一种沥青混合料骨架稳定性试验装置及评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及±木工程技术领域，具体设及一种渐青混合料骨架稳定性试验装置及 评价方法。
【背景技术】
[0002] 渐青路面的车徹病害严重威胁路面的使用性能和行车安全，尽管高溫、超载等因 素是引发路面病害的重要原因，但路面材料本身力学性能对路面的影响也不容忽视。渐青 混合料在重复荷载作用下的剪切变形是渐青路面发生车徹病害的最主要原因之一。在往常 的渐青混合料设计中，普遍采用的方法是马歇尔试验法，但是马歇尔试验方法并不能反应 混合料中矿料骨架的作用机理，在进行混合料设计和性能评价时存在很大的缺陷。
[0003 ]目前对渐青混合料高溫性能评价的试验方法，大多是从对渐青混合料抗剪切能力 的评价进行的。Ξ轴试验可W用来评价渐青混合料抗剪性能，但是Ξ轴试验设备昂贵，操作 复杂，其应用受到了很大的限制。针对渐青混合料的抗剪性能，一些学者也展开了广泛的研 究，比如，毕玉峰提出了单轴贯入试验方法和抗剪强度参数求解方法，崔鹏确定了渐青混合 料的抗剪试验标准参数，冯俊领进行了渐青混合料同轴剪切试验方法研究，李立寒设计了 渐青混合料同轴剪切重复荷载试验，提出了渐青混合料剪切变形特性的评价指标。然而渐 青混合料是典型的矿料骨架型材料，仅从宏观力学的角度描述渐青混合料的强度特性，抓 不住骨架嵌挤及其变形行为的本质。渐青混合料的宏观变形行为与矿料骨架稳定性密切相 关，如果矿料骨架稳定性不足，在荷载作用下变形，不断累积最终会形成永久变形，即车徹 病害。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种渐青混合料骨架稳定性 试验装置及评价方法。针对渐青混合料的骨架稳定特性，在理论分析及相关研究的基础上， 利用本发明的渐青混合料骨架稳定性试验装置，进行大量试验，确定试验方法和试验条件， 根据骨架稳定性变形曲线，提出可W充分反映混合料破坏过程中需要克服的骨架稳定能量 的骨架稳定指数SSI作为评价参数，用于渐青混合料的组成设计及性能评价。
[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用W下技术方案予W实现。
[0006] ( - ) 一种渐青混合料骨架稳定性试验装置，其特征在于，包括加载头、上腔体、下 腔体和中空承载板;所述加载头是圆柱体;所述上腔体是下部敞开并留有外侧契口的圆筒； 所述下腔体是上部留有内侧契口的开口式圆筒;所述上腔体的外侧契口和下腔体的内侧契 口的中间夹持有中空承载板;所述中空承载板的孔径大于等于加载头的直径。
[0007] 优选地，所述加载头是实屯、圆柱体。
[000引优选地，所述上腔体的顶部封顶且留有圆形开口。
[0009] 优选地，所述上腔体的圆形开口的内径大于等于所述加载头的直径。
[0010] 优选地，所述下腔体的侧壁留有观察窗口。
[0011] 优选地，所述渐青混合料骨架稳定性试验装置由钢材质制成。
[0012] (二)一种渐青混合料骨架稳定性评价方法，基于上述渐青混合料骨架稳定性试验 装置，其特征在于，包括W下步骤：
[0013] 步骤（1)，试件的制备:采用击实成型方法制作马歇尔圆柱体试件，将马歇尔圆柱 体试件放入烘箱中，在25~85°C下保溫化；
[0014] 步骤(2)，试件的安放:首先将中空承载板放在下腔体的内侧契口的顶部;然后将 保溫后的马歇尔圆柱体试件放入上腔体中；再将上腔体的外侧契口对准下腔体的内侧契 口，使得上腔体、中空承载板W及下腔体卡靠在一起，组装成盛有渐青混合料马歇尔圆柱体 试件的试验装置；
[0015] 步骤(3)，试验的加载:首先将装有加载设备的环境箱的溫度调节至25~85°C，恒 溫;然后将盛有渐青混合料马歇尔圆柱体试件的试验装置垂直放在加载设备的载物台上； 再将加载头放置在试验装置上腔体顶部的圆形开口内；最后开动加载设备，持续加压，直至 马歇尔圆柱体试件在加载头的作用下通过中空承载板完全下落，滑出状态可通过所述下腔 体的观察窗口进行判断；
[0016] 步骤(4)，稳定性的评价:稳定性的评价:加载试验完成后，得到典型的试验曲线； 其中，最大荷载定义为骨架破坏荷载Fs，kN;整个加载过程的变形被定义为骨架破坏变形 化，mm;根据试验曲线中的骨架破坏荷载FS、骨架破坏娜S，舰公式叫 出骨架稳定指数SSI，骨架稳定指数SSI反映马歇尔圆柱体试件破坏过程中需要克服的骨架 稳定能量;根据所述骨架稳定指数SSI的大小评定渐青混合料的骨架稳定性，骨架稳定指数 SSI值越大，渐青混合料的骨架稳定性越好。
[0017] 优选地，步骤(2)中，所述马歇尔圆柱体试件的外壁紧贴所述骨架稳定性试验装置 的上腔体的内壁。
[0018] 优选地，步骤(3)中，所述加载设备为万能试验机或压力机。
[0019] 优选地，步骤(3)中，所述加载设备W20mm/min的加载速率进行加压。
[0020] 优选地，步骤(4)中，所述试验曲线是通过所述加载设备自带的荷载传感器、位移 传感器实时记录的自动荷载、变形所得到的。
[0021] 所述变形，是指使渐青混合料矿料颗粒之间失稳累积表现出来的变形，宏观上是 指MTS万能试验机推动加载头向下移动所发生的位移。
