一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法与流程

本发明涉及沥青混合料试验相关，具体为一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法。

背景技术：

1、沥青路面裂缝是一种常见的病害，裂缝的形成有两种方式：自下而上和自上而下，后者也被称为top-down开裂。top-down开裂常出现在轮胎外边缘，而力学分析发现轮胎外边缘点所处应力状态类似二维拉压应力状态，劈裂强度试验过程中圆柱体试件正好也处于二维拉压应力状态。

2、我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定了劈裂强度试验，也称间接拉伸强度试验，即认为圆柱体试件圆心处会因为拉应力过大而导致破坏；规定采用弧形压条(弧度与圆周相同)对试件施加压力，并利用破坏荷载计算圆心点的拉应力，以此作为试件的劈裂强度。

3、劈裂疲劳试验是在上述劈裂强度试验的基础上，施加重复荷载直至试件破坏，破坏时对应的重复加载次数即为劈裂疲劳寿命。劈裂疲劳试验仅加载方式与劈裂强度试验不同，因而劈裂强度试验存在的问题，劈裂疲劳试验仍然存在。

4、按照常规方法进行劈裂试验，发现圆柱体试件对应弧形压条边缘的位置会因为应力集中效应而首先起裂，如图5所示。但是劈裂试验对应的力学模型是试件端面圆心处应力最大从而首先起裂，这种试验现象与力学模型的不一致问题会极大地影响劈裂试验结果的精度。常规劈裂疲劳试验方法还需要预先设定试验终止条件，比如竖向最大位移，在试验结束后通过分析mts试验设备记录的重复加载次数和竖向变形数据，找到竖向变形数据的突变点，利用其对应的重复加载次数来作为疲劳寿命，这种人工确定疲劳寿命的方法也会产生比较大的误差，而且该疲劳寿命往往同时包含起裂阶段和裂缝扩散阶段的寿命。因此，需要一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，用于解决背景技术中指出的发现圆柱体试件的圆心并不是首先起裂之处，而是弧形压条边缘的圆柱体试件会因为应力集中效应导致起裂，然后裂缝向圆心扩展直至试件完全破裂，实验人员再通过分析mts记录的荷载和变形数据，找到数据突变点，来判断疲劳寿命，这种试验方法会产生比较大的误差问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、步骤一、利用sgc制作圆柱体试件；将待测的沥青混合料试件切割成直径d＝100mm,厚度h＝35mm的圆柱体试件。

4、步骤二、将圆柱体试件水平固定在切割机上，在厚度方向进行切割，以获得光滑的加载面，再将圆柱体试件竖直固定，在圆周方向切割得到两个平行的加载平面，得到异型试件。

5、步骤三、将准备好的应变片和异型试件放入环境箱中保温。

6、步骤四、从环境箱中取出异型试件，在异型试件厚度方向的两端面的圆心处贴应变片。

7、步骤五、将劈裂夹具和压头安装到mts试验机上，将异型试件放于劈裂夹具上，并置于环境箱中；下降mts压头对异型试件进行预压，使异型试件与mts压头之间存在一定的压力。

8、步骤六、将压力清零，并将异型试件表面的应变片与应变采集仪通过屏蔽线连接，准备试验；应变采集仪用于记录应变片数据。

9、步骤七、在mts试验机的试验参数设定窗口中输入试件编号、试验所需的加载波形、加载频率、加载幅值、试验终止判定标准及输出文件内容等各项参数。

10、步骤八、按照前面设定的试验参数进行重复加载；观察应变采集仪采集到的数据，当应变片失效时，停止疲劳试验，保存mts的数据文件。

11、步骤九、当采用动态应变采集仪时，分析应变采集仪所记录数据，失效时刻对应的重复加载次数即为疲劳起裂寿命；当采用静态应变采集仪时，利用应变片失效时刻数据，在mts记录的数据中找到与应变片失效时刻对应的重复加载次数，作为疲劳起裂寿命。

12、与现有技术相比，本发明的技术效果为：本发明的试验方法可以实现试件圆心处首先开裂，使试件破坏现象与劈裂试验的力学模型一致；解决了常规劈裂疲劳试验方法根据mts采集的变形数据人工判断疲劳破坏点而导致疲劳寿命同时包含起裂阶段和扩展阶段重复作用次数的问题，本发明可以准确得到疲劳起裂寿命，而且该起裂寿命远小于常规方法所得疲劳寿命，试验结果精度更高。

