测定集料-沥青胶浆界面在拉剪混合模态下曲折破坏强度的试验装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种拉剪混合模态下曲折破坏强度的试验装置及方法，具体涉及一种 测定集料-沥青胶浆界面在拉剪混合模态下曲折破坏强度的试验装置及方法，属于路桥建 设领域。
【背景技术】
[0002] 沥青混合料是由沥青胶浆、集料以及随机分布的空隙所组成的混合物。对于沥青 路面中出现的车辙、裂缝、松散和泛油等病害，工程上多关注沥青混合料宏观尺度上的统计 平均性质，如马歇尔稳定度、流值、动稳定度、劈裂强度等，均采用室内小尺寸试件来模拟实 际工况下混合料的力学行为，进而评定其路用性能。然而按照复合材料力学理论，结合材料 在受到外界荷载时，失效点总倾向于在界面结合处或其附近。这是因为集料-沥青胶浆界 面附近不仅存在大小不一的空隙，导致结合强度的下降，而且因为界面的存在而引发应力 集中并产生残余应力等，使集料-沥青胶浆界面附近的材料产生较高的应力水平，因此沥 青混合料的结构强度和寿命一般取决于界面的强度寿命特性。简单的室内小尺寸构件力学 性能评价及基于连续介质框架的理论计算已经无法从本质上解释其力学行为及损伤机理。 沥青胶浆是以填料（矿粉）为分散相分散在沥青介质中的一种微分散系，胶浆理论认为沥 青胶浆是沥青混合料中最重要的一级分散系。而沥青混合料的力学性能不仅受到与沥青胶 浆直接相关的包括填料（矿粉）的矿物组成、填料的级配的影响还包括集料（细集料和粗 集料）与沥青胶浆的结合性能。然而，由于工艺等因素导致胶浆与集料间存在种种缺陷，根 据"木桶效应"，集料-沥青胶浆界面性能在很大程度上决定了沥青混合料的高温稳定性、 低温变形能力以及长期耐久性。当前集料-沥青交互作用理论以列宾捷尔等人的理论最为 成熟，认为沥青与集料交互作用后，沥青在集料表面产生化学组分的重新排列，在集料表面 形成一层厚度为S^的扩散溶剂化膜。在此膜厚度以内的沥青称为"结构沥青"，其粘度较 高，具有较高的粘结力；在此膜厚度以外的沥青称为"自由沥青"，其粘度较低，使粘结力降 低。集料之间接触处由结构沥青连接时，沥青具有较大的粘度和较大的扩散溶剂化膜的接 触面积，集料间可获得较大的粘结力；反之，若集料之间接触处由自由沥青连接，则具有较 小的粘结力。当以沥青胶楽·为研宄对象时，矿粉表面最外缘裹附结构沥青与集料接触时，两 者结合较好，矿粉表面最外缘裹附自由沥青时，两者则容易分离。实际行车荷载中，沥青混 合料受力模式比较复杂，不仅包括拉剪混合作用，还包括变频率的重复荷载作用，集料-沥 青胶浆界面的力学行为则更复杂。分析集料-沥青胶浆之间力学行为时，研宄者都对其进 行简化，只考虑了正应力和剪应力的静态作用，而且是通过直拉和直剪分别得到允许正应 力和允许剪应力，这样并不能很好地预测和评价集料-沥青胶浆界面破坏强度，因此如何 更准确更接近实际地评价集料-沥青胶浆界面强度成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决现有测定集料-沥青胶浆界面曲折破坏强度的试验装置及方法不 能能很好地预测和评价集料-沥青胶浆界面破坏强度的问题，进而提出测定集料-沥青胶 浆界面在拉剪混合模态下曲折破坏强度的试验装置及方法。
[0004] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括试验基板、膜厚调控机构、 两个第一立板和两个第二立板，试验基板是水平设置的长方形板体，两个第一立板竖直并 排设置在试验基板一端的上表面上，两个第二立板竖直并排设置在试验基板另一端的上表 面上，试验件设置在试验基板上表面的中部，所述膜厚调控机构设置在两个第一立板的外 侦牝且所述膜厚调控机构夹住试验件。
[0005] 本发明所述方法的具体步骤如下：
[0006] 步骤一、制备试样：
[0007] 步骤一（一）、根据《公路沥青路面施工技术规范》中规定配置沥青胶浆，沥青胶浆 中矿粉与沥青的质量比分别为0.9:1，、1:1、1. 1:1 ;
[0008] 步骤一（二）、将沥青加入到搅拌用的金属容器中，用垫有石棉网的电炉子对其进 行加热，并用控温器控温160°c，待温度升高到160°C左右时，将部分矿粉缓缓加入到盛有 沥青的金属容器里，边加热边用工具进行搅拌，一般用玻璃棒或者勺子，此时用高速剪切乳 化机所配备的剪切转子的速度控制在1500rpm ;
[0009] 步骤一（三）、用玻璃棒或勺子搅拌沥青，慢慢向金属容器中加入矿粉，并继续搅 拌，矿粉加入金属容器的时间不超过五分钟；
[0010] 步骤一（四）、持续搅拌三分钟，直至沥青和矿粉完全融合，完成制氧制备。
[0011] 步骤二、制备试验件：
[0012] 步骤二（一）、在试验基板上涂抹凡士林，将半圆石料用环氧树脂与石料夹具粘接 在一起，然后将石料夹具90°螺孔固定于试验基板上；
[0013] 步骤二（二）、将膜厚调控机构放置在试验基板上，将厚度小于0. 05mm的油性纸窄 带放于石料界面中心，用于引入界面裂纹；
[0014] 步骤二（三）、保持石料平面距离为10mm，将加热的沥青胶浆徐徐加到圆盘之间的 槽中，到1/3高度位置停止，通过调节螺栓调节固定卡板与移动卡板之间的距离，使石料间 的沥青胶浆膜达到试验膜厚；
[0015] 步骤二（四）、在室温条件冷却时间不少于1. 5小时，然后用热刮刀挂除高出圆盘 的沥青胶浆，使沥青胶浆面与圆盘面齐平，沥青胶浆的刮法应自圆盘的中心刮向两端，且表 面应刮得平滑；
[0016] 步骤二（五）、抽出油性纸并检查沥青胶浆薄膜外缘是否出现较大凸出或较大凹 入，若出现较大凸出，可将凸出沥青胶浆小心刮除，若出现较大凹入，需清洗石料表面重新 制样；
[0017] 步骤三、开始试验：
[0018] 步骤三（一）、将试验件固定于试验基板上，并对试验基板及试验件保温不少于一 小时，试验温度为10°C、20°C和30°C ;
[0019] 步骤三（二）、将试验基板的固定螺栓卸下，启动外部牵拉设备，并对试验件所受 到的载荷与变形进行实时监测，直至试验件发生曲折破坏，记录下试验件破坏时所能承受 的极限载荷值与最大变形量，得到集料-沥青胶浆T-S曲线，T表示拉力，S表示位移曲线， T最大值即为此角度下的最大应力强度；
[0020] 步骤三（三）清洗试验试件，重复试验试件制备步骤，变换石料种类、测试角度和 粉胶比分别测得不同集料-沥青胶浆组合在不同受拉方向的最大应力强度；
[0021] 步骤四：建立集料-沥青胶浆界面评价准则：
[0022] 步骤四（一）、建立集料-沥青胶浆的界面化模型，定义应力强度因子：
【主权项】
1. 测定集料-沥青胶浆界面在拉剪混合模态下曲折破坏强度的试验装置，其特征在 于：所述测定集料-沥青胶浆界面在拉剪