一种不同加载模式下沥青混合料强度的统一评价方法与流程

本发明属于道路工程
技术领域：
，尤其涉及一种不同加载模式下沥青混合料强度的统一评价方法。
背景技术：
：沥青混合料的强度指标对于道路工程结构来言，它是判断结构是否安全的设计准则。强度试验方法主要有直接拉伸、单轴压缩、弯曲、间接拉伸、剪切及三轴试验，用以评价材料的拉、压、弯、剪性能，但是不同试验方法得到的强度值差别较大，很难进行比较，故亟需一种能够统一评价不同加载模式下沥青混合料强度的一种评价方法。沥青混合料强度等相关力学行为一直是国内外的道路研究者和工作者共同关注的话题。有人进行了不同受力模式下强度试验研究，并从沥青混合料结构组成对不同受力模式下强度差异进行了合理的解释；有人发现了相同加载速率下沥青混合料直接拉伸与间接拉伸强度值比较接近，单轴压缩强度值远远大于直接拉伸和间接拉伸强度值；还有人发现温度对不同受力模式下沥青混合料强度影响显著，随着温度的升高，不同受力模式下沥青混合料强度值均有所降低。虽然现有的研究对沥青混合料的强度指标的完善做出了一定的贡献，但是不同试验方法得到的强度值仍然很难进行比较，缺少一种能够统一评价不同加载模式下沥青混合料强度的评价方法。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供了一种不同加载模式下沥青混合料强度的统一评价方法。通过对不同加载速率条件下的直接拉伸、单轴压缩、劈裂强度试验，建立了不同加载模式下沥青混合料强度随加载速率变化模型；并利用直接拉伸、单轴压缩、劈裂试验三者的强度比与加载速率比的关系，建立了不同加载模式沥青混合料强度的统一评价方法，该评价方法不仅能够提高沥青混合料室内试验效率、节约试验成本，而且对沥青路面的研究具有促进作用。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种不同加载模式下沥青混合料强度的统一评价方法，所述评价方法具体包括如下步骤：(1)对沥青混合料进行不同加载速率下的直接拉伸强度试验；(2)对沥青混合料进行不同加载速率下的单轴压缩强度试验；(3)对沥青混合料进行不同加载速率下的劈裂强度试验。1)直接拉伸强度试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的试验要求，采用rcenld-ii气动型压实机将所述沥青混合料碾压成尺寸为400mm×300mm×50mm的成型板，然后将其切割成长为250±2mm，宽为50±2mm，高为50±2mm的梁式试件，备用；然后将制得的梁式试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4-5h，随后将其放在多功能材料试验系统(mts-landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成；最后通过内置mpt编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将梁式试件进行不同加载模式在不同加载速率下的直接拉伸强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的直接拉伸强度值。2)单轴压缩强度试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的试验要求，采用sgc旋转压实仪将所述沥青混合料制作成高度为100±2mm，直径为100±2mm的圆柱体沥青混合料试件，待试件成型后静置于平整桌面若干天，备用；然后将制得的圆柱体沥青混合料试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4-5h，随后将其放在多功能材料试验系统(mts-landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成；最后通过内置mpt编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将圆柱体沥青混合料试件进行不同加载模式在不同加载速率下的单轴压缩强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的单轴压缩强度值。3)劈裂强度试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的试验要求，采用sgc旋转压实仪将所述沥青混合料制作成高度为100±2mm，直径为100±2mm的实验室试件，待实验室试件成型后静置于平整桌面若干天，对符合要求的实验室试件切割成高度为60±2mm，直径为100±2mm的圆柱体试件，备用；然后将制得的圆柱体试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4-5h，随后将其放在多功能材料试验系统(mts-landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成；最后通过内置mpt编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将圆柱体试件进行不同加载模式在不同加载速率下的劈裂强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的劈裂强度值。