CN101551314A - 级配碎石车辙试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种级配碎石车辙试验方法，由于采用车辙试验机模拟汽车的行车荷载作用，可以更好地模拟级配碎石基层或底基层在实际行车荷载作用下应力的动态变化及其引起的级配碎石粒料间嵌挤状态变化，因此能准确测定级配碎石材料的抗松散和抗变形能力，包括如下步骤：1)将制备的级配碎石板状试件进行预处理；2)将步骤1)制备的级配碎石板状试件在车辙试验机中进行试验，记录级配碎石板状试件变形数据；3)取两个时刻t₁、t₂的变形数据通过下式进行运算，获得级配碎石板状试件的动稳定度、变形量或相对变形量。

Description

级配碎石车辙试验方法

技术领域

本发明适用于公路工程技术领域，具体涉及一种级配碎石混合料的抗变形、抗松散能力的试验方法。

背景技术

级配碎石作为路面基层或底基层，在面层施工前，需要承受施工车辆直接的行车荷载作用，因此应具有较强的抗松散和抗变形性能；面层施工后，作为基层或底基层，需要承受行车荷载通过面层传递到基层或底基层的应力，因此应具有较高的强度和抗变形能力。

目前，国内外对级配碎石性能的室内试验评价方法，主要包括CBR(承载比)强度试验方法、三轴试验方法。

CBR试验方法简单，适用于评价土或级配碎石强度的试验方法，但该方法采用的试模内径152mm，贯入杆直径50mm，试验过程中，直径50mm的贯入杆以一定的速度垂直向下贯入级配碎石试件。

三轴试验方法是制备圆柱体式样，每个样确定不同的周围压力，再在其垂直方向施加均布的压力增量，使轴向压力逐渐增大，直到轴向压力达到某一数值，以此计算式样材料的凝聚力和内摩擦角，其试验方法复杂，三轴试验机价格也比较昂贵。

而无论是CBR试验方法还是三轴试验方法，其测试结果均不能反应级配碎石在实际工况下的受力状况，因为级配碎石作为路面基层或底基层，在行车荷载作用下其承受的竖向应力、水平应力和剪应力在数值和方向上都是动态变化的，正是由于这种应力方向上的动态变化，级配碎石粒料之间的嵌挤状况也会发生相应的改变，从而增加级配碎石基层颗粒之间发生滑移的可能。现有的方法施加的荷载都是由上向下的垂直压应力，不能模拟级配碎石在实际工况下的受力状况；同时，由于152mm的铁质试模对级配碎石有刚性约束作用，级配碎石承受的侧限比实际工况大很多，因此其测试结果不能反应级配碎石在实际工况下的受力状况；三轴试验采用液压或气压三轴室为级配碎石试件提供侧向围压，但此时提供的围压通常是固定不变，其约束是由液体或气体提供的主动约束。但在实际工况下，级配碎石承受的侧向压力是不断变化的，其侧向压力是由受压体周围的级配碎石提供，是一种因变形而产生的被动约束，也不能反应级配碎石在实际工况下的受力状况。

而车辙试验机是目前用于检测路面稳定度的仪器，在公告授权号为CN2357036Y的中国实用新型专利说明书和公开号为CN 101281190Y的中国发明专利公布说明书等文献中均有记载，目前没有将车辙试验机用于检测级配碎石抗变形能力的方法。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，为此，本发明提出一种级配碎石车辙试验方法，准确测定级配碎石材料的抗松散、抗变形能力。

本发明的目的是这样实现的：级配碎石车辙试验方法，包括如下步骤：

1)将级配碎石板状试件进行预处理；

2)将步骤1)预处理后的级配碎石板状试件在车辙试验机中进行试验，记录级配碎石板状试件变形数据；

4)取两个时刻t₁、t₂的变形数据通过下式进行运算，获得级配碎石板状试件的动稳定度：

${\mathrm{DS}}_1=\frac{(t_2-t_1)\×N}{d_2-d_1};$

式中：DS₁为级配碎石板状试件在时间t₁～t₂内的动稳定度，单位：次/mm；

d₁为级配碎石板状试件在时刻t₁的变形量，单位：mm；

d₂为级配碎石板状试件在时刻t₂的变形量，单位：mm；

N为车辙试验机中试验轮往返碾压速度，单位：次/min。

进一步，所述步骤1)具体包括如下步骤：

11)级配碎石板状试件成型后，在室温下放置4～5h，待级配碎石表面风干后，在级配碎石表面涂刷一层改性乳化沥青或其它胶结料，涂刷宽度为10～15cm宽，涂刷位置为试验轮碾压处；

