CN102735553A - 测试沥青结合料剪切性能的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测试沥青结合料剪切性能的试验方法，包括以下步骤：A、制作沥青结合料动态剪切试样；B、采用动态剪切流变仪的剪切应力扫描模式，对所述沥青结合料动态剪切试样进行试验，测试所述沥青结合料动态剪切试样在中高温条件下的剪切应力和剪切应变数据；C、对测得的所述剪切应力和剪切应变进行数据处理，利用BoxLucas模型对剪切应力和剪切应变数据进行拟合，得到应力—应变方程，从而计算出广义剪切模量，把广义剪切模量作为沥青结合料的剪切性能指标。本发明的测试沥青结合料剪切性能的试验方法，测试过程简便，测试结果稳定可靠，采用广义剪切模量指标可以定量评价沥青结合料的剪切性能。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，涉及一种测试沥青结合料剪切性能的试验方法。
背景技术
随着经济的高速发展，交通量迅速增加、轴载加重和交通渠化，沥青路面面临严峻的考验，沥青路面高温稳定性不足的问题越来越严重。高温条件下，沥青结合料剪切性能的不足增大了沥青混合料发生剪切破坏的可能性，导致路面车辙的产生。因此，从提高沥青路面抗车辙性能的角度出发，要求沥青结合料具有良好的剪切性能。
目前，用于评价沥青结合料剪切性能的试验方法，主要是复数剪切试验，采用复数剪切模量G*和车辙因子G*/sinδ来评价沥青结合料的剪切性能。然而，随着改性沥青结合料被广泛应用，复数剪切模量和车辙因子评价改性沥青结合料剪切性能的适宜性被质疑。因此，如何建立新的指标以合理地评价沥青结合料的剪切性能具有重要的研究意义。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种测试沥青结合料剪切性能的试验方法，克服现有技术中存在的上述问题。
本发明的测试沥青结合料剪切性能的试验方法，利用广义剪切模量作为评价沥青结合料剪切性能的指标，其特征在于，所述广义剪切模量由以下步骤获得：
A、制作沥青结合料动态剪切试样；
B、对所述沥青结合料试样进行加热，加热至试验温度后保温至少20min；
C、对所述沥青结合料动态剪切试样进行剪切应力扫描试验，采用动态剪切流变仪的剪切应力扫描模式，采用正弦波加载，加载频率为10rad/s(1.59Hz)，将正弦荷载峰值应力的初始值和终了值分别设为1Pa和45000Pa，相邻加载循环间的峰值应力增量为100Pa，然后对所述沥青结合料试样持续正弦波加载，直至达到预设的所述终了值或试样破坏，期间记录所述沥青结合料动态剪切试样在中高温条件下的剪切应力和剪切应变数据；
D、对测得的所述剪切应力和剪切应变进行数据处理，利用BoxLucas模型对剪切应力和剪切应变数据进行拟合，得到应力-应变方程，从而计算出广义剪切模量。
本发明所述A步骤包括以下具体步骤：
(1)先把试验沥青缓慢加热至流动状态，将热的沥青胶结料浇注到一个硅胶橡皮模具中形成沥青结合料；
(2)待所述沥青结合料冷却到室温，从模具中取出沥青结合料，选用圆形平板夹具，将沥青结合料安放于夹具下面板的中心；
(3)调节所述平板夹具的上下夹具间距为1050μm，用加热的修剪工具沿上下夹具边缘修剪沥青结合料，修整沥青结合料后将夹具间距调整为1000μm，得到所述沥青结合料动态剪切试样。
本发明所述步骤(1)试样制备中温度不得高于160℃。
本发明所述步骤B中试验温度范围为15℃～85℃。
本发明所述剪切应力为一个加载循环中的峰值，剪切应变为峰值剪切应力对应的应变。
本发明所述步骤C中数据处理具体方法为：以剪切应变为横轴，剪切应力为纵轴，作剪切应力-应变曲线，将应力对应变的斜率定义为模量指标，并以剪切应变为5％时对应的模量值作为所述广义剪切模量。
通过以上技术方案，本发明测试沥青结合料剪切性能的试验方法，采用广义剪切应力扫描试验，对沥青结合料的剪切性能进行测试，并提出广义剪切模量GDSM对沥青结合料的剪切性能进行评价。该试验方法所需设备简单便宜，测试过程简便，测试结果稳定可靠，采用广义剪切模量指标可以定量评价沥青结合料的剪切性能。
