CN102393339A - 一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验方法及装置 - Google Patents

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汪海年
尤占平
郝培文
马骉
张琛
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Abstract

本发明公开了一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，包括试验机(7)，测量系统(8)，环境箱(3)，数据采集系统(6)和位于环境箱(3)内的沥青路面模拟平台(9)。同时提供了一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验方法，本发明具有操作简便，数据精确度高的特点，适用于公路工程沥青路面的抗裂性研究技术领域。

Description

一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验方法及装置
技术领域
本发明属于公路工程沥青路面的抗裂性研究技术领域，涉及一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验方法及装置。
背景技术
反射裂缝，是指路面基层先于面层产生裂缝，并将基层裂缝反射到面层。基层裂缝和初始缺陷在温湿循环应力和荷载重复应力的共同作用下，在面层底部产生应力集中，首先导致面层底部开裂，随后逐渐由面层底部向上扩展，最终使裂缝贯穿整个面层，形成反射裂缝。反射裂缝对路面结构的整体性和连续性产生严重的破坏并在一定程度上削弱了路面结构的强度；且雨水或雪水的浸入会导致基层变软，在行车荷载反复作用下造成路面强度大幅降低，产生冲刷和唧泥现象。
近年来，国内外道路工程界对沥青路面反射裂缝的研究一直十分活跃。但是大多数研究方法都是在理论层次上对反射裂缝进行分析，如静力分析法，断裂力学法等，这样并不能完全解决反射裂缝的研究课题。因此必须通过室内模拟实验，将理论与实际联系起来，在较短的时间内控制主要试验因素进行试验分析研究，评价不同结构沥青路面的抗裂性能。
沥青路面反射裂缝的室内试验主要可分为以下几类：
(1)直接拉伸试验
(2)间接拉伸试验
(3)弯曲-拉伸疲劳试验
(4)剪切疲劳试验
(5)试板疲劳试验
纵观以上实验，主要是基于现象学法或力学近似法。现象学法分析了沥青对混合料抗裂性能的影响，未涉及路面结构变化导致整个路面抗裂性能的差异性；力学近似法分析了沥青混合料裂缝扩展规律，但其计算结果与工程实际存在较大差别。由此可见，这些室内试验方法不能真实的反应路面结构反射裂缝形成，扩展及断裂规律。因此，开发一种能较为真实地反映沥青路面结构在荷载作用下其反射裂缝形成，扩展的试验装置具有非常重要的现实意义。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验方法及装置，通过该装置可以获取特定试验条件下裂缝贯穿整个试件所需的周期数以及沥青混合料的裂缝扩展参数，为沥青路面结构设计提供可靠的试验依据。
其技术方案为：
一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，包括试验机7，测量系统8，环境箱3，数据采集系统6和沥青路面模拟平台9，试验机7和测量系统8以及沥青路面模拟平台9均位于环境箱3内，试验机7与沥青路面模拟平台9相连接为其加载，测量系统8与沥青模拟平台9相连接用于测量试验中的变形参数，测量系统8外接数据采集系统6用于采集试验数据。
进一步优选，所述测量系统3包含温度传感器，测力传感器，时间变形观测仪。
进一步优选，所述沥青路面模拟平台9由铝板1，固定的钢板4和活动的钢板5构成。
进一步优选，所述沥青路面模拟平台9上分布有凹槽。
进一步优选，所述沥青路面模拟平台9相当于道路结构的基层并可具有0-2mm的初始开裂。
进一步优选，所述沥青路面模拟平台9尺寸为300mm长，150mm宽，13mm高。
进一步优选，所述沥青路面模拟平台9由钢板制成。
本发明的有益效果：
(1)本发明的实验装置可以通过分析荷载位移时间轴来实现反射裂缝寿命的自动化观测。
(2)本实验装置的环境箱为可选部件，室内模拟试验具有多样化。
(3)数据采集系统为全电脑控制，增加了试验操作的便利性。
(4)将理论与实际联系起来，在较短的时间内控制主要试验因素进行试验分析研究，评价不同结构沥青路面的抗裂性能。
