CN102494950A - 沥青混凝土动态模量测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青混凝土动态模量测试方法及装置，获取中空圆柱体沥青混凝土试件，沥青混凝土试件的两个端面相互平行且水平；将增强器安装在中空圆柱体沥青混凝土试件内部，然后将试件置于恒温酒精浴中，利用冷却装置使酒精浴温度达到要求的试验温度，其中试验温度根据实验者的研究目的和要求设定；利用计算机软件来控制液压泵和传动装置并通过增强器对中空圆柱体沥青混凝土试件的内腔提供内部环形压力；利用数据采集系统测定环形压力值和平均弹性应变，为动态模量的计算提供相关数据，采集过程中加载波形保持不变。该装置包括冷却装置、酒精浴、增强器、液压泵与传动装置、数据采集系统。本发明操作简便、准确率高。

Description

沥青混凝土动态模量测试方法及装置

技术领域

本发明涉及一种动态模量测试技术，具体涉及一种沥青混凝土动态模量测试方法及装置。

背景技术

沥青混合料的动态模量是沥青路面设计中的重要参数，在力学经验法的AASHTO2002沥青路面设计指南中，预测路面结构的动态响应和性能需要输入的各层材料的基本特性参数，其中沥青混合料的动态模量是最重要的参数之一。目前常用测试沥青混凝土动态模量的方法有以下两种：

单轴压缩试验：此方法为AASHTO-2002设计指南中所提出的测定沥青混合料动态模量的方法。但是通常沥青层厚度不能够产生单轴压缩试验所需要的150mm高的试件，设计标准中所采用的单轴压缩动态模量不能被用于现存路面评价研究和对设计模量的符合性检验；同时，结构层应力应变不可能在现场直接测定得到。

间接拉伸试验：间接拉伸试件中心点的应力状态同沥青层底部的应力状态非常相似。并且试件可以很方便的从现场获取。在进行热裂缝的动态预测时，通过间接拉伸试验可以方便的获得低温下蠕变柔量和混合拉伸强度这两个参数。但是设备的可移植性不足，操作复杂并且成本昂贵。

可见，目前研究沥青混凝土动态模量的试验方法中还没有一种比较简单而完善的试验方法，因此急需寻求一种既可以真实而有效模拟实际路面应力和环境状态，又可以得到力学参数的试验方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种沥青混凝土动态模量测试方法，利用中空加载设备来测定沥青混凝土的动态模量，通过对空心圆柱体进行拉伸试验，对道路工程所用的沥青混凝土的动态特征进行定量测量与分析，更加准确地模拟沥青混凝土在实际路面的受力状态，并简单方便地得到力学计算参数和评价指标；并提供一种操作简便，尺寸较小的沥青混凝土动态模量测试方法中的专用装置。

本发明提供的沥青混凝土动态模量测试方法的设计思路是，采用中空圆柱体试件，将试件尺寸设计成满足消除尺寸效应的要求；将试件圆柱外表面固定，在试件中空圆筒中放置增强器，并将增强器与试件圆柱内壁粘结固定，然后将其放入酒精浴中，通过传动装置使增强器对中空圆柱体试件内壁产生环形压力。外加应力和外部电压成线性关系，结果应变与空腔谐振体积的变化成线性关系。试验温度和加载频率可以根据使用者的研究目的确定。动态模量可以通过测量试件内壁所受的压力并利用简单的力学公式反算得到。

其技术方案为：

一种沥青混凝土动态模量测试方法，包括以下步骤：

1)获取中空圆柱体沥青混凝土试件3，沥青混凝土试件的两个端面相互平行且水平；

2)将增强器4安装在中空圆柱体沥青混凝土试件3内部，然后将试件置于恒温酒精浴中，利用冷却装置1使酒精浴温度达到要求的试验温度，其中试验温度根据实验者的研究目的和要求设定；

3)利用计算机软件来控制液压泵和传动装置5并通过增强器4对中空圆柱体沥青混凝土试件3的内腔提供内部环形压力；

4)利用数据采集系统测定环形压力值和平均弹性应变，为动态模量的计算提供相关数据，采集过程中加载波形保持不变。

进一步优选，步骤1)中所述试件3尺寸为外直径150mm，内直径106mm，高度115mm的中空圆柱体形状。

进一步优选，步骤2)中试件3在实验者设定的温度下保温至少2h。

进一步优选，步骤3)中所述计算机软件运行的波形为正弦波。

一种沥青混凝土动态模量测试方法中使用的装置，包括冷却装置1、酒精浴2、增强器4、液压泵与传动装置5、数据采集系统6，酒精浴2置于液压泵与传动装置5的顶部，增强器4固定于酒精浴2内。

进一步优选，所述增强器4为中空加载增强器，其表面附有天然乳胶薄膜7。

进一步优选，所述中空加载增强器设有外部密封设备9。

进一步优选，所述中空加载增强器通过底部8对活塞施加压力。

该装置在使用时，将试件3套在增强器4的外面，利用冷却装置1与酒精浴2连接进行温度控制，利用液压泵与传动装置5使增强器4对试件3进行加载。利用数据采集系统6与液压泵与传动装置5相连进行数据采集。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用中空加载设备来测试沥青混凝土的动态模量，可以更加准确的模拟沥青混凝土在实际路面的受力状态，