12)在室温下放置12～24h，待乳化沥青破乳后，将级配碎石上放置多孔压板，然后放入水中浸泡；

13)浸泡24h后，将级配碎石试件取出，在室温下放置至没有自由水流出；

进一步，所述级配碎石板状试件长度300-600mm，宽200-400mm，厚50-150mm；

进一步，所述级配碎石板状试件长度450mm，宽300mm，厚100mm；

进一步，车辙试验机的试验轮为橡胶制的实心或充气轮胎；

进一步，车辙试验机的试验轮为橡胶制的实心轮胎，外径200mm，轮宽50mm，橡胶厚度15mm，橡胶的国际标准硬度在气温20℃时为84±4；

进一步，步骤2)中，试验轮行走距离为230±10mm，往返碾压速度为42±1次/min，试验轮接地压强接地压强0.7±0.05Mpa；

进一步，车辙试验的温度控制在5℃～30℃；

进一步，车辙试验的温度控制在20℃；

进一步，对同一级配随时混合料，至少平行试验3～5个级配碎石板状试件。

本发明相对于现有技术，具有如下优点：采用车辙试验机模拟汽车的行车荷载作用，可以更好地模拟级配碎石基层或底基层在实际行车荷载作用下应力的动态变化及其引起的级配碎石粒料间嵌挤状态变化；在进一步的技术方案中，设置尺寸适合的级配碎石板状试件，使级配碎石的压实更为均匀，并可降低了侧向钢板的侧向约束作用和尺寸效应，可以更好地模拟实际工况中的被动约束作用，即试验轮下方受压体的侧向压力由受压体周围的级配碎石提供，是一种因变形而产生的被动约束。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本实施例的级配碎石车辙试验方法，包括如下步骤：

1)将级配碎石板状试件进行预处理，具体包括如下步骤：

11)级配碎石板状试件成型后，在室温下放置4～5h，待级配碎石表面风干后，在级配碎石表面涂刷一层改性乳化沥青，涂刷宽度为10～15cm宽，涂刷位置为试验轮碾压处；改性乳化沥青可在碾压过程中防止集料飞散。

12)在室温下放置12～24h，待乳化沥青破乳后，将级配碎石上放置多孔压板，然后放入水中浸泡；

13)浸泡24h后，将级配碎石取出，在室温下放置至没有自由水流出；

2)将步骤1)预处理后的级配碎石板状试件在车辙试验机中进行试验，记录级配碎石板状试件变形数据，车辙试验机内的温度控制在20℃；所述车辙试验机可在现有的车辙试验机上根据需要略做改进，试验轮采用橡胶制的实心轮胎，外径200mm，轮宽50mm，橡胶厚度15mm，橡胶硬度(国际标准硬度)在气温20℃时为84±4，试验轮行走距离为230±10mm，往返碾压速度为42±1次/min，试验轮接地压强接地压强0.7±0.05MPa；

3)取两个时刻t₁、t₂的变形数据通过下式进行运算，获得级配碎石板状试件的动稳定度：

${\mathrm{DS}}_1=\frac{(t_2-t_1)\×N}{d_2-d_1};$

式中：DS₁为级配碎石板状试件在时间t₁～t₂内的动稳定度，单位：次/mm；

d₁为级配碎石板状试件在时刻t₁的变形量，单位：mm；

d₂为级配碎石板状试件在时刻t₂的变形量，单位：mm；

N为车辙试验机中试验轮往返碾压速度，单位：次/min。

对同一级配随时混合料，至少平行试验5个级配碎石板状试件，记录第一小时和第二小时的动稳定度和累积变形量，具体的，选择45min(t₁)、60min(t₂)、105min(t₃)、120min(t₄)时的车辙变形d₁、d₂、d₃和d₄，精确至0.01mm，通过下式进行运算：

