CN103076225A - 一种沥青混合料三轴试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种沥青混合料三轴试验装置，包括外气囊组件、内气囊组件、上压板、下压板、气压控制台，所述外气囊组件的外气囊放置在试件的外侧并且包裹所述试件的外侧面，所述内气囊组件的内气囊安装在试件的内孔中并且与所述试件的内孔表面紧密接触，所述的气压控制台能为所述的内气囊组件和外气囊组件提供稳定的气压。本装置不仅具有易于操控的特点，还能避免传统的立方体三轴试件转角处的隅角效应。一种沥青混合料三轴试验方法，解决了已有的三轴试验装置不适合于沥青混合料的问题，使沥青混合料强度研究领域从一维受力状态扩展到三向受力状态，对研究复杂受力状态下沥青混合料的力学特性、沥青混合料设计和沥青路面损害防治具有重要意义。

Description

一种沥青混合料三轴试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体为一种沥青混合料三轴试验装置及试验方法。

背景技术

截至2012年底，我国已建成通车的高速公路居世界第二位，其中90%以上为沥青路面。在高等级公路沥青路面的施工建设过程中，道路工作者解决了大量的技术难题、积累了丰富的实践经验。但从近年来已投入运营的沥青路面使用状况来看，许多沥青路面结构未达到设计寿命便出现了不同程度的病害，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。特别是近年来，超载重载车辆的大幅增加，使得沥青路面在使用过程中会遇到各种各样的破坏与损伤。在研究这些问题时，一次荷载作用下的强度问题研究是各种破坏问题研究的基础。

长期以来，沥青混合料强度特性研究一直是国内外道路工作者关心的热点问题，但已有的沥青混合料的强度试验多为单轴试验，鲜有关于沥青混合料多轴强度的研究。《公路沥青与沥青混合料试验规程》中用于评定沥青混合料力学性能的强度试验方法有：（1）弯曲试验、（2）单轴压缩试验、（3）劈裂试验、（4）三轴剪切试验。弯曲试验、单轴压缩试验和劈裂试验为单轴试验方法，无法模拟实际工况下沥青混合料的三向受力状态。沥青混合料常规三轴试验是两个主应力相等的三轴试验，其试验过程为：用橡皮膜将试件包裹后放在压力室中，通过压缩空气对试件施加围压，使试件处于σ₁=σ₂=σ₃=σ_c的应力状态，然后通过活塞施加轴压，使试件在轴向产生偏应力差发生破坏。由于试件端部由橡胶膜包裹，难以与加载轴粘结，也就无法进行沥青混合料的三轴拉伸试验。事实上，已有的沥青混合料常规三轴试验方法仅能进行低围压下的三轴压缩破坏试验，该试验方法的最大缺陷是无法在试件内部形成三个主应力不等的应力状态、不能反映中间主应力对材料强度的影响。在车轮荷载的作用下，沥青混凝土处于明显的多轴应力状态，其承受的三向主应力不等，且可能是压应力或拉应力的不同组合，已有的常规三轴试验方法显然不能反映沥青混合料在实际工作条件下的力学特性。

就试验仪器方法和试验仪器而言，现有的三轴试验方法多利用三轴试验仪从三个主应力方向对立方体试样加载，以反映复杂应力状态下材料的力学特性。自1936年Kjellman成功设计真三轴仪以来，国内外先后研制了多种真三轴试验仪。我国水利电力部水利科学研究院、清华大学、同济大学、河海大学、大连理工大学、武汉岩土力学研究所从20世纪80年代开始研制多轴应力试验装置，取得了较好的效果。按照中间主应力的施加方式，三轴试验仪一般可分为“刚性加载方式”、“柔性加载方式”、“刚柔复合加载方式”三种类型。相对刚性加载方式与柔性加载方式而言，复合加载方式的三轴试验仪易于操控，已有的真三轴试验仪多为复合式加载方式。

但采用立方体加载的真三轴试验仪也存在一些缺陷：

（1）真三轴仪的加载方式存在缺陷。在对立方体试件三向加载过程中，存在刚性加载板之间相互制约、刚性板约束试件的变形以及柔性液囊之间相互干扰的问题。为了解决这一问题，通常在竖向加压板与水平加压板之间预留有空隙以避免试验过程中加压板之间的相互挤压，但是预留的空隙会造成试样中产生不均匀的应力和应变（即产生隅角效应），影响着试验结果的准确性。

