CN105571932B - 一种沥青混合料横观各向同性的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种沥青混合料横观各向同性的测试方法，属于沥青混合料力学性能的检测与评价领域。该方法在旋转压实成型的沥青混合料圆柱体试件1中，沿轴向钻孔取芯得到小圆柱体试件和圆环试样，并测试小试件的抗压回弹模量，以此作为沥青混合料大试件的轴向模量EV。抽提出小试件和圆环试样的沥青，剔除钻孔取芯导致的破碎集料，筛分矿料，适量的添加集料，使沥青抽提前后各档矿料的质量相同，采用与试件1相同的沥青用量和成型方式得到圆柱体试件3；沿径向钻孔取芯得到小圆柱体试件，并以测试得到的小试件抗压模量作为大试件的径向模量Eh，以表征沥青混合料的横观各向同性程度。本发明能提供比较精确的沥青混合料横观各向同性的检测结果。

Description

一种沥青混合料横观各向同性的测试方法
技术领域
本发明属于沥青混合料力学性能的检测与评价领域，具体涉及一种沥青混合料横观各向同性的测试方法。
背景技术
大量研究表明，路面压实成型的沥青混合料在各个方向的力学特征存在差异，尤其是垂直于路表和平行于路表两个方向上模量的差异甚至高达30％，即沥青混合料表现出明显的横观各向同性。但是，沥青混合料作为一种由粗细集料、填料、沥青和空隙组成的多相复合材料，其横观各向同性在很大程度上取决于内部各相材料的空间分布和形状特征，从而导致不同沥青混合料的横观各向同性程度并不相同。因此，有必要准确测试混合料的横观各向同性。
目前，测试沥青混合料横观各向同性的方法主要有两种。方法①：同一试件不同方向的模量测试，测试步骤如图1所示，成型沥青混合料圆柱体试件，从中切割出立方体试件，对立方体试件，在竖向和横向分别依次施加小应力或小应变，测试立方体试件竖向和横向模量，以两者的比值表征沥青混合料的各向异性程度。上述测试方法，虽然可以获取沥青混合料的模量比，但其缺陷也不容忽视。主要是在进行第一个方向模量测试时，必然引起与此方向平行的四个面产生向外侧“隆起”等变形，即使施加应力水平较小，这些变形也不可避免。由于常温或高温下沥青混合料的黏弹塑性，这部分变形并不能完全恢复，这就导致第二个方向模量测试不准确。不仅如此，该方法采用的小应力或小应变，与路表沥青混合料所受到的较高压应力水平存在差异；由于沥青混合料各向异性的应力依赖性，小应力测试导致获得的各个方向上模量差异不明显，从而低估了高温重载下沥青混合料的各向异性。方法②：不同试件同一方向的模量测试，测试步骤如图2所示，成型沥青混合料的两个大体积试件，沿着一个大试件的轴向钻取圆柱体试件，沿着另一个大体积试件的径向钻取试件，对钻取所得试件分别测试其轴向模量，以此作为大体积试件的轴向和径向模量，计算轴向与径向的模量比，以反映沥青混合料的横观各向同性。由于模量测试的小试件分属于不同的大体积试件，各个大体积试件中集料颗粒形状和分布不完全相同，这就导致有时出现水平模量大于竖向模量的反常情况。目前沥青混合料横观各向同性的两种测试方法都存在缺陷，有必要发明一种新的测试方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供准确性更高的沥青混合料横观各向同性的测试方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种沥青混合料横观各向同性的测试方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：通过旋转压实的方式成型沥青混合料试件1；
步骤二：沿着试件1的轴向钻孔取芯得到第一圆柱体试件2和圆环试样，测得第一圆柱体试件2的抗压回弹模量，并以此作为沥青混合料试件1的轴向模量EV；