附图说明
图1为根据BoxLucas模型得到的剪切应力-应变曲线。
图2为沥青广义剪切模量GDSM与混合料动稳定度DS的关系图。
具体实施方式
本发明的测试沥青结合料剪切性能的试验方法，利用广义剪切模量作为评价沥青结合料剪切性能的指标，广义剪切模量由以下步骤获得：
A、制作沥青结合料动态剪切试样；
B、对所述沥青结合料试样进行加热，加热至试验温度后保温至少20min；
C、对所述沥青结合料动态剪切试样进行剪切应力扫描试验，采用动态剪切流变仪的剪切应力扫描模式，采用正弦波加载，加载频率为10rad/s(1.59Hz)，将正弦荷载峰值应力的初始值和终了值分别设为1Pa和45000Pa，相邻加载循环间的峰值应力增量为100Pa，然后对所述沥青结合料试样持续正弦波加载，直至达到预设的所述终了值或试样破坏，期间记录所述沥青结合料动态剪切试样在中高温条件下的剪切应力和剪切应变数据；
D、对测得的所述剪切应力和剪切应变进行数据处理，利用BoxLucas模型对剪切应力和剪切应变数据进行拟合，得到应力-应变方程，从而计算出广义剪切模量。
作为一优选实施例，本发明的一种测试沥青结合料剪切性能的试验方法，包括以下具体步骤：
(1)成型试样：把试验沥青缓慢加热至流动状态，并加热温度不得超过160℃，将热的沥青胶结料浇注到一个硅胶橡皮模具中，模具尺寸为Φ25mm×1.5mm，制成沥青结合料。
(2)安放试样：待沥青结合料冷却到室温，从模具中取出试样，选用直径25mm圆形平板夹具，将沥青结合料安放于夹具下面板的中心。
(3)修剪试样：调节上下夹具间距为1050μm，用加热的修剪工具沿上下夹具面板边缘修剪试样，该工具可在热板上或火焰上加热，修整沥青结合料后将夹具间距调整为1000μm，得到沥青结合料动态剪切试样。
(4)试样保温：启动动态剪切流变仪(DSR)的水浴装置对上述沥青结合料动态剪切试样进行加热，加热至试验温度(15℃～85℃)后保温至少20min，然后进行试验测试。
(5)对沥青结合料动态剪切试样进行剪切应力扫描试验：采用动态剪切流变仪的应力扫描模式，正弦波加载，加载频率为10rad/s(1.59Hz)，正弦荷载峰值应力的初始值和终了值分别设为1Pa和45000Pa，相邻加载循环间的峰值应力增量为100Pa，对沥青结合料动态剪切试样持续加载，直至达到预设终了值或试样破坏，采集每次加载循环中的峰值剪切应力与对应的剪切应变。
(6)试验数据处理：剪切应力为一个加载循环中的峰值，剪切应变为峰值剪切应力对应的应变。根据剪切应力扫描试验数据，利用BoxLucas模型对剪切应力和应变数据进行拟合，以剪切应变为横轴，剪切应力为纵轴，作剪切应力-应变曲线，将应力对应变的斜率定义为模量指标，并以剪切应变为5％时对应的模量值作为所述广义剪切模量，并得到应力-应变方程，从而计算出广义剪切模量。
所述步骤(6)中的试验数据处理包括以下步骤：
A)采用BoxLucas模型拟合剪切应力-应变曲线，如图1所示。剪切应力-应变曲线方程见式(1)。
τ＝a(1-bγ) (1)
式中：τ-剪应力，Pa；
γ-剪应变；
a、b-拟合参数，且0＜b＜1。
B)根据广义体系中的剪切模量定义，沥青的模量指标Gd可通过对式(1)中变量γ一阶求导获得，结果如式(2)。
Gd＝τ′＝-a·lnb·bγ (2)
式中：Gd-沥青结合料模量指标，kPa；
τ-剪应力，Pa；
γ-剪应变；
a、b-拟合参数，且0＜b＜1。
C)粘弹性理论的小应变假设是选取计算广义剪切模量应变水平的理论依据。根据对多种沥青不同温度下的剪切应力扫描试验，发现当沥青试样的应变水平小于10％时，剪切应力-应变曲线近似一直线，可认为沥青处于小应变区内。由于试验未涉及到所有沥青结合料，出于一定的安全系数考虑，本发明选取5％应变水平对应的模量指标Gd为广义剪切模量GDSM。
本发明选用5种沥青结合料，所用沥青的技术指标如表1所示。
表1沥青基本技术指标
然后进行如下两个测试：