（2）已有的真三轴试验仪不适合于沥青混合料。目前，国内外开发的真三轴仪主要适用于岩土材料。通常情况下，土工三轴试验仪施加的最大压应力为3-5MPa，而AC-13型沥青混合料在20℃时的抗压强度可达到6MPa，若降低试验温度或采用更粗的级配，沥青混合料的抗压强度会进一步增大。显然，对于沥青混合料而言土工三轴试验仪量程偏小，无法使沥青混合料发生破坏。而岩石三轴试验仪小主应力方向施加的应力为100MPa左右，大主应力方向能施加的应力为800MPa左右，若按精度为1%计算，其试验误差为8MPa，已超过沥青混合料的单轴抗压强度。显然，对于沥青混合料而言，岩石真三轴试验机量程偏大、精度偏低、误差过大。事实上，不同的材料需要不同的材料试验机，为了研究冰的力学性能，美国MTS公司专门研发了一种适合冰的真三轴试验机和控制系统。

（3）已有的真三轴试验机不便于推广应用。设计真三轴试验仪对机器设计、动力装置、试件加工、测试元件的要求均较高，从而导致三轴试验机的研制具有耗时长、花费大、技术难度高、风险性大的特点。如某单位研制混凝土三轴试验装置，前后历经十余年，动用了大量的人力、物力、财力。由于三轴试验仪的研发过程十分复杂、且周期长、价格昂贵，难以进行大规模的推广应用。受到技术因素及其它方面的限制，国内外尚未开发出适合于沥青混合料的三轴试验装置，这已成为制约沥青混合料强度特性研究的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种简单易行、成本低廉、便于推广、适合于沥青混合料并能避免传统三轴仪隅角效应的沥青混合料三轴试验装置及试验方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种沥青混合料三轴试验装置，包括MTS材料试验机和气压控制台，还包括外气囊组件、内气囊组件、上压板和下压板，所述外气囊组件和内气囊组件由所述气压控制台提供可调的气压，所述外气囊组件的外气囊设置在中空圆柱体试件的外侧并且包裹所述中空圆柱体试件的外圆柱表面，所述内气囊组件的内气囊安装在中空圆柱体试件的内孔中并且与所述中空圆柱体试件内孔紧密接触，所述上压板和下压板分别固定在所述中空圆柱体试件的上表面和下表面，所述下压板与所述MTS材料试验机支撑座连接，所述上压板与所述MTS材料试验机的伸缩臂连接。

所述外气囊组件包括套筒、气囊压板、外气囊和螺杆，所述套筒表面设有连通所述套筒内外侧的进气口，所述套筒包括上套筒和下套筒，所述上套筒和下套筒密封卡装在一起，所述外气囊橡胶膜为空心圆柱体，所述外气囊橡胶膜形成的空心圆柱体的直径等于或大于中空圆柱体试件的直径，所述外气囊橡胶膜放置在所述套筒内侧并且所述外气囊橡胶膜的两端卡装在所述套筒两端并由所述气囊压板压紧固定，所述套筒上侧和下侧的所述气囊压板之间通过螺杆固定，使得所述气囊压板将所述外气囊橡胶膜紧压在所述套筒的两端，所述外气囊橡胶膜与所述套筒之间形成外气囊，所述套筒上的进气口与所述外气囊连通。

所述内气囊组件包括内气囊气芯、内气囊固定装置和内气囊橡胶膜，所述内气囊气芯一端设有进气口，所述内气囊气芯中部位置设有出气口，所述内气囊橡胶膜为空心圆柱体，所述内气囊橡胶膜形成的空心圆柱体的直径等于或小于中空圆柱体试件内孔的直径，所述内气囊固定装置包括锁紧螺母和密封套锥，所述内气囊橡胶膜套装在所述内气囊气芯外并且所述内气囊橡胶膜两端通过所述密封套锥固定在所述内气囊气芯的两端，所述锁紧螺母将所述密封套锥紧固在所述内气囊气芯上，使得所述内气囊橡胶膜与所述内气囊气芯之间形成内气囊，所述密封套锥的直径小于所述中空圆柱体试件内孔的直径，使得所述内气囊置于所述中空圆柱体试件内孔中，所述内气囊气芯的出气口与所述内气囊连通。

