CN102980803B - 用于沥青超薄加铺层试件的拉伸试验夹具及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于沥青超薄加铺层试件的拉伸试验夹具，包括第一夹具板、第二夹具板和用于沥青超薄加铺层试件安置阶段的槽座；第一夹具板的一端与第二夹具板的一端相对并通过紧固件水平安装于槽座内；第一夹具板的另一端设有用于与试验机连接的上联接头，第二夹具板的另一端设有用于与试验机连接的下联接头；且第一夹具板和第二夹具板的上表面均刻有若干凹纹；沥青超薄加铺层试件安置于第一夹具板与第二夹具板上并处于两者的凹纹处。该夹具可以真实模拟沥青超薄加铺层试件承受的来自于下覆层拉伸应力的作用过程，从而定量评估沥青超薄加铺层试件抵抗疲劳裂缝或反射裂缝的能力。
Description
技术领域
本发明涉及路面修复工程中沥青混合料类超薄加铺层疲劳寿命及抵抗反射裂缝等路用性能的评估试验技术领域,特别涉及一种沥青超薄加铺层直接拉伸试验夹具及试验方法。
背景技术
在既有道路路面上加铺沥青混合料（热拌、温拌或冷拌）罩面，从路用性能上讲，关键问题就是防止下覆旧路面接缝、裂缝、脱落等非连续缺陷引起的反射裂缝对加铺层的破坏，以及加铺层抵抗拉伸疲劳应力的能力，尤其是1-3cm厚度的超薄加铺层。
尽管在设计超薄加铺层时，已经从集料、结合料选择以及配合比设计等考虑抵抗反射裂缝的性能，但真实评估加铺层抵抗反射裂缝的性能，还得对试件进行直接拉伸试验。从反射裂缝的发生机理看，主要诱因就是下覆路面裂缝或接缝的开合，如果加铺层与下覆层粘结良好，那么加铺层内的拉应力即会在裂缝的上方形成，但拉应力超过加铺层的抗拉强度，加铺层就开裂并逐渐向上传播直至断裂。所以说，验证加铺层混合料是否具备抵抗反射裂缝的能力，必须通过对试件进行直接拉伸试验。实际上，基于这种原理，开发一种试验夹具套件，在普通的MTS或万能试验机上即可进行加铺层直接拉伸试验。美国德州交通运输研究所（TTI）已经开发出专门的加铺层试验机（Overlay Tester），而国内尚没有这种机器。
发明内容
本发明的发明目的是针对没有直接测试沥青超薄加铺层试件抵抗反射裂缝能力的可用于MTS等万能试验机的试验夹具，提供一种用于沥青超薄加铺层的拉伸试验夹具，定量评估沥青超薄加铺层试件抵抗疲劳裂缝或反射裂缝的能力。
进一步地,本发明提供一种沥青超薄加铺层的试验方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种用于沥青超薄加铺层试件的拉伸试验夹具，包括第一夹具板、第二夹具板和用于沥青超薄加铺层试件安置阶段的槽座；第一夹具板的一端与第二夹具板的一端相对并通过紧固件水平安装于槽座内；第一夹具板的另一端设有用于与试验机连接的上联接头，第二夹具板的另一端设有用于与试验机连接的下联接头；且第一夹具板和第二夹具板的上表面均刻有若干凹纹；沥青超薄加铺层试件安置于第一夹具板与第二夹具板上并处于两者的凹纹处。
优选地，凹纹的纹理方向与拉伸试验夹具所受的拉力方向垂直。
优选地，所述紧固件为紧固螺栓。
优选地，所述沥青超薄加铺层试件通过环氧树脂粘附在第一夹具板与第二夹具板上。
进一步地，提供一种试验方法，包括如下步骤：
1) 沥青超薄加铺层试件制备：从通过旋转击实仪加工的圆柱形沥青混合料试样或现场取芯的试样中切割出长100-150mm、宽50-77mm、厚18-38mm的沥青超薄加铺层试件；
2) 沥青超薄加铺层试件安置：第一夹具板的一端与第二夹具板的一端相对形成间缝并通过紧固件水平安装于槽座内；第一夹具板的另一端设有用于与试验机连接的上联接头，第二夹具板的另一端设有用于与试验机连接的下联接头；将宽为6mm-8mm、长为145mm-155mm的胶带覆盖粘贴于间缝处；在第一夹具板与第二夹具板的凹纹处表面涂覆环氧树脂，然后将上述沥青超薄加铺层试件粘附于第一夹具板与第二夹具板上，并且在沥青超薄加铺层试件上覆盖4kg-5kg的重物，直至环氧树脂胶凝固后撤掉重物；
3）卸下紧固件，把已经粘结成一体的沥青超薄加铺层试件、第一夹具板和第二夹具从槽座中取出；
4)开启试验机，调整试验机的上下联接座至合适位置；
5)安装步骤3）中置备好的沥青超薄加铺层试件、第一夹具板和第二夹具板：将第二夹具板的下联接头插入到试验机下联接座，再将第一夹具板的上联接头的插入到试验机上联接座；并紧固上下联接头；