优选的，直接拉伸强度试验中所用的振动压实机采用cooperresearchtechnology有限公司提供的rcenld-ii气动型压实机，该仪器操作方便，且能自如地调整振动方式、压实高度、压实速率等技术参数。优选的，所述单轴压缩强度试验和劈裂强度试验中运用的设备均为sgc旋转压实仪，且所述sgc旋转压实仪的工作参数：垂直加载压力为600kpa±18kpa，压实转速为30r/min±0.5r/min，有效内旋转角为1.16±0.02°，该仪器具有自动测定试件高度、旋转次数及对应高度的记录和显示功能。优选的，所述直接拉伸强度试验试件的尺寸：长为250±2mm，宽为50±2mm，高为50±2mm的梁式试件；所述单轴压缩强度试验试件的尺寸：高度为100±2mm，直径为100±2mm的圆柱体试件；所述劈裂强度试验试件的尺寸：高度为60±2mm，直径为100±2mm的圆柱体试件。优选的，所述步骤三中，每个加载周期的力由数据采集系统自动测得、位移变形由位移传感器测得。优选的，所述直接拉伸强度试验和劈裂强度试验的加载速率均为：5mpa/s、10mpa/s、20mpa/s、30mpa/s、40mpa/s、50mpa/s、60mpa/s、70mpa/s；所述单轴压缩强度试验的加载速率为：0.02mpa/s、0.05mpa/s、0.1mpa/s、0.5mpa/s、1mpa/s、2mpa/s。优选的，所述不同加载模式下强度试验加载速率的原则是：为了得到强度随加载速率变化的全曲线，加载速率的选取尽可能的要多，故直接拉伸强度试验和劈裂强度试验选取了7个加载速率，单轴压缩强度试验选取了6个加载速率，从强度随加载速率的变化曲线可以知道，强度随加载速率的变化率是逐渐减少的，当直接拉伸强度试验和劈裂强度试验的加载速率为70mpa/s时，单轴压缩强度试验加载速率为2mpa/s，曲线已经非常平缓，从而得到了不同加载模式下强度随加载速率变化的全曲线。优选的，由于室内试验设备多功能材料试验系统(mts-landmark)最大量程为100kn，通过试验发现加载速率大于3mpa/s时单轴压缩破坏荷载值超过100kn，为了试验的安全性和可操作性，本发明采用后延预测的方式得到其他加载速率下的单轴压缩强度值。优选的，所述单轴压缩强度试验中，由拟合结果可知，沥青混合料单轴压缩强度随加载速率呈幂函数规律变化。通过得到的拟合方程后延预测5mpa/s、10mpa/s、20mpa/s、30mpa/s、40mpa/s、50mpa/s、60mpa/s、70mpa/s这8个加载速率下强度值分别为14.01mpa、16.33mpa、19.035mpa、20.82mpa、22.187mpa、23.309mpa、24.267mpa、25.109mpa。优选的，所述步骤四中，将强度试验中某一加载速率下的强度值与加载速率为70mpa/s时的强度值的比值定义为强度比；且将强度试验中某一加载速率值与70mpa/s的加载速率值的比值定义为加载速率比。优选的，所述步骤四的强度试验中，采用控制模式为应力控制模式，试验温度为15℃。通过上述技术方案，本发明的技术效果：本发明提供了一种不同加载模式下沥青混合料强度的统一评价方法，通过利用多功能材料试验系统(mts-landmark)对试件进行不同加载速率条件下的直接拉伸、单轴压缩、劈裂强度试验，建立了不同加载模式下沥青混合料强度随加载速率变化模型；并利用本发明的直接拉伸、单轴压缩、劈裂试验三者的强度比与加载速率比的关系，建立了不同加载模式沥青混合料强度的统一评价方法，该评价方法不仅能够提高沥青混合料室内试验效率、节约试验成本，而且对沥青路面的研究具有促进作用。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为沥青混合料直接拉伸强度随加载速率变化曲线；图2为沥青混合料单轴压缩强度随加载速率变化曲线；图3为沥青混合料劈裂强度随加载速率变化曲线；图4不同加载模式下强度与加载速率变化关系对比；图5为不同加载模式下强度统一表达模型。具体实施方式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。本发明实施例公开了一种不同加载模式下沥青混合料强度的统一评价方法，通过对不同加载速率条件下的直接拉伸、单轴压缩、劈裂强度试验，建立了不同加载模式下沥青混合料强度随加载速率变化模型；并利用直接拉伸、单轴压缩、劈裂试验三者的强度比与加载速率比的关系，建立了不同加载模式沥青混合料强度的统一评价方法。实施例1)直接拉伸强度试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的试验要求，采用rcenld-ii气动型压实机将所述沥青混合料碾压成尺寸为400mm×300mm×50mm的成型板，然后将其切割成长为250±2mm，宽为50±2mm，高为50±2mm的梁式试件，备用；然后将制得的梁式试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4-5h，随后将其放在多功能材料试验系统(mts-landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成；最后通过内置mpt编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将梁式试件进行不同加载模式在不同加载速率下的直接拉伸强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的直接拉伸强度值。