(2)本发明的测量方法可以简单方便的得到力学计算参数和评价指标。

(3)本发明提供的装置操作简便，尺寸较小，应力与应变域是由拉力支配，并且没有应力集中现象。这对强度试验来说是特别有利的，因为间接拉伸试验和直接拉伸试验有时会受到由荷载挡板所产生的应力强度的影响。

附图说明

图1是沥青混合料中空加载装置结构示意图；

图2是中空加载增强器结构示意图。

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。

一种沥青混凝土动态模量测试方法，包括以下步骤：

1)获取中空圆柱体沥青混凝土试件3，试件3尺寸为外直径150mm，内直径106mm，高度115mm的中空圆柱体形状，沥青混凝土试件的两个端面相互平行且水平；

2)将增强器4安装在中空圆柱体沥青混凝土试件3内部，然后将试件置于恒温酒精浴中，利用冷却装置1使酒精浴温度达到要求的试验温度，其中试验温度根据实验者的研究目的和要求设定，在实验者设定的温度下保温至少2h。

3)利用计算机软件来控制液压泵和传动装置5并通过增强器4对中空圆柱体沥青混凝土试件3的内腔提供内部环形压力；

4)利用数据采集系统测定环形压力值和平均弹性应变，为动态模量的计算提供相关数据，采集过程中加载波形保持不变，计算机软件运行的波形为正弦波。

参照图1，一种沥青混凝土动态模量测试方法中使用的装置，包括冷却装置、酒精浴2、增强器4、液压泵与传动装置5、数据采集系统6，酒精浴2置于液压泵与传动装置5的顶部，增强器4固定于酒精浴2内。

参照图2，进一步优选，所述增强器4为中空加载增强器，其表面附有天然乳胶薄膜7。

进一步优选，所述中空加载增强器设有外部密封设备9。

进一步优选，所述中空加载增强器通过底部8对活塞施加压力。

该装置在使用时，将试件3套在增强器4的外面，利用冷却装置1与酒精浴2连接进行温度控制，利用液压泵与传动装置5使增强器4对试件3进行加载。利用数据采集系统6与液压泵与传动装置5相连进行数据采集。

本试验可在1Hz、2Hz和5HZ的频率下运行，可使用20Hz，40Hz和100HZ的数据采集率。酒精浴里的温度是使用数字定位技术来控制的。酒精浴的使用要严格控制温度并考虑到0℃以下的实验能力。利用中空加载设备中测定的压力，可根据公式(1)确定圆筒内壁的应力δt：

σ_t＝F_σt*p(1)

其中：P＝增强器内部液体的测定压力

Fσ_t＝通过有限元分析获取的校正系数

本实验使用标准的中空加载装置，将圆筒内壁装载至高度的90％，Fσ_t取值2.564.动态模量使可根据公式(2)进行计算：

$E*=\frac{{\mathrm{\σ}}_t+\mathrm{\μ}*p}{{\mathrm{\ϵ}}_R}---\left(2\right)$

ε_R：平均弹性应变

μ：泊松比

通过敏感性分析研究可知，在中空加载试验中当泊松比为0.3时，沥青混凝土动态模量的测试最大误差仅为5％左右，当材料的泊松比在0.2-0.4之间时该实验方法具有较高的测试精度。

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 (8)

1.一种沥青混凝土动态模量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取中空圆柱体沥青混凝土试件(3)，沥青混凝土试件的两个端面相互平行且水平；

2)将增强器(4)安装在中空圆柱体沥青混凝土试件(3)内部，然后将试件置于恒温酒精浴中，利用冷却装置(1)使酒精浴温度达到要求的试验温度，其中试验温度根据实验者的研究目的和要求设定；

3)利用计算机软件来控制液压泵和传动装置(5)并通过增强器(4)对中空圆柱体沥青混凝土试件(3)的内腔提供内部环形压力；

4)利用数据采集系统测定环形压力值和平均弹性应变，为动态模量的计算提供相关数据，采集过程中加载波形保持不变。

2.根据权利要求1所述的沥青混凝土动态模量测试方法，其特征在于，步骤1)中所述试件(3)尺寸为外直径150mm，内直径106mm，高度115mm的中空圆柱体形状。

3.根据权利要求1所述的沥青混凝土动态模量测试方法，其特征在于，步骤2)中试件(3)在实验者设定的温度下保温至少2h。

4.根据权利要求1所述的沥青混凝土动态模量测试方法，其特征在于，步骤3)中所述计算机软件运行的波形为正弦波。

5.一种权利要求1所述的沥青混凝土动态模量测试方法中的装置，其特征在于，包括冷却装置(1)、酒精浴(2)、增强器(4)、液压泵与传动装置(5)、数据采集系统(6)，酒精浴(2)置于液压泵与传动装置(5)的顶部，其中增强器(4)固定于酒精浴(2)内。

6.根据权利要求5所述的沥青混凝土动态模量测试方法中使用的装置，其特征在于，所述增强器(4)为中空加载增强器，其表面附有天然乳胶薄膜(7)。

7.根据权利要求6所述的沥青混凝土动态模量测试方法中的装置，其特征在于，所述中空加载增强器设有外部密封设备(9)。

8.根据权利要求6所述的沥青混凝土动态模量测试方法中的装置，其特征在于，所述中空加载增强器通过底部(8)对活塞施加压力。