所述气囊压板包括外气囊内端压板和外气囊外端压板，所述外气囊内端压板将所述外气囊橡胶膜紧压在所述套筒内侧，所述外气囊外端压板将所述外气囊橡胶膜紧压在所述套筒外侧，所述外气囊内端压板和外气囊外端压板通过所述的螺杆固定。

所述内气囊橡胶膜和外气囊橡胶膜为两端厚、中间薄的结构。

所述的气压控制台包括由一个总气阀控制的两条相同的输出线路，两条输出线路分别与所述外气囊组件和所述内气囊组件连通，所述输出线路包括从总气阀到出气口依次连接的增压泵、高压气瓶、高压阀、减压调节阀、精密压力表、压力传感器、排气阀和输出阀，所述高精度压力表显示实际通入所述内气囊组件和外气囊组件的气压，所述压力传感器分别记录所述内气囊组件和外气囊组件的气压，并将压力转换成电信号送到数据记录仪，所述输出阀和排气阀对所述内气囊组件和外气囊组件加压和卸压。

所述下压板与所述MTS材料试验机支撑座之间设有外气囊支撑调节座，所述外气囊支撑调节座包括支撑座和调节板，所述支撑座固定在所述调节板上，所述调节板下方设置在所述MTS材料试验机支撑座上，所述支撑座与下压板连接，所述调节板上设有调节杆，所述外气囊组件通过所述调节杆支撑，所述调节板通过所述调节杆调节外气囊组件与中空圆柱体试件的相对位置。

一种沥青混合料三轴试验方法，包括如下步骤，

(a)制作试件：采用静压法或旋转压实法制作试件，钻芯取样获得中空圆柱体试件；

(b)保温：将内气囊组件、外气囊组件、上压板和下压板、外气囊支撑调节座和中空圆柱体试件，控温于15℃环境箱中进行保温，确保沥青混合料试件的保温时间在6小时以上，保温后在温控箱中进行试验；

(c)气压控制台操作：打开气源对气压控制台进行充气，充气完成后关闭气源，调节好内气囊和外气囊的气压后，打开输入阀对内气囊及外气囊输入压缩空气；

(d)开启气压控制台的数据采集系统及MTS材料试验机，以恒定的速度施加拉伸或压缩荷载，使试件在内气压、外气压及轴向荷载的共同作用下发生破坏，试验结束后，保存试验数据，关闭高压阀，打开卸气阀排尽气囊及气管内的压缩空气，取出试件后本次试验结束。

步骤（a）中所述中空圆柱体试件在钻内孔前将定位居中帽套在试件表面保证钻孔位置居中。

步骤（d）中所述的数据采集仪能采集气压数据，所述的加载速率为2mm/min，温度为15℃，试验时间为5分钟，数据采集密度设为10点/s。

由于采用上述结构和方法沥青混合料三轴试验装置构建了试件的复杂受力环境，使沥青混合料强度研究领域从单轴受力状态扩展到三向受力状态。该试验装置和方法具有如下优点：

（1）调整内气压、外气压和轴向荷载的大小，能形成不同的三向受力状态，能很好的模拟车轮荷载作用下沥青混合料的多轴应力状态，解决了已有的三轴试验装置不适合于沥青混合料的问题，使沥青混合料强度研究领域从一维受力状态扩展到三向受力状态，对研究复杂受力状态下沥青混合料的力学特性具有重要意义；

（2）由于采用刚柔复合式加载方式，使得沥青混合料三轴试验装置具有易于操控的优点，压板、外气囊和内气囊互不干涉，较好的解决了传统三轴试验方法中的隅角效应；

（3）所述的气压控制台为所述外气囊组件和内气囊组件提供稳定、精确、可调的气压；

（4）试验装置成本低廉、试验方法简单易行、便于推广。

综上所述，本发明---一种沥青混合料气囊三轴试验装置及方法具有简单易行，便于推广，能避免试件转角处的隅角效应、能较好的模拟车轮荷载作用下沥青混凝土受力状态的优点。气囊三轴试验装置使沥青混合料强度研究领域从单轴受力状态扩展到三向受力状态，对研究复杂受力状态下沥青混合料的力学特性、沥青混合料设计和沥青路面损害防治具有重要意义。