步骤三：抽提第一圆柱体试件2和圆环试样的沥青，补充破碎集料，采用相同质量的同种沥青拌合、采用与步骤一相同的条件成型沥青混合料试件3；
步骤四：沿着试件3的径向钻孔取芯得到第二圆柱体试件4，将第二圆柱体试件4的两个底面切割成水平的圆形得到试件6，测得试件6的抗压回弹模量，并以此作为试件3的径向模量Eh，根据各向异性度评估沥青混合料横观各向同性程度。
在步骤三中，补充破碎集料的方式为：沥青抽提后，剔除钻孔取芯导致的破碎集料，对矿料进行筛分，适量的补充破碎集料，使沥青抽提前后各档矿料的质量相同。
在步骤一中，将搅拌好的沥青混合料倒入模具中，再将模具放至旋转压实仪上成型试件。
在步骤三中，抽提第一圆柱体试件2和圆环试样的沥青后剩余的矿料,将由于钻孔取芯导致的破碎集料剔除,对矿料进行筛分,适量补充矿料,使各档矿料与成型试件1的矿料质量相同,在补充好的矿料中倒入与试件1中相同的沥青,成型试件3。
在步骤四中，沿着虚线将第二圆柱体试件4的两个底面切割成水平的圆形，得到试件6，测量试件6高度，将试件6在30℃下保温，沿试件6轴向施加应力，根据轴向模量的计算方法，计算试件6的抗压回弹模量，并以此作为试件3的横向模量Eh。
由于钻孔取芯第一圆柱体试件的过程中集料破碎相对较少，对破碎集料适量补充后，矿料与原来的矿料相差不大，从而保证试件1和试件3具有相当的内部结构。
本发明所达到的有益效果：本发明所述一种沥青混合料横观各向同性的测试方法通过对沥青混合料进行沥青抽提，得到矿料，采用相同质量的同种沥青，相同的条件下再次成型试件，使沥青抽提前后两块试件内部结构相当，从一块试件的轴向和另一块的径向钻孔取芯得到两块小试件，测得小试件的轴向模量，并以此作为大试件的轴向模量和径向模量；所述一种沥青混合料横观各向同性的测试方法实现了在两个内部结构相当的试件中测试轴向和径向模量，能提供比较精确的沥青混合料横观各向同性的检测结果。
附图说明
图1为同一试件不同方向的模量测试方法示意图；
图2为不同试件同一方向的模量测试方法示意图；
图3为某AC—13试件竖向模量测试示意图；
图4为某AC—13试件横向切割小试件示意图；
图5为某AC—13试件横向模量测试示意图；、
图6为本发明的测试方法的流程示意图；
其中附图标记1-4和6均指试件，附图标记5指的是虚线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例：AC-13沥青混合料横观各向同性的评价方法，包括如下步骤：
选取级配如表1所示的集料，沥青选用70#基质沥青。
表1 AC-13级配
筛孔(mm) 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率(％) 100 98.4 78.9 54.68 36.64 26.8 19.63 13.17 9.73 5.75
根据设计好的级配和沥青用量，成型4个旋转压实试件，试件尺寸为直径150mm，高115mm。选取其中一个试件1，沿着沥青混合料试件的轴向钻孔取芯得到直径100mm，高为100mm的第一圆柱体试件2和圆环试样，将第一圆柱体试件2在30℃下保温，沿着第一圆柱体试件2的轴向加压，得到0.1P～0.7P应力作用下，第一圆柱体试件2的应变，如表2所示。
表2 AC-13不同应力水平下的变形
修正后，0.5P下的应变值为0.14mm。由公式(1)和(2)计算0.5P对应下，第一圆柱体试件2的回弹模量为1098.00MPa，并以此作为试件1的轴向模量EV。
其中，P为应力(MPa)；
d为圆柱体试件的径向长度(m)；
h为试件高度(mm)；
l为试件应变值(mm)。
