CN105973734A - 基于mts加载的沥青混合料疲劳测试方法 - Google Patents

基于mts加载的沥青混合料疲劳测试方法 Download PDF

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Abstract

基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，本发明涉及基于MTS加载的沥青料疲劳寿命的试验方法，它要解决现有沥青料疲劳试验方法的实验周期长，模拟的受力状态与实际沥青路面疲劳破坏不一致的问题。测试方法：一、获取沥青混合料试件；二、切割试件成标准尺寸；三、将沥青试件装夹到模具中，试件的下表面粘贴有应变片；四、试件的上表面粘接有粘接片；五、待测试件的传力杆与MTS加载装置的传动杆连接；六、调整试验温度；七、设定目标应变值进行疲劳试验，拟合疲劳方程曲线。本发明的沥青试件受力状态为底部受弯拉，与真实路面在车辆荷载作用下沥青层底受重复弯拉作用而产生疲劳破坏的模式相吻合，能更准确地评价沥青混合料的疲劳性能。

Description

基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法
技术领域
本发明涉及一种基于MTS加载的沥青混合料疲劳寿命测试的试验方法。
背景技术
随着公路交通量日益增加，汽车轴重不断增大，汽车对路面的破坏作用变得越来越明显。路面使用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。
目前的沥青混合料疲劳试验方法主要分为足尺寸试验，大尺寸结构试验和室内小尺寸试验，一般有重复弯曲试验，直接拉伸试验，间接拉伸疲劳试验，消散能方法，断裂力学方法，重复拉伸或拉压疲劳试验，重复三轴拉伸试验，弹性基础上的重复弯曲试验，室内轮辙试验，现场轮载试验。以上试验方法虽然可以在一定范围内模拟沥青路面的疲劳破坏，但均有各自的不足之处，如弯曲梁拉伸试验，受力状态与实际路面结构有较大的差别，操作时间长；梯形悬臂梁试验的试件尺寸切割难度较大；直接拉伸试验的试验温度仅有10℃，不适用于实际路面服役时所处的温度状态；重复拉伸试验或拉压疲劳试验费时，成本高，需专门设备；室内轮辙试验虽能较好的模拟现场情况，但低劲度沥青混合料会受车辙影响。最重要的一点是现有的沥青混合料疲劳试验方法均是对路面服役时受力状态的单一方面模拟，因此，现急需一种与实际沥青路面疲劳破坏相吻合，且方法简便、省力节时的试验方法。
发明内容
本发明的目的是要解决现有沥青混合料疲劳试验方法的实验周期长，模拟的受力状态与实际沥青路面疲劳破坏不一致的问题，而提供一种基于MTS加载的，试件可室内成型或现场取芯后简单切割即可试验评价混合料疲劳寿命的快速便捷试验方法。
本发明基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法按下列步骤实现：
一、获取待测的沥青混合料试件；
二、将待测的沥青混合料试件切割成直径d＝150mm，厚度h＝30mm的饼状试件，将切割面擦拭干净，标记切割面中心位置，得到干净的待测饼状沥青混合料试件；
三、将干净的待测饼状沥青混合料试件嵌入第一半圆模具的半圆围壁中部的凹槽中，使凹槽的上约束凸缘和下约束凸缘与待测饼状沥青混合料试件的边缘相接触，其中第一半圆形模具是沿半圆形底板的圆弧边沿设置有半圆围壁，在半圆形底板开有预留孔，在半圆围壁中部开有凹槽，凹槽的宽度等于待测饼状沥青混合料试件的高度，在半圆围壁两侧开放端的外壁上分别设置有连接板，在每个连接板上开有螺栓孔，然后将应变片粘贴到待测饼状沥青混合料试件下表面的中心位置，与应变片连接的线缆从预留孔穿出，第二半圆模具与第一半圆模具的结构相同，然后将第二半圆模具的连接板与第一半圆模具的连接板对齐通过螺栓固定，从而夹紧干净的待测饼状沥青混合料试件；
四、将传力杆下端带有的粘接片擦拭干净，在标记的切割面中心位置涂上强力胶，粘接片粘接到涂胶的切割面中心位置，并保证传力杆与沥青混合料试件的上端面垂直，强力胶凝固后得到待测试件；
五、打开计算机控制程序，将待测试件转移到MTS的环境箱内，将待测试件上表面的传力杆与MTS加载装置的传动杆连接并固定，得到组装后的待测试件；
六、开启环境箱的控温系统，调整试验温度，使组装后的待测试件在环境箱内养生4h以上，得到养生后的待测试件；
七、将应变片连接的线缆与计算机系统相连接后，设定目标应变值，调整加载系统的初始荷载参数，施加偏正弦荷载，完成一次疲劳试验，然后改变目标应变值，重复进行疲劳试验，根据不同应变水平及其对应的疲劳试验次数拟合疲劳方程曲线，再由疲劳方程曲线计算得到沥青混合料的疲劳寿命。