附图说明

图1（a）是本发明的结构示意图；

图1（b）是图1（a）A-A面的剖视图；

图2是本发明套筒的结构示意图；

图3（a）是本发明外气囊的结构示意图；

图3（b）是图3（a）B-B面的剖视图；

图3（c）是本发明外气囊组件的剖视图；

图4是本发明内气囊的结构示意图；

图5是本发明气压控制台系统图；

图6是典型的沥青混合料三轴试验曲线及破坏点的定义图；

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

实施例：

1、制作试件：采用静压法或旋转压实法制作沥青混合料试件，钻芯取样得到外径为100mm，内径为20mm，高为100mm中空圆柱体试件。为了保证钻孔位置居中，设计并制作了外径为101mm，内径21mm的圆环形定位居中帽，在钻孔前将定位居中帽套在试件表面，若钻头能顺利通过定位居中帽，则可精确的保证钻孔位置居中。

2、试件受力状态的确定：沥青混合料气囊三轴试验所采用的试件为中空圆柱体，内气囊和外气囊分别对试件内腔和外壁施加气压P₁和P₀，MTS材料试验机对试件施加轴向荷载P。由弹性力学可知，内半径为r、外半径为R、横截面积为A的中空圆柱体，受内压P₁、外压P₀和轴向荷载P的作用，在距试件中心ρ处，所受的径向应力σ_ρ、环向应力

和轴向应力σ_z分别为

径向应力： ${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ρ}}=\frac{\frac{R^2}{{\mathrm{\ρ}}^2}-1}{\frac{R^2}{r^2}-1}{P}_1-\frac{1-\frac{r^2}{{\mathrm{\ρ}}^2}}{1-\frac{r^2}{R^2}}{P}_0$

环向应力：

轴向应力： ${\mathrm{\σ}}_z=\frac{P}{A}$ （式-1）

试件内壁的边界条件为(σ_ρ)_ρ＝r=-P₁，外壁的边界条件为(σ_ρ)_ρ＝R=-P₀，试件所受的轴向应力σ_z、径向应力σ_ρ和环向应力即为三向主应力；改变内气压和外气压的大小，能在试件内部形成不同的应力场。

3、装配气囊组件及试件：气囊组件是本装置的核心部件，主要包括外气囊部件和内气囊部件。

如图1至5所示，外气囊组件主要由套筒1、外气囊5、气囊压板3、螺杆4等组成。套筒1由上套筒11和下套筒12组合而成，上套筒11和下套筒12两端卡装在一起，卡装的部分之间通过密封圈密封，套筒1留有进气口13可通入压缩空气，外气囊5包括外气囊橡胶膜51，外气囊橡胶膜51为空心圆筒形，所述的外气囊橡胶膜两端厚、中间薄，在外气囊橡胶膜51的外侧两端设有一圈凹槽52，外气囊5由外气囊橡胶膜51的两端翻转固定在所述套筒1两端的外缘上，凹槽52刚好嵌套在套筒1的外缘上，然后外气囊橡胶膜51固定在套筒1两端外缘上的部分通过气囊压板3固定，气囊压板3包括外气囊内端压板31和外气囊外端压板32，外气囊内端压板31固定外气囊橡胶膜51的内侧，外气囊外端压板32固定外气囊橡胶膜51的外侧，套筒1上下两端的外气囊内端压板和外气囊外端压板通过螺杆4固定连接，将外气囊橡胶膜51与套筒1压紧固定，使得外气囊橡胶膜51的外侧与套筒1的内侧形成密封的气囊，外气囊5通过套筒1表面的进气口13与外气囊5内部连通。将套筒1设计成上下可拆分的结构是考虑到在压缩试验中试件产生变形出现“腰鼓”现象，突出部位的最大直径可达115～120mm，若做成整体结构，将无法从套筒中取出试件残体。做成上下可拆分的结构，可方便的取出试件残体。将外气囊橡胶膜做成中间薄、两端厚的结构可防止试验过程中外气囊5从气囊压板3与试件7之间的缝隙挤出。本实施例中外气囊5两端厚1.4mm，中间厚1mm，外气囊橡胶膜51的两端留有凹槽，可嵌在套筒1上，外气囊5和套筒1装配好后，用气囊压板3压紧外气囊橡胶膜51和套筒1，拧紧螺杆4，使得套筒1、外气囊5和套筒压板3便形成一个整体，试件7放置在其中，外气囊橡胶膜51能完全包裹试件7的外圆柱表面。外气囊橡胶膜51的直径和压板的内径略大于试件直径，这样试件可方便的放入和取出。

