一种沥青混合料的单轴贯入方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交通土建工程领域，特别涉及一种沥青混合料的单轴贯入方法，适用 于准确、便捷地预测荷载作用下沥青混合料抗剪强度。
【背景技术】
[0002] 抗剪强度是沥青混合料的重要力学特性，并且抗剪强度的大小直接影响沥青路面 抗车辙性能，使得沥青混合料抗剪强度的测试显得尤为重要。目前，现有技术常采用室内单 轴贯入试验测试沥青混合料抗剪强度，其基本原理及步骤为：（1)选取室内制备高度和直径 分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件，并置于60°C环境箱中4h以上；（2)采用直径为 28.5mm的圆形压头作用在室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件表 面，并以加载速率为lmm/min加载至该室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱 体试件破坏;试验时该室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件的温度 为60°C，并要求直径为28.5mm的圆形压头的中心位置与该室内制备高度和直径分别为 100mm的沥青混合料圆柱体试件的中心位置重叠；（3)采集单轴贯入量以及相应的应力数 值，并据此得到应力值和应变量，进而得到应力-应变曲线，并计算得到抗剪强度值。目前， 未见有沥青混合料单轴贯入试验数值方法的报道。
[0003] 然而，上述沥青混合料室内单轴贯入试验方法，存在如下缺陷：（1)由于影响沥青 混合料抗剪强度的因素较多，若要揭示沥青混合料抗剪强度规律，会使得室内试验的工作 量大、且效率低；（2)难以监测荷载作用下沥青混合料的内部物质运移和细观力学特征。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种沥青混合料的单轴贯 入方法，该方法不仅能够准确、便捷地预测荷载作用下沥青混合料抗剪强度，并且能够降低 沥青混合料力学性能研究与材料优化成本、缩短研究周期。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0006] -种沥青混合料的单轴贯入方法，包括以下步骤：
[0007 ] 步骤1，确定沥青混合料，且该沥青混合料包含矿料、沥青和集料，进而分别获取沥 青混合料标准密度、沥青混合料的空隙率VV及沥青混合料中矿料的密度、沥青的密度，并制 作得到沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，然后 将所述矿料与所述沥青作为沥青砂浆，并设定沥青混合料模拟试件的空隙率和所述沥青混 合料的空隙率VV相等后，获得圆柱形沥青混合料的模拟试件，然后制作得到所述模拟试件 中沥青砂浆的模拟模型和所述模拟试件中集料的模拟模型，进而制作得到所述模拟试件中 集料-沥青砂浆界面的模拟模型；
[0008]步骤2,将所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型、所述模拟试件中集料的模拟模型 和所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型相互进行穿插组合，当组合后得到的模 型的空隙率与所述沥青混合料的空隙率VV相同时，再对组合后得到的模型依次进行压实和 脱膜处理，进而得到成型的沥青混合料模拟试件；
[0009] 步骤3,对成型的沥青混合料模拟试件进行单轴贯入加载试验，得到单轴贯入压头 与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量，然后绘制单轴贯入压头与成型的 沥青混合料模拟试件接触面的应力-应变曲线，并据此计算沥青混合料的抗剪强度。
[0010] 本发明的有益效果：
[0011] 第一，本发明能够避开重复冗杂的室内试验，并能够快速预测沥青混合料抗剪强 度；
[0012] 第二，本发明能够较为便捷地观察沥青混合料单轴贯入试验过程中试件内部细观 变化规律，便于展开沥青混合料细观破坏机理研究；
[0013] 第三，本发明能够克服试验仪器、材料、经费的限制，具有良好的经济效益与环境 效益。