本发明基于MTS(Material test system，材料试验机)加载的沥青混合料疲劳测试方法包含以下优点：
1、试验所用试件既可以室内制作，也可现场取芯得到，且试件尺寸切割相比传统的小梁试件更加容易，一个旋转压实试件或一个现场取芯试件可制作多个试验试件；
2、利用MTS进行加载疲劳试验，而不必像现在大多数疲劳试验需要UTM等昂贵设备，也不需要额外购买其他设备，大大降低了试验成本；
3、试件受力状态为混合料层底部受弯拉，与真实路面在车辆荷载作用下沥青层底受重复弯拉作用而产生疲劳破坏的模式相吻合；
4、综合了目前广泛使用的小梁四点弯曲疲劳试验优势，能更准确地评价沥青混合料的疲劳性能。
附图说明
图1为夹持有待测饼状沥青混合料试件的第一半圆模具的结构示意图；
图2为待测饼状沥青混合料试件的结构示意图；
图3为夹持有待测饼状沥青混合料试件的第一半圆模具的主视图；
图4为装夹有待测饼状沥青混合料试件的模具整体结构示意图；
图5为实施例一在试验温度为15℃，荷载频率为10Hz的条件下不同应变水平对应的试验次数曲线图，其中1—300微应变，2—380微应变，3—450微应变，4—520微应变，5—600微应变；
图6为实施例一得到的疲劳方程曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法按下列步骤实现：
一、获取待测的沥青混合料试件；
二、将待测的沥青混合料试件切割成直径d＝150mm，厚度h＝30mm的饼状试件，将切割面擦拭干净，标记切割面中心位置，得到干净的待测饼状沥青混合料试件3；
三、将干净的待测饼状沥青混合料试件3嵌入第一半圆模具1的半圆围壁1-1中部的凹槽中，使凹槽的上约束凸缘4和下约束凸缘5与待测饼状沥青混合料试件3的边缘相接触，其中第一半圆形模具1是沿半圆形底板1-2的圆弧边沿设置有半圆围壁1-1，在半圆形底板1-2开有预留孔7，在半圆围壁1-1中部开有凹槽，凹槽的宽度等于待测饼状沥青混合料试件3的高度，在半圆围壁1-1两侧开放端的外壁上分别设置有连接板6，在每个连接板6上开有螺栓孔6-1，然后将应变片9粘贴到待测饼状沥青混合料试件3下表面的中心位置，与应变片9连接的线缆从预留孔7穿出，第二半圆模具2与第一半圆模具1的结构相同，然后将第二半圆模具2的连接板6与第一半圆模具1的连接板6对齐通过螺栓10固定，从而夹紧干净的待测饼状沥青混合料试件；
四、将传力杆11下端带有的粘接片8擦拭干净，在标记的切割面中心位置涂上强力胶，粘接片8粘接到涂胶的切割面中心位置，并保证传力杆11与沥青混合料试件3的上端面垂直，强力胶凝固后得到待测试件；
五、打开计算机控制程序，将待测试件转移到MTS的环境箱内，将待测试件上表面的传力杆11与MTS加载装置的传动杆连接并固定，得到组装后的待测试件；
六、开启环境箱的控温系统，调整试验温度，使组装后的待测试件在环境箱内养生4h以上，得到养生后的待测试件；
七、将应变片连接的线缆与计算机系统相连接后，设定目标应变值，调整加载系统的初始荷载参数，施加偏正弦荷载，完成一次疲劳试验，然后改变目标应变值，重复进行疲劳试验，根据不同应变水平及其对应的疲劳试验次数拟合疲劳方程曲线，再由疲劳方程曲线计算得到沥青混合料的疲劳寿命。
本实施方式固定沥青混合料的模具由结构相同的第一半圆模具和第二半圆模具组成，第一半圆形模具是沿半圆形底板的圆弧边沿设置有半圆围壁，在半圆形底板开有预留孔，在半圆围壁中部开有凹槽，凹槽的上约束凸缘和下约束凸缘与待测饼状沥青混合料试件的边缘相接触，在半圆围壁两侧开放端的外壁上分别设置有连接板，在每个连接板上开有螺栓孔，第一半圆模具和第二半圆模具通过连接板上的螺栓孔对齐并使用螺栓连接。
本实施方式夹持有待测饼状沥青混合料试件的第一半圆模具的结构示意图如图1所示，待测饼状沥青混合料试件的结构示意图如图2所示，夹持有沥青混合料试件的第一半圆模具的主视图如图3所示，整体结构示意图如图4所示。
本实施方式固定沥青混合料的模具浅碟状，通过围壁中凹槽的槽壁(约束凸缘)起到支撑夹持待测饼状沥青混合料试件的作用。