${\mathrm{DS}}_1=\frac{(t_2-t_1)\×N}{d_2-d_1};$

${\mathrm{DS}}_2=\frac{(t_4-t_3)\×N}{d_4-d_3};$

式中：DS₁为级配碎石板状试件在1h内的动稳定度，单位：次/mm；

DS₂为级配碎石板状试件在2h内的动稳定度，单位：次/mm；

d₁为级配碎石板状试件在45min时的变形量，单位：mm；

d₂为级配碎石板状试件在60min的变形量，单位：mm；

d₃为级配碎石板状试件在105min的变形量，单位：mm；

d₄为级配碎石板状试件在120min的变形量，单位：mm；

N为车辙试验机中试验轮往返碾压速度，单位：次/min。

所述级配碎石板状试件通过如下方式制备：

A)将级配碎石各档集料烘干；

B)按配比配置级配碎石混合料，拌匀后闷料12h～24h备用；

C)在试模上装好试模框架，以制备450mm，宽300mm，厚100mm的级配碎石板状试件为例，所述试模由高碳钢或工具钢制成，试模内部尺寸为长450mm，宽300mm，高100mm，所述试模套框为钢制方框，其内壁尺寸为长450mm，宽300mm，高50mm，试模套框内表面和上下表面光滑平顺，能紧密贴合于试模之上；将步骤B)所得的级配碎石混合料倒入平底盆，将平底盆中的级配碎石混合料均匀拌和，由边至中按顺序转圈装入试模，试模中部的碎石混合料厚度大于四周的厚度；

D)取下试模框架，用小型击实锤将试模中的级配碎石混合料由边至中转圈夯实一遍，整平成凸圆弧形；

E)将盛有级配碎石混合料的试模置于轮碾机的轮碾平台上，启动轮碾机进行碾压，直到碾压后试件干密度达到标准密实度100±1％，制得级配碎石板状试件。所述轮碾机使用现有的轮碾机，碾压前，调整轮碾载荷为9kN，轮碾线载荷为300N/cm，以真实模拟现实工程中的压实效果。

采用轮碾方法成型试件，与实际工程接近，试验结果也更贴近实际情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.级配碎石车辙试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将级配碎石板状试件进行预处理；

2)将步骤1)预处理后的级配碎石板状试件在车辙试验机中进行试验，记录级配碎石板状试件变形数据；

4)取两个时刻t₁、t₂的变形数据通过下式进行运算，获得级配碎石板状试件的动稳定度：

${\mathrm{DS}}_1=\frac{(t_2-t_1)\×N}{d_2-d_1};$

式中：DS₁为级配碎石板状试件在时间t₁～t₂内的动稳定度，单位：次/mm；

d₁为级配碎石板状试件在时刻t₁的变形量，单位：mm；

d₂为级配碎石板状试件在时刻t₂的变形量，单位：mm；

N为车辙试验机中试验轮往返碾压速度，单位：次/min。

2.根据权利要求1所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：所述步骤1)具体包括如下步骤：

11)级配碎石板状试件成型后，在室温下放置4～5h，待级配碎石表面风干后，在级配碎石表面涂刷一层改性乳化沥青或其它胶结料，涂刷宽度为10～15cm宽，涂刷位置为试验轮碾压处；

12)在室温下放置12～24h，待乳化沥青破乳后，将级配碎石上放置多孔压板，然后放入水中浸泡；

13)浸泡24h后，将级配碎石试件取出，在室温下放置至没有自由水流出。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：所述级配碎石板状试件长度300-600mm，宽200-400mm，厚50-150mm。

4.根据权利要求3所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：所述级配碎石板状试件长度450mm，宽300mm，厚100mm。

5.根据权利要求4所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：车辙试验机的试验轮为橡胶制的实心或充气轮胎。

6.根据权利要求5所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：车辙试验机的试验轮为橡胶制的实心轮胎，外径200mm，轮宽50mm，橡胶厚度15mm，橡胶的国际标准硬度在气温20℃时为84±4。

7.根据权利要求6所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：步骤2)中，试验轮行走距离为230±10mm，往返碾压速度为42±1次/min，试验轮接地压强接地压强0.7±0.05MPa。

8.根据权利要求1所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：车辙试验的温度控制在5℃～30℃。

9.根据权利要求8所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：车辙试验的温度控制在20℃。

10.根据权利要求1所述的级配碎石车辙试验方法，其特征在于：对同一级配随时混合料，至少平行试验3～5个级配碎石板状试件。