[0022] 在试验过程中，加载头对马歇尔圆柱体试件施加局部荷载，在加载头的荷载作用 下，该试验装置利用中空承载板，使得稳定性不足而发生移动的渐青混合料可W通过中空 承载板下落;同时，在试验过程中，所述上腔体可W为马歇尔圆柱体试件提供围压。因此，骨 架稳定性能够较准确地反映渐青混合料的骨架失稳过程，从而更好的进行渐青混合料的设 计及性能评价。
[0023] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0024] (1)与当前的Ξ轴试验仪等设备相比，本发明的试验装置简单，易于操作，而且可 W利用现有的MTS、压力机等加载设备进行加载试验，有利于推广应用；
[0025] (2)当前的渐青混合料高溫性能评价侧重于混合料整体性能评价，而本发明可W 评价混合料的矿料骨架稳定性能，充分体现了渐青混合料高溫破坏机理；
[0026] (3)骨架稳定指数SSI可W充分反映混合料破坏过程中需要克服的骨架稳定能量， 物理意义明确，数据稳定，对级配、渐青含量等变化具有足够的参数敏感性，可W用来进行 渐青混合料组成设计及性能预测。
【附图说明】
[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0028] 图1为渐青混合料骨架稳定性试验装置的结构示意图；
[0029] 图2为渐青混合料骨架稳定性试验装置上腔体的正视图；
[0030] 图3为渐青混合料骨架稳定性试验装置下腔体的正视图；
[0031] 图4为渐青混合料骨架稳定性试验装置中空承载板的结构示意图；
[0032] 图5为渐青混合料骨架稳定性试验的步骤示意图；
[0033] 图6为渐青混合料稳定性评价参数与试验溫度之间的相互关系图；图6-(a)为骨架 破坏荷载Fs与试验溫度之间的相互关系图，其中，横坐标为试验溫度，纵坐标为骨架破坏荷 载Fs;图6-(b)为骨架破坏变形化与试验溫度之间的相互关系图，其中，横坐标为试验溫度， 纵坐标为骨架破坏变形Ds;图6-(c)为骨架破坏模数Ms与试验溫度之间的相互关系图，其 中，横坐标为试验溫度，纵坐标为骨架破坏模数Ms;图6-(d)为骨架稳定指数SSI与试验溫度 之间的相互关系图，其中，横坐标为试验溫度，纵坐标为骨架稳定指数SSI。
[0034] 图7为渐青混合料稳定性评价参数与车徹变形之间的相互关系图；图7-(a)为骨架 破坏荷载Fs与车徹深度RD之间的相互关系图，其中，横坐标为骨架破坏荷载Fs，纵坐标为车 徹深度RD;图7-(b)为骨架破坏变形化与车徹深度RD之间的相互关系图，其中，横坐标为骨 架破坏变形化，纵坐标为车徹深度RD;图7-(c)为骨架破坏模数Ms与车徹深度RD之间的相互 关系图，其中，横坐标为骨架破坏模数Ms,纵坐标为车徹深度RD;图7-(d)为骨架稳定指数 SSI与车徹深度RD之间的相互关系图，其中，横坐标为骨架稳定指数SSI，纵坐标为车徹深度 畑。
[0035] 图8为骨架稳定指数SSI与渐青含量之间的相互关系图，其中，横坐标为渐青含量， 纵坐标为骨架稳定指数SSI。
[0036] 附图标记：1-加载头；2-上腔体;3-下腔体;4-中空承载板;21-圆形开口；22-外侧 契口； 31-内侧契口； 32-观察窗口。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述;显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 本发明实施例提供一种渐青混合料骨架稳定性试验装置，包括加载头1、上腔体2、 下腔体3和中空承载板4,其结构示意图如图1所示。其中，所述加载头1是直径40mm的实屯、圆 柱钢压头;所述上腔体2是顶部封顶且留有直径40mm的圆形开口 21、下部敞开并留有外侧契 口 22的半封闭半开口式钢圆筒，其正视图如图2所示;所述下腔体3是上方侧壁留有内侧契 口32的开口式钢圆筒，且在圆筒一侧留有观察窗口 31，其正视图如图3所示;所述中空承载 板的孔径为70mm，其结构示意图如图4所示;所述上腔体2、下腔体3和中空承载板4通过上腔 体的外侧契口 22和下腔体的内侧契口 32卡靠在一起。
[0039] 本发明实施例还提供了一种渐青混合料骨架稳定性评价方法，运种评价方法是基 于上述渐青混合料骨架稳定性试验装置进行的，试验步骤如图6所示。本发明实施例的试验 步骤如下：
[0040] 步骤（1)，试件的制备:本发明实施例采用SK? 90#渐青制备的五种级配的渐青混 合料，渐青技术特性如表1所示;集料采用玄武岩，粗细集料的相对密度列于表2和表3中，石 灰岩矿粉用作填料，密度为2.716g/cm 3;采用公称最大粒径分别为13mm、16mm和19mm的五种 矿料级配(如表4)，分别采用马歇尔设计方法确定最佳渐青用量，最佳油石比分别为5.0%、 4.6%、4.8%、4.4%、3.9%，并采用马歇尔击实仪通过击实成型方法制备马歇尔圆柱体试 件，并将马歇尔圆柱体试件放入烘箱中，分别在25°C、40°C、50°C、60°C、70°C、85°C试验溫度 下保溫化;其中，马歇