本实施方式步骤一可以按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》制作沥青混合料试件，步骤三将应变片粘贴到试件底部，MTS荷载传感器测出荷载，试件底部的应变片测试出试件的弯拉应变。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的沥青混合料试件是通过旋转压实的方法制作得到的。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的沥青混合料试件是通过现场取芯得到的。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤三中上约束凸缘4和下约束凸缘5倒有圆角。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中连接板6上的螺栓孔6-1的孔径为10mm。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤四中粘接片8的直径为15mm。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤六开启环境箱的控温系统，调整试验温度为15℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤七施加频率为5Hz～25Hz偏正弦荷载。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤七设定目标应变值，调整加载系统的初始荷载参数，施加偏正弦荷载，当施加的荷载下降为初始荷载的二分之一时，记录疲劳试验次数，完成一次疲劳试验，然后改变目标应变值，重复进行疲劳试验，根据不同应变水平及其对应的疲劳试验次数拟合疲劳方程曲线，再由疲劳方程曲线计算得到沥青混合料的疲劳寿命。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中第一半圆模具1和第二半圆模具2的材质为不锈钢。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
实施例一：本实施例基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法按下列步骤实现：
一、采用PINE AFGC125X型旋转压实仪制作直径d＝150mm，高度h＝150mm的圆柱体AC-13沥青混合料，并在室温放置24h作为待测的圆柱形沥青混合料试件；
二、将待测的圆柱形沥青混合料试件采用双轮锯切割成直径d＝150mm，厚度h＝30mm的饼状试件，将切割面用(湿)毛巾擦拭干净，标记切割面中心位置，得到干净的待测饼状沥青混合料试件3；
三、将干净的待测饼状沥青混合料试件3嵌入第一半圆模具1的半圆围壁1-1中部的凹槽中，使凹槽的上约束凸缘4和下约束凸缘5与待测饼状沥青混合料试件3的边缘相接触，其中第一半圆形模具1是沿半圆形底板1-2的圆弧边沿设置有半圆围壁1-1，在半圆形底板1-2开有预留孔7，在半圆围壁1-1中部开有凹槽，凹槽的宽度等于待测饼状沥青混合料试件3的高度，在半圆围壁1-1两侧开放端的外壁上分别设置有连接板6，在每个连接板6上开有螺栓孔6-1，然后将应变片9粘贴到待测饼状沥青混合料试件3下表面的中心位置，测定试件受力时的弯拉应变，与应变片9连接的线缆从预留孔7穿出，第二半圆模具2与第一半圆模具1的结构相同，然后将第二半圆模具2的连接板6与第一半圆模具1的连接板6对齐通过螺栓10固定，从而夹紧干净的待测饼状沥青混合料试件3；
四、将传力杆11下端带有的粘接片8擦拭干净，在标记的切割面中心位置涂上强力胶，粘接片8粘接到涂胶的切割面中心位置，并保证传力杆11与沥青混合料试件3的上端面垂直，强力胶凝固后得到待测试件；
五、打开计算机控制程序，将待测试件转移到MTS的环境箱内，将待测试件上表面的传力杆11与MTS加载装置的传动杆连接并固定，并使试件处于不受力状态，得到组装后的待测试件；
六、开启环境箱的控温系统，调整试验温度为15℃，使组装后的待测试件在环境箱内养生4h以上，得到养生后的待测试件；
七、将应变片连接的线缆与计算机系统相连接后，调整加载系统参数，设定目标应变值为300～600με，施加频率为10Hz的偏正弦荷载，根据待测试件底部弯拉应变的大小调整需要施加荷载的峰值，不同荷载作用下待测试件的应力分布通过有限元方法或者弹塑性力学方法得到，在整个试验过程中，系统自动根据设定的目标应变值调整施加的荷载，当施加的荷载下降为初始荷载的一半时，记录疲劳试验次数，完成一次疲劳试验，然后改变目标应变值，重复进行疲劳试验，根据不同应变水平及其对应的疲劳试验次数拟合疲劳曲线，再由疲劳方程曲线计算得到沥青混合料的疲劳寿命。
本实施例在试验温度为15℃，荷载频率为10Hz的条件下不同应变水平对应的试验次数曲线图如图5所示，其中横坐标为荷载作用次数Nf，再以(logε，logNf)描点，得到疲劳寿命曲线(见图6)，图6中拟合得到该沥青混合料的疲劳寿命曲线为logNf＝-3.692logε+13.414，R2＝0.95467。