【附图说明】
[0014] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0015] 图1是沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压 头示意图；其中，d表示沥青混合料的半封闭矩形模拟试模中的水平墙体长度，D为沥青混合 料的单轴贯入压头中的水平墙体长度；
[0016] 图2是沥青混合料单轴贯入数值试验砂浆与集料颗粒生成示意图；
[0017] 图3是得到已压实的沥青混合料模拟试件的过程示意图；
[0018] 图4是已压实的沥青混合料模拟试件进行脱模处理后的结果示意图；
[0019] 图5是为成型的沥青混合料模拟试件示意图；
[0020] 图6是沥青混合料单轴贯入数值模拟试验加载过程示意图；
[0021 ]图7是沥青混合料单轴贯入强度曲线图；
[0022]图8是榆绥高速公路AC-20沥青混合料单轴贯入实际试验与数值试验结果对比图。
【具体实施方式】
[0023] 按照本发明的技术方案，以榆绥高速公路AC-20沥青混合料为例阐述具体实施方 式，即本实施例中的沥青混合料为AC-20沥青混合料，所述AC-20沥青混合料为山西柳林石 灰岩碎石和SBS(I-C)改性沥青。
[0024] -种沥青混合料的单轴贯入方法，包括以下步骤：
[0025] 步骤1，确定沥青混合料，且该沥青混合料包含矿料、沥青和集料，进而分别获取沥 青混合料标准密度、沥青混合料的空隙率VV及沥青混合料中矿料的密度、沥青的密度，并制 作得到沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，然后 将所述矿料与所述沥青作为沥青砂浆，并设定沥青混合料模拟试件的空隙率和所述沥青混 合料的空隙率VV相等后，获得圆柱形沥青混合料的模拟试件，然后制作得到所述模拟试件 中沥青砂浆的模拟模型和所述模拟试件中集料的模拟模型，进而制作得到所述模拟试件中 集料-沥青砂浆界面的模拟模型。
[0026] 1.1确定沥青混合料，且该沥青混合料包含矿料、沥青和集料，进而分别获取沥青 混合料标准密度、沥青混合料的空隙率VV及沥青混合料中矿料的密度、沥青的密度，并制作 得到沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头。
[0027] 具体地，沥青混合料的矿料密度如表1所示，沥青混合料的矿料级配如表2所述，沥 青混合料标准密度为〇. 997g/cm3，集料粒径< 1.18mm的矿料密度为2.720g/cm3，沥青混合料 中沥青与矿料质量比的百分数为4.3%，沥青混合料的空隙率为4.1%，沥青混合料的标准 密度为 2.438g/cm3〇
[0032] 参照图1，为沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯 入压头示意图；其中，d表示沥青混合料的半封闭矩形模拟试模中的水平墙体长度，D为沥青 混合料的单轴贯压头中的水平墙体长度。
[0033] 将两片高度为Η的竖直墙体和一片长度为d的水平墙体组成开口向上的沥青混合 料的半封闭矩形模拟试模；本实施例将两片高度为〇.1235m的竖直墙体和一片长度为 0.1016m的水平墙体组成开口向上的沥青混合料的半封闭矩形模拟试模，d、l'、l分别表示 自然数。
[0034] 将长度大于d的水平墙体与所述半封闭矩形模拟试模底面重合，并始终固定其位 置不变，制作得到沥青混合料的模拟试验平台；本实施例将长度大于〇. 25m的水平墙体与所 述半封闭矩形模拟试模底面重合，并始终固定其位置不变，制作得到沥青混合料的模拟试 验平台。
[0035] 在所述半封闭矩形模拟试模竖直上方1处获取一片长度同样为d的水平墙体，制作 得到沥青混合料的模拟压头;本实施例在所述半封闭矩形模拟试模竖直上方0.01m处获取 一片长度同样为〇.l〇16m的水平墙体，制作得到所述模拟压头。
[0036] 在所述半封闭矩形模拟试模上方Γ处获取一片长度为D(D<d)的水平墙体，并在 所述水平墙体两端分别获取一片竖直墙体，组成沥青混合料的单轴贯入压头;本实施例在 所述半封闭矩形模拟试模上方〇. 〇2m处获取一片长度为0.038m的水平墙体，并在所述水平 墙体两端分别获取一片竖直墙体，组成沥青