13、作为上述技术方案的进一步改进，步骤二中的异型试件包括加载平面，加载平面的宽度为34mm。

14、上述改进的技术效果为：加载平面实现圆柱体试件的形状改变，切割后得到的异型试件能避免常规劈裂疲劳试验方法中弧形压条导致的应力集中起裂。

15、作为上述技术方案的进一步改进，步骤三中异型试件的保温时间不少于5h；保持应变片与异型试件的温度同步。

16、上述改进的技术效果为：将应变片和异型试件同时放入保温箱小时以上，保证达到试验所需的温度，而且可以消除疲劳试验过程中应变片与试件的温差而导致的误差。

17、作为上述技术方案的进一步改进，步骤四中的应变片的方向水平，应变片位于异型试件端面的圆心处。

18、上述改进的技术效果为：异型试件开裂方向垂直于应变片，能实时检测到异型试件圆心处的开裂时刻。

19、作为上述技术方案的进一步改进，步骤五中异劈裂夹具和压头与异型试件的接触面为水平面。

20、上述改进的技术效果为：可以消除常规劈裂疲劳试验方法中加载部位的应力集中而导致的非圆心处首先开裂的问题。

21、作为上述技术方案的进一步改进，步骤七中的加载幅值要根据设定的应力水平进行确定，应力水平可以在0.1～0.7之间进行取值，加载幅值＝应力水平*异形试件静载强度试验得到的破坏荷载。

22、上述改进的技术效果为：疲劳试验之前确定的劈裂静载强度为试件圆心处首先开裂状态下的强度，与本发明疲劳试验方法的开裂状态一致，能更好地得出准确的疲劳起裂寿命。

23、作为上述技术方案的进一步改进，步骤八中应变片失效时即可停止试验。

24、上述改进的技术效果为：此时即为裂缝刚刚产生还没有来得及扩展，物理意义明确，试验结果不包含裂缝扩展寿命，能得到精准的起裂寿命。

25、作为上述技术方案的进一步改进，应变片失效时刻的重复加载次数为沥青混合料试件的劈裂疲劳起裂寿命。

26、上述改进的技术效果为：通过疲劳试验数据分析得到的疲劳起裂寿命远小于常规方法所得疲劳寿命。

技术特征：

1.一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，其具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤二中的异型试件(3)包括加载平面(301)，加载平面(301)的宽度为34mm。

3.根据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤三中异型试件(3)的保温时间不少于5h,保持应变片(4)与异型试件(3)的温度同步。

4.根据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤四中的应变片(4)的方向水平，应变片(4)位于异型试件(3)端面的圆心处。

5.根据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤五中劈裂夹具(2)和压头(1)与异型试件(3)的接触面为水平面。

6.根据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤六中应变采集仪用于记录应变片(4)数据。

7.根据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤七中的加载幅值要根据设定的应力水平进行确定，应力水平可以在0.1～0.7之间进行取值，加载幅值＝应力水平*异型试件(3)静载强度试验得到的破坏荷载。

8.据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤八中应变片(4)失效时即可停止试验。

9.据权利要求1所述的一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，其特征在于，步骤九中应变片(4)失效时刻的重复加载次数为沥青混合料试件的劈裂疲劳起裂寿命。

技术总结
本发明涉及沥青混合料试验相关技术领域，具体为一种确保圆心处首先开裂的沥青混合料劈裂疲劳试验方法，一、利用SGC制作圆柱体试件；二、对圆柱体试件进行切割加工；三、黏贴应变片；四、将试件和应变片放置在环境箱中按照设定的试验温度进行保温；五、设置试验条件；六、试件安放；七、进行疲劳试验；八、试验数据分析。本发明的试验方法可以实现试件圆心处首先开裂，使试件破坏现象与劈裂试验的力学模型一致；解决了常规劈裂疲劳试验方法根据MTS采集的变形数据人工判断疲劳破坏点而导致疲劳寿命同时包含起裂阶段和扩展阶段重复作用次数的问题，本发明可以准确得到疲劳起裂寿命，而且该起裂寿命远小于常规方法所得疲劳寿命，试验结果精度更高。

技术研发人员：杨涛,关宏信,辛亚兵,陈三喜,姚威,杨海荣
受保护的技术使用者：湖南建工交通建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14