柱体试件的制作，包括如下步骤:
[0008]1.1下层圆柱体试件制作:利用新拌沥青混合料，在圆筒型模具中通过压实法成型沥青混合料下层圆柱体试件；或利用新拌制的水泥混凝土，通过插入式振捣棒振实成型混凝土下层圆柱体试件；或通过现场钻芯获取沥青混合料下层圆柱体试件或混凝土下层圆柱体试件；
[0009]1.2粘结层制作:在下层圆柱体试件上部表面直接洒布透层材料形成粘结层或采用物理方法使下层圆柱体试件表面具有一定纹理，再在下层圆柱体试件表面上洒布粘结材料形成粘结层，所述粘结材料为SBS改性沥青、SBR改性乳化沥青和掺加水泥的乳化沥青之一或任意几种混合；
[0010]1.3上层圆柱体试件制作:当粘结层冷却至室温以后，在粘结层上部利用新拌沥青混合料通过压实法成型沥青混合料上层圆柱体试件，即制得双层圆柱体试件；
[0011]步骤二)安装试件:在加载板和金属底座上涂抹环氧树脂，将双层圆柱体试件的底部粘结金属底座上，并调整加载板的高度，将双层圆柱体试件的顶部粘结在加载板上，并使双层圆柱体试件的轴线与竖向传力轴(9)的轴线处于同一直线；
[0012]步骤三)试件保温:将已经制作好的双层圆柱体试件和压力传动系统置于环境箱中，然后升温环境箱到试验所需温度，将环境箱内的温度控制在试验温度±0.rc范围内，然后保温，保温时间为4小时以上，所述试验温度为30°C?60°C ;
[0013]步骤四)进行粘结层抗剪强度试验:压力伺服机通过助动器对竖向传力轴施加预定压力，所述预定压力为0.1?0.4MPa，竖向传力轴通过加载板对双层圆柱体施加勾布压力；然后压力伺服机通过另外一个助动器对齿条施加水平荷载，加载速率2?10mm/min，齿条通过齿轮向双层圆柱体试件施加剪力，直至双层圆柱体试件粘结层发生剪切破坏，数据收集系统采集到数据，得到破坏荷载，求出抗剪强度；重复试验，得到平均值作为预定压力下的双层圆柱体试件粘结层抗剪强度；
[0014]步骤五)进行粘结层疲劳试验:重新安装新的双层圆柱体试件，通过竖向传力轴和加载板对双层圆柱体试件施加与步骤四)相同的预定压力；然后通过助动器对齿条施加水平荷载，齿条通过齿轮向双层圆柱体试件施加往复剪切应力；通过数据收集系统采集多次加载的次数和双层圆柱体试件粘结层的变形数据；多次试验取平均值，得到粘结层剪切疲劳寿命。
[0015]进一步的改进，所述步骤一)中，双层圆柱体试件的整个试件高度为100-200mm，直径为150mm。
[0016]进一步的改进，所述步骤五)中，所述水平荷载为往复波形形式，往复波形为正弦变化或半正弦变化形式，往复波的峰值为步骤四)中所述破坏荷载的0.1?0.9倍。
[0017]一种路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验装置，包括压力伺服机和实验平台，其特征在于，所述实验平台包括机架和传动系统，所述机架包括固定有金属底座的底板、顶板、左端板、右端板和通过滑槽安装在左端板和右端板之间的隔板；所述传动系统包括竖向传力轴、加载板、齿轮、齿条、保护盒；所述竖向传力轴下端依次穿过顶板和隔板与加载板连接，竖向传力轴上设有齿轮，齿轮处于顶板和隔板之间，齿条穿过右端板与齿轮连接在一起，在齿轮和齿条连接的位置设置有保护盒；加载板和金属底座中心位于同一直线上，加载板和金属底座之间为放置双层圆柱体试件的空间；所述竖向传力轴和齿条分别通过助动器与压力伺服机连接。
[0018]进一步的改进，所述竖向传力轴与顶板和隔板的连接处设有竖向限位套管。