(5)实验方法操作简便，数据精确度高，沥青路面模拟平台平板上分布着有规律间距的凹槽，并且与试件进行胶合，可以更好的模拟路面的实际状态。
附图说明
图1是试验装置简图；
图2是模拟平台平面图；
图3是本试验装置的加载波形图；
图4是试件制作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
参照图1、图2，一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，包括环境箱3，数据采集系统6，试验机7，测量系统8，沥青路面模拟平台9。其中试件2，试验机7和测量系统8以及沥青路面模拟平台9均位于环境箱3内，试验机7与沥青路面模拟平台9相连接为其加载，测量系统8与沥青模拟平台9相连接用于测量试验中的变形参数。测量系统8外接数据采集系统6用于采集试验数据。
所述测量系统3包含温度传感器，测力传感器，时间变形观测仪。
所述沥青路面模拟平台9由铝板1，固定的钢板4和活动的钢板5构成。
所述沥青路面模拟平台9上分布有凹槽，所述沥青路面模拟平台9尺寸为300mm长，150mm宽，13mm高，试件10粘在上面。
所述沥青路面模拟平台9由高强度钢板制成。
一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验方法，试件2和铝板1胶合，胶合的试件应该在室温25℃时凝固4h，使胶水具有足够的强度。环境箱3和测量系统8在试验之前要进行校准。本试验在特定的温度例如室温25℃下进行，试件本身具有开放位移0.63mm，并且要具有和环境室内一致的温度。模拟平台相当于道路结构的基层并可具有0-2mm的初始开裂。通过测量系统8可以很方便的确定试件2何时达到所需的温度，推荐温度为室温25℃。使用螺栓将胶合着试件的铝板1固定。
参照图3本发明通过试验机7采用循环三角波形的加载方式，在每10秒一个周期的加载速率下对试件进行重复加载直至加载失效。试验过程中活动的钢板5会相对于固定的钢板4的产生水平位移，进而使胶合在钢板上的试件2产生开裂，即为模拟了路面的反射裂缝过程。然后通过测量系统8和数据采集系统6进行试验数据的测量和采集记录，以备后期进行分析运算。
试件的制作过程如图4所示：
首先准备150mm直径57mm高的圆柱体原始试件，一般情况下具有7％的孔隙率，这样可以更好的模拟现场条件。然后使用锯子将试件粗切割成38mm高得到剪切后的试件，最后从两边修剪成38mm高，最终得到150mm长76mm宽，38mm高的试件。
本发明的实施例不限于此，对其技术方案的简单变换，以及等效替换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，其特征在于，包括试验机(7)，测量系统(8)，环境箱(3)，数据采集系统(6)和沥青路面模拟平台(9)，试验机(7)和测量系统(8)以及沥青路面模拟平台(9)均位于环境箱3内，试验机(7)与沥青路面模拟平台(9)相连接，测量系统(8)与沥青模拟平台(9)相连接，测量系统(8)外接数据采集系统(6)。
2.根据权利要求1所述的通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，其特征在于，所述测量系统(8)包含温度传感器，测力传感器，时间变形观测仪。
3.根据权利要求1所述的通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，其特征在于，所述沥青路面模拟平台(9)由铝板(1)，固定的钢板(4)和活动的钢板(5)构成。
4.根据权利要求1所述的通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，其特征在于，所述沥青路面模拟平台(9)上分布有凹槽。
5.根据权利要求1所述的通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，其特征在于，所述沥青路面模拟平台(9)相当于道路结构的基层并可具有0-2mm的初始开裂。
6.根据权利要求1所述的通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，其特征在于，所述沥青路面模拟平台(9)尺寸为300mm长，150mm宽，13mm高。
7.根据权利要求1所述的通过反射裂缝来模拟实际路面开裂的试验装置，其特征在于，所述沥青路面模拟平台(9)由钢板制成。
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