通过拟合不同加载速率下的直接拉伸强度值，可得拟合曲线如附图1，所示拟合方程为:rd＝2.15852v0.21307，r2＝0.952其中，rd为直接拉伸强度值；v为强度试验的加载速率；r2为方程的相关系数。2)单轴压缩强度试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的试验要求，采用sgc旋转压实仪将所述沥青混合料制作成高度为100±2mm，直径为100±2mm的圆柱体沥青混合料试件，待试件成型后静置于平整桌面若干天，备用；然后将制得的圆柱体沥青混合料试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4-5h，随后将其放在多功能材料试验系统(mts-landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成；最后通过内置mpt编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将圆柱体沥青混合料试件进行不同加载模式在不同加载速率下的单轴压缩强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的单轴压缩强度值。通过拟合不同加载速率下的压缩强度值，可得拟合曲线如附图2所示，拟合方程为:rc＝9.81584v0.22107，r2＝0.992其中，rc为直接拉伸强度值；v为强度试验的加载速率；r2为方程的相关系数。3)劈裂强度试验方法首先将经逐层筛分的矿料烘干，加入沥青搅拌均匀得到沥青混合料，并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)的试验要求，采用sgc旋转压实仪将所述沥青混合料制作成高度为100±2mm，直径为100±2mm的实验室试件，待实验室试件成型后静置于平整桌面若干天，对符合要求的实验室试件切割成高度为60±2mm，直径为100±2mm的圆柱体试件，备用；然后将制得的圆柱体试件放在温度为15℃的恒温箱中保温4-5h，随后将其放在多功能材料试验系统(mts-landmark)的强度试验支座上，并调整使强度试验的压头与试件初步接触开始试验，且试验过程均在恒温箱中完成；最后通过内置mpt编制运行程序并设置施加荷载和采集参数，将圆柱体试件进行不同加载模式在不同加载速率下的劈裂强度试验，且每个加载速率均进行五次有效的平行试验，取平均值即得不同加载模式在不同加载速率下的劈裂强度值。通过拟合不同加载速率下的劈裂强度值，可得拟合曲线如附图3所示，拟合方程为:rt＝2.24289v0.22571，r2＝0.957其中，rt为直接拉伸强度值；v为强度试验的加载速率；r2为方程的相关系数。4)根据不同加载模式在不同加载速率下的强度值，不同加载模式下强度与加载速率的关系已经确定，选取5mpa/s～70mpa/s之间的8个加载速率下不同加载模式的平均强度值进行对比，如表1所示。表1不同加载模式下不同加载速率的强度值将不同加载模式下强度与加载速率变化关系进行对比，如附图4所示。拟合得到的强度与加载速率关系拟合曲线参数汇总，如表2所示：表2不同加载模式下强度与加载速率关系拟合曲线方程由此可见，不同加载模式的强度与加载速率关系曲线都是随加载速率增大而增大，且强度随加载速率增加的速率趋缓，相同加载速率下直接拉伸与间接拉伸强度值比较接近，单轴压缩强度值远远大于直接拉伸和间接拉伸。不同加载模式下的强度与加载速率关系曲线参数差异较大，为试验研究带来很多不便。利用本发明强度比与加载速率比的关系，进行不同加载模式下强度与加载速率关系的统一，如表3所示。表3强度比与加载速率比的关系加载速率比v/vs直接拉伸强度比间接拉伸强度比单轴压缩强度比0.0710.5680.5630.5580.1430.6710.6400.6500.2860.8000.7620.7580.4290.8760.8360.8290.5710.9280.8960.8840.7140.9640.9490.9280.8570.9870.9780.9661111将表3的直接拉伸、单轴压缩、间接拉伸三者的强度比与加载速率比进行拟合可得拟合曲线如附图5所示，拟合方程为：s/s0＝1.01266(v/v0)0.21969，r2＝0.988其中，s为不同加载模式下在不同加载速率下的强度值；s0为不同加载模式下在70mpa/s加载速率下的强度值；v0为设定的加载速率，70mpa/s。如附图4所示，采用传统的幂函数方程可以得到不同加载模式下强度与加载速率的关系，但是方程参数没法统一，且差别较大。而如图5，采用强度比与加载速率比的方程可以将直接拉伸、单轴压缩和间接拉伸三者的强度与加载速率的关系进行统一，且相关系数较好。本发明通过得到的不同加载模式下强度比与加载速率比曲线函数，可以预测其他加载速率下的不同加载模式的强度值，也可以预测其他加载模式下的不同加载速率的强度值。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12