内气囊组件6包括内气囊气芯62、内气囊固定装置和内气囊橡胶膜61。内气囊气芯62一端设有进气口，中部位置设有出气口，内气囊固定装置包括密封套锥63、定位螺母64和锁紧螺母65，内气囊橡胶膜61为空心圆筒形状，内气囊橡胶膜61套装在所述内气囊气芯62外后，两端通过密封套锥63和定位螺母64固定在内气囊气芯62的两端，再通过锁紧螺母65密封，使得内气囊橡胶膜61内侧与内气囊气芯62形成密封的气囊，内气囊气芯62的两端通过密封套锥63、定位螺母64和锁紧螺母65密封，两个锁紧螺母65中，一个开有通孔而另一个不带气孔，在装配锁紧螺母65时，须将带有气孔的锁紧螺母对应开有气孔的内气囊气芯62一端，否则压缩空气不能通入内气囊组件6。内气囊橡胶膜61的外径与试件内孔直径相同，通过锁紧螺母及气管65与气压控制台相连，压缩空气从进气管进入橡胶膜后，所有的气压均加在试件内孔表面。内气囊组件6的特点是能覆盖试件内孔的全部表面，且不与外气囊5及上压板81及下压板82发生干涉。

装配好内气囊后，视压缩试验和拉伸试验的不同，选择相应的加载板及连接杆进行试验。

进行拉伸试验时，选择表面粗糙的压板，用环氧树脂将试件7与上压板81和下压板82粘接固定，粗糙面可以起到加强粘接的效果。上压板81和下压板82上沿圆周方向留有螺孔，通过螺孔与MTS的拉伸臂上的连接头94连接，MTS的拉伸臂上的连接头94为球铰形，球铰形的连接头94通过内锁紧螺母可保证施加拉力时试件自动对中，内锁紧螺母可实现MTS与气囊组件形成一个整体。装配好内气囊组件6后，通过同轴架保证试件的精确对中，同轴架为经过精确测量的支架，当连接头94置于同轴架上后可保证试件的精确对中。若需施加外气压时，将外气囊支撑调节座安装在下压板82下，外气囊支撑调节座包括支撑座93和调节板91，支撑座93固定在所述调节板91上，支撑座93与下压板82连接，调节板91上设有调节杆92支撑外气囊组件，通过调节杆92调节外气囊组件与试件7的相对位置。

进行压缩试验时，选择表面光滑的上压板81，将MTS的伸缩臂上的球铰形压头直接放置在上压板81上，压杆一端与MTS力臂相连，一端直接作用在球铰形压头上给试件施加荷载，球绞形的压头能保证压力均匀的施加在试件表面。其他安装方式与拉伸试验一致。

气压控制台包括由一个总气阀控制的两条相同的输出线路，两条输出线路分别与所述外气囊组件和所述内气囊组件连通，所述输出线路包括从总气阀21到出气口依次连接的增压泵22、高压气瓶23、高压阀24、减压调节阀25、精密压力表26、压力传感器27、排气阀28和输出阀29，气压控制台具体工作流程是：打开总气阀21后，低压压缩空气进入增压泵22，在增压泵22中二次压缩，理论压缩比为10:1，实际压缩比为7:1，即1MPa气源经增压泵后可达到7MPa。增压泵22的压缩是间歇工作，增压泵22出口的气压不稳定，进入高压气瓶23经过缓冲后气压的脉动大大衰减，再通过减压调节阀25后便可获得稳定可靠的试验气源。在减压调节阀25后设有高精度压力表26、压力传感器27、排气阀28和输出阀29。高精度压力表26显示实际通入内气囊组件和外气囊组件的气压，压力传感器27分别记录内气囊组件和外气囊组件的气压，并将压力转换成电信号送到数据记录仪，输出阀29和排气阀28用于对气囊组件加压和卸压。在调控台内有两台增压泵将低压气源增压至7MPa，内气囊和外气囊都有自己独立的增压泵和高压气瓶，在高压气瓶口两条输出线路的压力互不干扰。