抽提圆环试样和第一圆柱体试件2的沥青，得到试件1中的矿料，将矿料进行筛分，适量补充由于钻孔取芯造成的破碎集料，使沥青抽提前后各档矿料的质量相同。由于钻孔取芯试件1的过程中集料破碎相对较少，对破碎集料适量补充后，矿料与原来的矿料相差不大，从而保证试件1和试件3具有相当的内部结构。具体地，沥青抽提后,矿料没有了沥青的粘结,不能构成试件的完整形状,成为一堆松散的矿料。钻孔取芯导致少许粗集料的破碎。将矿料放置集料最大粒径的方孔筛上,晃动进行筛分,粒径小于该方孔筛的矿料落入尺寸小一级的方孔筛中,重复此步骤。矿料筛分后,称量各档矿料的质量,对比成型试件(1)的矿料质量,添加矿料,使沥青抽提前后各档矿料质量相同。
用相同质量的同种沥青，在相同的试验条件下成型试件3，沿着试件3的径向钻孔取芯得到第二圆柱体试件4，沿着虚线5将第二圆柱体试件4的两个底面切割成水平的圆形，得到试件6，测量试件高度，将试件6在30℃下保温，沿试件6轴向施加应力，根据轴向模量的计算方法，计算试件6的抗压回弹模量，并以此作为试件3的横向模量Eh。根据各向异性度评估沥青混合料的横观各向同性程度。其他3块试件重复上述实验步骤，4块AC-13试件30℃下横向各向同性程度如表3所示。试件3的尺寸与试件1的尺寸相同，直径150mm,高115mm。试件4的尺寸为直径100mm，高70mm。
表3 AC-13试件30℃时的抗压回弹模量
取4个试件的平均值,在30℃下,级配如表1的AC-13试件的横观各向同性程度为1.2325。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种沥青混合料横观各向同性的测试方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：通过旋转压实的方式成型第一沥青混合料试件(1)；
步骤二：沿着第一沥青混合料试件(1)的轴向钻孔取芯得到第一圆柱体试件(2)和圆环试样，测得第一圆柱体试件(2)的抗压回弹模量，并以此作为第一沥青混合料试件(1)的轴向模量EV；
步骤三：抽提第一圆柱体试件(2)和圆环试样的沥青，补充破碎集料，采用相同质量的同种沥青拌合、采用与步骤一相同的条件成型第二沥青混合料试件(3)；
步骤四：沿着第二沥青混合料试件(3)的径向钻孔取芯得到第二圆柱体试件(4)，将第二圆柱体试件(4)的两个底面切割成水平的圆形得到第三沥青混合料试件(6)，测得第三沥青混合料试件(6)的抗压回弹模量，并以此作为第二沥青混合料试件(3)的径向模量Eh，根据各向异性度评估沥青混合料横观各向同性程度。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料横观各向同性的测试方法，其特征是，在步骤三中，补充破碎集料的方式为：沥青抽提后，剔除钻孔取芯导致的破碎集料，对矿料进行筛分，适量的补充破碎集料，使沥青抽提前后各档矿料的质量相同。
3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料横观各向同性的测试方法，其特征是，在步骤三中，抽提第一圆柱体试件(2)和圆环试样的沥青后剩余的矿料,将由于钻孔取芯导致的破碎集料剔除,对矿料进行筛分,适量补充矿料,使各档矿料与成型第一沥青混合料试件(1)的矿料质量相同,在补充好的矿料中倒入与第一沥青混合料试件(1)中相同的沥青,成型第二沥青混合料试件(3)。
4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料横观各向同性的测试方法，其特征是，在步骤四中，将第二圆柱体试件(4)的两个底面切割成水平的圆形，得到第三沥青混合料试件(6)，测量第三沥青混合料试件(6)高度，将第三沥青混合料试件(6)在30℃下保温，沿第三沥青混合料试件(6)轴向施加应力，根据轴向模量的计算方法，计算第三沥青混合料试件(6)的抗压回弹模量，并以此作为第二沥青混合料试件(3)的径向模量Eh。
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