6)采用位移控制模式进行试验：试验机通过上、下联接头对第一夹具板和第二夹具板施加三角波循环荷载，每10秒一个加载卸载循环，即前5秒将位移增加到0.63mm，后5秒卸载使得位移归零；同时记录时间、荷载值、位移值、循环次数，如此反复，直到沥青超薄加铺层试件开裂。
优选地，所述试验机为MTS试验机或万能试验机。
优选地，步骤2）中，所述间缝的宽度为2-3mm，该间缝被胶带覆盖。
优选地，步骤2）中，所述紧固件为紧固螺栓，第一夹具板与第二夹具板通过四个紧固螺栓安装于槽座上。
优选地，步骤5）中，所述上联接头通过销栓与试验机上联接座固定，所述下联接头通过销栓固定与试验机下联接座固定。
优选地，步骤6）中，当荷载值相对启动加载值突降了93%时，认定沥青超薄加铺层试件开裂破坏。此时记录的循环次数即为沥青超薄加铺层试件的裂缝寿命。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明提供一种用于沥青超薄加铺层的拉伸试验夹具及试验方法，无需专用配套试验仪器，通过在专用槽座上将试件粘附于夹具板上，然后从槽座中取出粘结好的试件及夹具板，即可以在MTS或万能试验机上实现试验。该夹具可以真实模拟沥青超薄加铺层试件承受的来自于下覆层拉伸应力的作用过程，从而定量评估沥青超薄加铺层试件抵抗疲劳裂缝或反射裂缝的能力；通过该夹具及试验方法可以测得沥青超薄加铺层试件破坏所需的拉伸循环次数及抵抗拉伸作用的极限荷载等。该拉伸试验夹具是一种操作简单、不需特制试验设备，仅联接到普通试验机即可进行加铺层试件的直接拉伸试验的方法，试件变形量及荷载的控制和记录，都是通过试验机的系统来实现的。
附图说明
图1为本发明的拉伸试验夹具的俯视图；
图2为本发明的拉伸试验夹具的侧视图；
图3为本发明将沥青超薄加铺层试件粘结到夹具板的槽座的结构示意图；
图4为本发明试验方法的试验流程图；
图5为本发明的位移控制模式下试验结果重现图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。
如图1和2所示，该拉伸试验夹具包括槽座6、第一夹具板4和第二夹具板8；第一夹具板4的一端与第二夹具板8的一端相对形成间缝并通过紧固螺栓7设置在槽座6上；第一夹具板4的另一端设有用于与试验机连接的上联接头2，第二夹具板的另一端设有用于与试验机连接的下联接头；且第一夹具板和第二夹具板的上表面均刻有若干凹纹41、81.
在第一夹具板与第二夹具板的凹纹处表面涂覆环氧树脂，然后将上述沥青超薄加铺层试件粘附于第一夹具板与第二夹具板上，并且在沥青超薄加铺层试件上覆盖4kg-5kg的重物，直至环氧树脂胶凝固后撤掉重物。
接着，卸下紧固件，把已经粘结成一体的沥青超薄加铺层试件、第一夹具板和第二夹具从槽座中取出。
开启试验机，调整试验机的上下联接座至合适位置；试验中，试验机的下联接座固定，下联接头9插入到下联接座后，向上移动上联接座，使上联接头2插入到上联接座中，上联接头2与下联接头9通过销栓1分别紧固在MTS试验机上联接座与下联接座中。
施加荷载于第一夹具板4，使得第一夹具板4与第二夹具板8间缝处的沥青超薄加铺层试件5形成张开位移，通过试验机的位移及时间控制系统，保证在5s时间内达到0.63mm的张开位移，然后卸载，在5s时间内位移归零，如图4所示-三角波循环荷载；如此反复，试验机记录启动荷载、每个循环的荷载最大值、结束荷载、荷载降低的百分比、循环次数、张开位移、环境温度等，直到记录的荷载相对于启动加载值突降93%或更高时，沥青超薄加铺层试件开裂破坏，此时对应的循环次数即为反射裂缝寿命。
如图3所示，试验开始前，在该槽座6内安置试件，首先将第一夹具板与第二夹具板的第一凹槽41与第二凹槽81向上，再将第一夹具板4与第二夹具板8置于槽座6上；第一夹具板4的下端与第二夹具板的上端相邻，且留出2mm的间缝，即图3中的初始开口，并通过紧固螺栓7使第一夹具板4与第二夹具板8固定于槽座6上；然后用一条宽约6mm、长约150mm的纸胶带将覆盖住整个间缝；在第一凹槽41与第二凹槽81内涂敷环氧树脂系胶结剂，立即将切割好的沥青超薄加铺层试件5对中，放置于胶结剂上，在沥青超薄加铺层试件5上压放一块约4.5kg的重物，等待环氧树脂完全凝固，撤去重物，沥青超薄加铺层试件5安置完毕；释放紧固螺栓7，取出拉伸试验夹具备测。该试验加载范围为0~30KN，加载速率约0.13mm/s；位移测量精度0.1mm，位移最大量程10mm；各组数据最小采样时间间隔约0.1s。