Claims (10)

1.基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于是按下列步骤实现：
一、获取待测的沥青混合料试件；
二、将待测的沥青混合料试件切割成直径d＝150mm，厚度h＝30mm的饼状试件，将切割面擦拭干净，标记切割面中心位置，得到干净的待测饼状沥青混合料试件(3)；
三、将干净的待测饼状沥青混合料试件(3)嵌入第一半圆模具(1)的半圆围壁(1-1)中部的凹槽中，使凹槽的上约束凸缘(4)和下约束凸缘(5)与待测饼状沥青混合料试件(3)的边缘相接触，其中第一半圆形模具(1)是沿半圆形底板(1-2)的圆弧边沿设置有半圆围壁(1-1)，在半圆形底板(1-2)开有预留孔(7)，在半圆围壁(1-1)中部开有凹槽，凹槽的宽度等于待测饼状沥青混合料试件(3)的高度，在半圆围壁(1-1)两侧开放端的外壁上分别设置有连接板(6)，在每个连接板(6)上开有螺栓孔(6-1)，然后将应变片(9)粘贴到待测饼状沥青混合料试件(3)下表面的中心位置，与应变片(9)连接的线缆从预留孔(7)穿出，第二半圆模具(2)与第一半圆模具(1)的结构相同，然后将第二半圆模具(2)的连接板(6)与第一半圆模具(1)的连接板(6)对齐通过螺栓(10)固定，从而夹紧干净的待测饼状沥青混合料试件；
四、将传力杆(11)下端带有的粘接片(8)擦拭干净，在标记的切割面中心位置涂上强力胶，粘接片(8)粘接到涂胶的切割面中心位置，并保证传力杆(11)与沥青混合料试件(3)的上端面垂直，强力胶凝固后得到待测试件；
五、打开计算机控制程序，将待测试件转移到MTS的环境箱内，将待测试件上表面的传力杆(11)与MTS加载装置的传动杆连接并固定，得到组装后的待测试件；
六、开启环境箱的控温系统，调整试验温度，使组装后的待测试件在环境箱内养生4h以上，得到养生后的待测试件；
七、将应变片连接的线缆与计算机系统相连接后，设定目标应变值，调整加载系统的初始荷载参数，施加偏正弦荷载，完成一次疲劳试验，然后改变目标应变值，重复进行疲劳试验，根据不同应变水平及其对应的疲劳试验次数拟合疲劳方程曲线，再由疲劳方程曲线计算得到沥青混合料的疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤一中所述的沥青混合料试件是通过旋转压实的方法制作得到的。
3.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤一中所述的沥青混合料试件是通过现场取芯得到的。
4.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤三中上约束凸缘(4)和下约束凸缘(5)倒有圆角。
5.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤三中连接板(6)上的螺栓孔(6-1)的孔径为10mm。
6.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤四中粘接片(8)的直径为15mm。
7.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤六开启环境箱的控温系统，调整试验温度为15℃。
8.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤七施加频率为5Hz～25Hz偏正弦荷载。
9.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤七设定目标应变值，调整加载系统的初始荷载参数，施加偏正弦荷载，当施加的荷载下降为初始荷载的二分之一时，记录疲劳试验次数，完成一次疲劳试验，然后改变目标应变值，重复进行疲劳试验，根据不同应变水平及其对应的疲劳试验次数拟合疲劳方程曲线，再由疲劳方程曲线计算得到沥青混合料的疲劳寿命。
10.根据权利要求1所述的基于MTS加载的沥青混合料疲劳测试方法，其特征在于步骤三中第一半圆模具(1)和第二半圆模具(2)的材质为不锈钢。
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