4、保温：装配好试件、内气囊组件、外气囊组件、上下压板、外气囊支撑调节座和空心圆柱体沥青混合料试件放入温控箱内进行保温，保温时间需在6小时以上；

5、气压控制台操作：打开气源对气压控制台进行充气，充气完成后关闭气源，调节好内气囊气压为0.25MPa，外气囊气压为0MPa，打开输入阀对内气囊及外气囊输入压缩空气。

6、开启气压控制台的数据采集系统及MTS材料试验机，以2mm/min速度施加竖向压缩荷载，试验时间为5分钟，数据采集密度设为10点/s，使试件内壁在内气压及轴向压缩荷载的共同作用下最先发生拉-压-压组合破坏。试验结束后，关闭高压阀，打开卸气阀排尽气囊及气管内的压缩空气，保存试验数据，再将数据输入origin软件，设定好横、纵坐标即可得到如图6所示的典型沥青混合料三轴试验曲线，过应力-应变曲线上线弹性阶段切线与应力峰值切线的交点向轴向应变坐标轴引垂线，将垂线与应力-应变曲线的交点定义为破坏点。再根据式1计算出σ_ρ、

σ_z，将σ_ρ、

σ_z按数值大小排序，即为沥青混合料破坏时的三个主应力，重复上述步骤，得到平行试验结果。

从上表可知，沥青混合料三轴试验能在试件内部形成三向不等的应力场，沥青混合料三轴试验结果可靠、稳定、离散性小。在拉-压-压组合应力状态下，沥青混凝土的抗压强度低于其单轴抗压强度，若以单轴抗压强度进行路面结构设计显然偏危险；若在压-压-压组合应力状态下，沥青混凝土的抗压强度高于其单轴抗压强度，若以单轴抗压强度进行路面结果设计显然偏保守。若以实测的三向受压强度进行路面结构设计，显然可以起到发挥材料的强度潜力、节省筑路材料的作用。因此，在路面结构设计中，需用三轴强度试验装置测定沥青混合料的多轴强度，然后根据该试验结果进行路面结构设计。

除能进行拉-压-压试验外，改变内气压和外气压的大小，沥青混合料三轴试验装置还能进行三轴拉伸试验、拉-压组合试验、压-压组合试验、拉-拉-压组合试验和压-压-压组合试验，这些试验能很好的模拟车轮荷载作用下沥青混凝土的各种受力状态。

Claims (9)

1.一种沥青混合料三轴试验装置，包括MTS材料试验机和气压控制台，还包括外气囊组件、内气囊组件、上压板和下压板，其特征在于，所述外气囊组件和内气囊组件由所述气压控制台提供可调的气压，所述外气囊组件的外气囊设置在中空圆柱体试件的外侧并且包裹所述中空圆柱体试件的外圆柱表面，所述内气囊组件的内气囊安装在中空圆柱体试件的内孔中并且与所述中空圆柱体试件内孔紧密接触，所述上压板和下压板分别固定在所述中空圆柱体试件的上表面和下表面，所述下压板与所述MTS材料试验机支撑座连接，所述上压板与所述MTS材料试验机的伸缩臂连接。

2.根据权利要求1所述的沥青混合料三轴试验装置，其特征在于，所述外气囊组件包括套筒、气囊压板、外气囊和螺杆，所述套筒表面设有连通所述套筒内外侧的进气口，所述套筒包括上套筒和下套筒，所述上套筒和下套筒密封卡装在一起，所述外气囊橡胶膜为空心圆柱体，所述外气囊橡胶膜形成的空心圆柱体的直径等于或大于中空圆柱体试件的直径，所述外气囊橡胶膜放置在所述套筒内侧并且所述外气囊橡胶膜的两端卡装在所述套筒两端并由所述气囊压板压紧固定，所述套筒上侧和下侧的所述气囊压板之间通过螺杆固定，使得所述气囊压板将所述外气囊橡胶膜紧压在所述套筒的两端，所述外气囊橡胶膜与所述套筒之间形成外气囊，所述套筒上的进气口与所述外气囊连通。

