CN102507342A - 一种研究沥青混合料剪切性能的试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究沥青混合料剪切性能的试验装置，包括MTS试验机(1)，试验压头(2)，装试件的圆环(3)，试件(4)和力学传感器(5)，力学传感器(5)位于装置的下部。同时提供了一种研究沥青混合料剪切性能的试验方法，本发明操作过程简单，试验参数容易确定，适用于公路工程沥青路面的抗剪性研究技术领域。

Description

一种研究沥青混合料剪切性能的试验方法及装置

技术领域

本发明属于公路工程沥青路面的抗剪性研究技术领域，涉及一种研究沥青混合料剪切性能的试验方法及装置。

背景技术

随着交通量的快速增长，车辆超载严重，轴载不断增加，一些大城市主干道的交叉口区域沥青路面产生严重的拥包，推挤和车辙等病害，基本上每两年就要洗刨一次重新罩面，新面层经历了一，两个夏天以后，拥包，车辙问题依然非常的严重，沥青路面的抗剪性能研究引起了越来越多的关注，特别是在夏季高温季节，路面强度降低，在车轮的水平和垂直荷载的综合作用下，较小的剪应力作用也容易使沥青面层产生剪切破坏，然而在沥青混合料的设计过程中忽略了对材料抗剪性能的检验，这也是导致沥青路面早期损坏发生的重要原因之

目前国内外常见的沥青混合料剪切试验方法主要有以下几种：

三轴试验：它源于对土力学的研究，对混合料的粘结力C和内摩擦角φ进行测定，以此计算混合料的抗剪强度τ，但是其试验操作复杂，应用较少。

Superpave剪切试验：由美国战略公路计划研究提出(SHRP 1994)，可以进行多种形式的试验，主要进行恒高度重复剪切试验(RSCH)和恒高度频率扫描试验(FSCH)。试件被胶结在两钢板之间，在试件的顶面和底面施加外力。RSCH试验机理是在保持试件高度不变的前提下，采用半正弦剪切应力对试件进行重复剪切。试验得到沥青混合料不同剪切次数下的剪切变形，按计算公式可得到沥青混合料的永久剪切应变等参数。但Superpave剪切试验仪价格昂贵，不适于我国国情，更不适于在工地试验室推广应用。

同轴剪切试验：同轴剪切试验方法由冯俊岭等研究并提出同轴剪切试验的试件是把外径φ150mm，内径φ55mm，高50mm的中空圆柱体试件用环氧树脂粘贴在钢筒和钢柱之间，轴向荷载通过钢柱作用于中空圆柱体试件内壁，同时试件的外侧面受限，使试件产生剪切破坏，通过三维有限元建模，计算确定同轴剪切试验剪切强度系数，从而可以直接确定沥青混合料抗剪强度。与三轴试验的结果对比表明，同轴剪切试验测定沥青混合料的抗剪强度精度较好但粒径大的骨料会对试验结果有较大影响。该方法目前应用较少。

旋转剪切试验：Murat Guler等通过研究，在旋转压实仪上安装了一套系统，用于测试沥青混合料压实过程中的剪切应力，并开发了旋转剪切压实仪(GTM)，用于沥青混合料设计。该方法在国内有应用，但因设备价格昂贵，目前没有得到广泛应用。

因此，如何在沥青混合料设计过程中提出一种有效快捷并且经济的剪切试验方法来评价其抗剪性能，是当前急需解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种研究沥青混合料剪切性能的试验方法及装置，通过该装置可以获得和沥青混合料的抗剪性能有较好对应关系的试验指标，并且试验参数易确定，具有较好的工程应用前景，为沥青路面结构设计提供可靠的试验依据。

其技术方案为：

一种研究沥青混合料剪切性能的试验装置，包括MTS试验机1，试验压头2，装试件的圆环3，试件4和力学传感器5，力学传感器5固定在整个装置的最下部，可以测得作用荷载的大小，力学传感器5的上方即为装试件的圆环3，MTS材料试验机1的试验压头2位于试件4的上部，向下对与试件4的接触面施加垂直荷载。