在图1所示的拉伸试验夹具上分别进行了6组试件的反射裂缝拉伸试验。采用密级配细粒式沥青混合料AC-10，制作六组沥青超薄加铺层试件5，沥青超薄加铺层试件5尺寸均加工为长150mm、宽76mm、厚38mm，试验环境温度25℃，开口位移幅值设定为0.63mm。测试结果如图5所示：沥青超薄加铺层试件5的反射裂缝寿命平均值为142次，均方差11.7，变异系数8.3%，证明该试验具有良好的重现性。
拉伸试验夹具随试验机的高精度液压（电动）伺服系统驱动的活塞运动，由于第一夹具板与第二夹具板移动，而将拉应力施加到粘附于沥青超薄加铺层试件5上，通过控制位移限值，循环施加拉伸力，直到试件开裂破坏，记录破坏时的循环次数，以此评估沥青超薄加铺层试件5抵抗反射裂缝的能力，也即拉伸疲劳寿命。该试验装置的荷载范围在0~30KN；位移测量精度0.1mm，位移最大量程10mm；每10秒完成一个加载循环，即5秒钟内位移量达到0.63mm，另5秒钟内位移量恢复到0。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (6)
1.一种用于沥青超薄加铺层试件的拉伸试验夹具的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
1) 沥青超薄加铺层试件制备：从通过旋转击实仪加工的圆柱形沥青混合料试样或现场取芯的试样中切割出长100-150mm、宽50-77mm、厚18-38mm的沥青超薄加铺层试件；
2) 沥青超薄加铺层试件安置：第一夹具板的一端与第二夹具板的一端相对形成间缝并通过紧固件水平安装于槽座内；第一夹具板的另一端设有用于与试验机连接的上联接头，第二夹具板的另一端设有用于与试验机连接的下联接头；将宽为6mm-8mm、长为145mm-155mm的胶带覆盖粘贴于间缝处；在第一夹具板与第二夹具板的凹纹处表面涂覆环氧树脂，然后将上述沥青超薄加铺层试件粘附于第一夹具板与第二夹具板上，并且在沥青超薄加铺层试件上覆盖4kg-5kg的重物，直至环氧树脂胶凝固后撤掉重物；第一夹具板和第二夹具板的上表面均刻有若干凹纹；
3）卸下紧固件，把已经粘结成一体的沥青超薄加铺层试件、第一夹具板和第二夹具板从槽座中取出；
4)开启试验机，调整试验机的上下联接座至合适位置；
5)安装步骤3）中置备好的沥青超薄加铺层试件、第一夹具板和第二夹具板：将第二夹具板的下联接头插入到试验机下联接座，再将第一夹具板的上联接头插入到试验机上联接座；并紧固上下联接头；
6)采用位移控制模式进行试验：试验机通过上、下联接头对第一夹具板和第二夹具板施加三角波循环荷载，每10秒一个加载卸载循环，即前5秒将位移增加到0.63mm，后5秒卸载使得位移归零；同时记录时间、荷载值、位移值、循环次数，如此反复，直到沥青超薄加铺层试件开裂。
2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述试验机为MTS试验机。
3.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：步骤2）中，所述间缝的宽度为2-3mm，该间缝被胶带覆盖。
4.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：步骤2）中，所述紧固件为紧固螺栓，第一夹具板与第二夹具板通过四个紧固螺栓安装于槽座上。
5.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：步骤5）中，所述上联接头通过销栓与试验机上联接座固定，所述下联接头通过销栓与试验机下联接座固定。
6.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：步骤6）中，当荷载值相对启动加载值突降了93%时，认定沥青超薄加铺层试件开裂破坏。
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