(1)测试一：对5种试验沥青进行40℃、60℃、70℃三个温度下的剪切应力扫描试验，测试其广义剪切模量GDSM。
(2)测试二：采用五种试验沥青，根据AC-20级配配合比试验结果，见表2，配制沥青混合料。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T 0703-1993轮碾法成型车辙板试件，放置2天后，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T0719-1993，进行40℃、60℃、70℃三个温度条件下的车辙试验，得到动稳定度数据。
表2AC-20级配配合比
根据测试一和测试二，得到5种沥青在三个温度下的广义剪切模量GDSM和沥青混合料在三个温度下的动稳定度DS如表3所示。
表3动稳定度DS
分别采用线性函数、对数函数、幂函数和指数函数形式，对沥青广义剪切模量GDSM与混合料动稳定度DS的关系进行拟合，最优拟合函数形式见图2。
由上述回归分析结果可知，AC-20沥青混合料的动稳定度与沥青结合料广义剪切模量间有着良好的相关性，相关系数达到0.9082。
通过实例可以看出，使用本方法测得的沥青结合料广义剪切模量与混合料的动稳定度相关性良好。广义剪切模量不仅可以定量评价沥青结合料的剪切性能，而且能够较好地反映改性沥青混合料的剪切性能。
Claims (6)
1.一种测试沥青结合料剪切性能的试验方法，利用广义剪切模量作为评价沥青结合料剪切性能的指标，其特征在于，所述广义剪切模量由以下步骤获得：
A、制作沥青结合料动态剪切试样；
B、对所述沥青结合料试样进行加热，加热至试验温度后保温至少20min；
C、对所述沥青结合料动态剪切试样进行剪切应力扫描试验，采用动态剪切流变仪的剪切应力扫描模式，采用正弦波加载，加载频率为10rad/s(1.59Hz)，将正弦荷载峰值应力的初始值和终了值分别设为1Pa和45000Pa，相邻加载循环间的峰值应力增量为100Pa，然后对所述沥青结合料试样持续正弦波加载，直至达到预设的所述终了值或试样破坏，期间记录所述沥青结合料动态剪切试样在中高温条件下的剪切应力和剪切应变数据；
D、对测得的所述剪切应力和剪切应变进行数据处理，利用BoxLucas模型对剪切应力和剪切应变数据进行拟合，得到应力-应变方程，从而计算出广义剪切模量。
2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，所述A步骤包括以下具体步骤：
(1)先把试验沥青缓慢加热至流动状态，将热的沥青胶结料浇注到一个硅胶橡皮模具中形成沥青结合料；
(2)待所述沥青结合料冷却到室温，从模具中取出沥青结合料，选用圆形平板夹具，将沥青结合料安放于夹具下面板的中心；
(3)调节所述平板夹具的上下夹具间距为1050μm，用加热的修剪工具沿上下夹具边缘修剪沥青结合料，修整沥青结合料后将夹具间距调整为1000μm，得到所述沥青结合料动态剪切试样。
3.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于，所述步骤(1)试样制备中温度不得高于160℃。
4.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，所述步骤B中试验温度范围为15℃～85℃。
5.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，所述剪切应力为一个加载循环中的峰值，剪切应变为峰值剪切应力对应的应变。
6.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，所述步骤C中数据处理具体方法为：以剪切应变为横轴，剪切应力为纵轴，作剪切应力-应变曲线，将应力对应变的斜率定义为模量指标，并以剪切应变为5％时对应的模量值作为所述广义剪切模量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121017 |