进一步优选，所述装试件的圆环3为两个具有相同直径和相同高度的空心圆柱体。

进一步优选，所述两个相互对应的圆环之间留有58mm的距离。

本发明所述试验装置基于MTS810材料试验机来进行的，试验中荷载的大小和速率，应力和应变的控制模式以及数据的采集模式都是通过MTS试验机来实现的。本试验装置为一个附属设备，它包含两个具有相同直径和相同高度的空心圆柱体。实验时两个空心圆环相互对向放置并且在同一个水平面上。两个相互对应的圆环之间留有58mm的距离，这个缺口就是垂直荷载与试件的接触面。在荷载下方两个圆环可以沿同一平面移动，因此在试件的中间就会产生均布的剪切应力。圆环的直径和高度可以按照沥青混合料试件的尺寸来加工。

整个装置的最下部是固定的力学传感器，可以测得作用荷载的大小。本附属设施放于传感器之上，试件上方是MTS材料试验机的压头，向下对与试件的接触面施加垂直荷载。这样通过MTS系统的计算机，就可以得到压头对剪切试件施加的荷载大小值。

本发明的有益效果：

(1)本发明装置具有与路面结构的受力具有相似性，试件的受力状态与路面结构的受力状态相似。

(2)本试验装置所测得的试件的破损过程能够反映该类材料强度产生的本质特点，能够反映其损坏的机理。

(3)本发明除能够测得沥青混合料的抗剪性能外，还能够评价沥青和集料的性能。

(4)本发明试验装置操作过程简单，试验参数容易确定。

附图说明

图1为本发明试验装置侧面图；

图2为本发明试验装置正面图。

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2，一种研究沥青混合料剪切性能的试验装置，包括MTS试验机1，试验压头2，装试件的圆环3，试件4和力学传感器5，力学传感器5固定在整个装置的最下部，可以测得作用荷载的大小。力学传感器5的上方即为装试件的圆环3，MTS材料试验机1的试验压头2位于试件4的上部，向下对与试件4的接触面施加垂直荷载。

进一步优选，所述装试件的圆环3为两个具有相同直径和相同高度的空心圆柱体。

进一步优选，所述两个相互对应的圆环之间留有58mm的距离。

一种研究沥青混合料剪切性能的试验方法，试件4不需要切边，在试验进行前试件需要在25℃的温度环境下适应3h，推荐在气囊或水浴中。如果使用水浴的话就要把试件放在密封的袋子里防潮。然后将试件4放入装试件的圆环3里并利用两个圆环之间的缺口来调节试件与荷载压头的接触面。运行MTS试验机1采用50.8mm/min的加载速率对试件4进行垂直加载，直至试件4产生破坏。试验过程中试件4的位移方向要与剪切方向一致。然后使用MTS试验机采集数据并通过公式(1)来计算剪切强度：

$S_B=\frac{4P_{\max }}{\mathrm{\π}{D}^2}---\left(1\right)$

其中S_B是剪切强度；P_max是试件所承受的最大荷载；D是试件直径。

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 (3)

1.一种研究沥青混合料剪切性能的试验装置，其特征在于，包括MTS试验机(1)，试验压头(2)，装试件的圆环(3)，试件(4)和力学传感器(5)，力学传感器(5)固定在所述装置的最下部，力学传感器(5)的上方为装试件的圆环(3)，MTS材料试验机(1)的试验压头(2)位于试件(4)的上部。

2.根据权利要求1所述的研究沥青混合料剪切性能的试验装置，其特征在于，所述装试件的圆环(3)为两个具有相同直径和相同高度的空心圆柱体。

3.根据权利要求2所述的研究沥青混合料剪切性能的试验装置，其特征在于，所述两个相互对应的圆环之间留有58mm的距离。

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