所述内气囊组件包括内气囊气芯、内气囊固定装置和内气囊橡胶膜，所述内气囊气芯一端设有进气口，所述内气囊气芯中部位置设有出气口，所述内气囊橡胶膜为空心圆柱体，所述内气囊橡胶膜形成的空心圆柱体的直径等于或小于中空圆柱体试件内孔的直径，所述内气囊固定装置包括锁紧螺母和密封套锥，所述内气囊橡胶膜套装在所述内气囊气芯外并且所述内气囊橡胶膜两端通过所述密封套锥固定在所述内气囊气芯的两端，所述锁紧螺母将所述密封套锥紧固在所述内气囊气芯上，使得所述内气囊橡胶膜与所述内气囊气芯之间形成内气囊，所述密封套锥的直径小于所述中空圆柱体试件内孔的直径，使得所述内气囊置于所述中空圆柱体试件内孔中，所述内气囊气芯的出气口与所述内气囊连通。

3.根据权利要求2所述的沥青混合料三轴试验装置，其特征在于，所述气囊压板包括外气囊内端压板和外气囊外端压板，所述外气囊内端压板将所述外气囊橡胶膜紧压在所述套筒内侧，所述外气囊外端压板将所述外气囊橡胶膜紧压在所述套筒外侧，所述外气囊内端压板和外气囊外端压板通过所述的螺杆固定。

4.根据权利要求2所述的沥青混合料三轴试验装置，其特征在于，所述内气囊橡胶膜和外气囊橡胶膜为两端厚、中间薄的结构。

5.根据权利要求2所述的沥青混合料三轴试验装置，其特征在于，所述的气压控制台包括由一个总气阀控制的两条相同的输出线路，两条输出线路分别与所述外气囊组件和所述内气囊组件连通，所述输出线路包括从总气阀到出气口依次连接的增压泵、高压气瓶、高压阀、减压调节阀、精密压力表、压力传感器、排气阀和输出阀，所述高精度压力表显示实际通入所述内气囊组件和外气囊组件的气压，所述压力传感器分别记录所述内气囊组件和外气囊组件的气压，并将压力转换成电信号送到数据记录仪，所述输出阀和排气阀对所述内气囊组件和外气囊组件加压和卸压。

6.根据权利要求1或2所述的沥青混合料三轴试验装置及试验方法，其特征在于，所述下压板与所述MTS材料试验机支撑座之间设有外气囊支撑调节座，所述外气囊支撑调节座包括支撑座和调节板，所述支撑座固定在所述调节板上，所述调节板下方设置在所述MTS材料试验机支撑座上，所述支撑座与下压板连接，所述调节板上设有调节杆，所述外气囊组件通过所述调节杆支撑，所述调节板通过所述调节杆调节外气囊组件与中空圆柱体试件的相对位置。

7.一种沥青混合料三轴试验方法，利用权利要求1至6所述的沥青混合料三轴试验装置，其特征在于，包括如下步骤，

(a)制作试件：采用静压法或旋转压实法制作试件，钻芯取样获得中空圆柱体试件；

(b)保温：将内气囊组件、外气囊组件、上压板和下压板、外气囊支撑调节座和中空圆柱体试件，控温于15℃环境箱中进行保温，确保沥青混合料试件的保温时间在6小时以上，保温后在温控箱中进行试验；

(c)气压控制台操作：打开气源对气压控制台进行充气，充气完成后关闭气源，调节好内气囊和外气囊的气压后，打开输入阀对内气囊及外气囊输入压缩空气；

(d)开启气压控制台的数据采集系统及MTS材料试验机，以恒定的速度施加拉伸或压缩荷载，使试件在内气压、外气压及轴向荷载的共同作用下发生破坏，试验结束后，保存试验数据，关闭高压阀，打开卸气阀排尽气囊及气管内的压缩空气，取出试件后本次试验结束。

8.根据权利要求7所述的沥青混合料三轴试验方法，其特征在于，步骤（a）中所述中空圆柱体试件在钻内孔前将定位居中帽套在试件表面保证钻孔位置居中。

9.根据权利要求7所述的沥青混合料三轴试验方法，其特征在于，步骤（d）中所述的数据采集仪能采集气压数据，所述的加载速率为2mm/min，温度为15℃，试验时间为5分钟，数据采集密度设为10点/s。

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