[0019]进一步的改进，所述齿轮的直径为150mm?200mm，加载板的直径为150mm?250mm，滑槽的长度为50mm ;双层圆柱体试件的高度为100_200mm。
[0020]进一步的改进，所述左端板和右端板通过螺栓与底板和顶板连接，左端板和右端板上设有螺栓孔。
[0021]本发明的优点:
[0022]1、现有的疲劳试验装置与方法无法测试路面层间粘结层在复杂应力状态下的剪切强度及其疲劳寿命，而本发明提供的路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验方法，能够很好地模拟压扭组合作用下层间粘结层的剪切强度和疲劳寿命；
[0023]2、本发明提供的路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验方法和装置，还能对层间粘结层的疲劳性能对路面结构的永久变形和疲劳损伤等力学性能的影响进行分析与评价；而且该试验装置设计简单、容易操作，便于推广使用。
【附图说明】
[0024]图1为实验平台的正面示意图；
[0025]图2为左端板和右端板的结构示意图；
[0026]图3为齿轮和齿条的连接示意图。
【具体实施方式】
[0027]实施例1
[0028]一种路面材料双层圆柱体试件压扭组合疲劳试验方法，包括如下步骤:
[0029]步骤一)双层圆柱体试件16的制作，包括如下步骤:
[0030]1.1下层圆柱体试件制作:利用新拌沥青混合料，在圆筒型模具中通过压实法成型沥青混合料下层圆柱体试件；
[0031]1.2粘结层制作:在下层圆柱体试件上部表面直接洒布透层材料形成粘结层；
[0032]1.3上层圆柱体试件制作:当粘结层冷却至室温以后，在粘结层上部利用新拌沥青混合料通过压实法成型沥青混合料上层圆柱体试件，即制得双层圆柱体试件16 ;双层圆柱体试件高度为150mm。
[0033]步骤二安装试件:在加载板10和金属底座11上涂抹环氧树脂，将双层圆柱体试件16的底部粘结金属底座11上，并调整加载板10的高度，将双层圆柱体试件16的顶部粘结在加载板10上，并使双层圆柱体试件16的轴线与竖向传力轴9的轴线处于同一直线；
[0034]步骤三)试件保温:将已经制作好的双层圆柱体试件16和压力传动系统置于环境箱中，然后升温环境箱到试验所需温度，将环境箱内的温度控制在试验温度±0.1°C范围内，然后保温，保温时间为4小时以上，所述试验温度为30°C?60°C ;
[0035]步骤四)进行粘结层抗剪强度试验:压力伺服机通过助动器对竖向传力轴9施加预定压力，所述预定压力为0.1?0.4MPa，竖向传力轴9通过加载板10对双层圆柱体施加匀布压力；然后压力伺服机通过另外一个助动器对齿条13施加水平荷载，加载速率2?10mm/min，齿条13通过齿轮12向双层圆柱体试件16施加剪力，直至双层圆柱体试件16粘结层发生剪切破坏，数据收集系统采集到数据，得到破坏荷载，求出抗剪强度；重复试验，得到平均值作为预定压力下的双层圆柱体试件16粘结层抗剪强度；
[0036]步骤五)进行粘结层疲劳试验:重新安装新的双层圆柱体试件16，通过竖向传力轴9和加载板10对双层圆柱体试件16施加与步骤四)相同的预定压力；然后通过助动器对齿条13施加水平荷载，齿条13通过齿轮12向双层圆柱体试件16施加往复剪切应力；通过数据收集系统采集多次加载的次数和双层圆柱体试件16粘结层的变形数据；多次试验取平均值，得到粘结层剪切疲劳寿命。
[0037]本实施例步骤三)中的试验温度梯度为10°C，即分别检测30°C、40°C、50°C、