CN109187624A - 一种路面材料温缩系数的逆序测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，本发明涉及材料收缩系数的测定方法。本发明的目的是为了解决现有降温的方式测定材料收缩的方法操作复杂，对控温设备的要求很高，未考虑金属支架自身温缩变形的误差影响的问题。过程为：将基层试件和面层试件粘结在一起，形成组合试件；将顶部贴好玻璃片的组合试件放到降温设备中降温冷冻至‑30℃，并在‑30℃条件下保温3小时；保温结束后把组合试件取出，放到温缩系数测定装置上；在组合试件的基层、结合处、面层分别安置千分表，使千分表与玻璃片接触；千分表读数和试件温度基本不变，结束试验；根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算组合试件温缩系数。本发明用于交通运输领域。
Description
技术领域
本发明涉及材料收缩系数的测定方法。
背景技术
材料的温缩系数能有效判断材料在温度变化过程中的变形能力，是评价抗裂性能的重要参数之一。因此准确地测出材料的收缩系数，把这一参数应用到路面材料和结构设计中，对于路面设计的合理性及控制路面裂缝有重要的实际意义。但是目前由于试验条件和试验方法的差异，并没有统一的温缩系数测试方法，测得的温缩系数相差较大，试验数据的对比分析和规律总结比较困难。因此，有必要对材料温缩系数的测定方法进行深入讨论。利用合理的测定方法，快速、准确地测定不同路面材料的温缩系数。
目前的温缩试验一般是从高温开始，通过降温设备的控温程序，逐级降温，以此来测定试件的相应收缩量。但是以降温的方式来测定材料收缩的方法操作复杂，对控温设备的要求很高，还需要消除金属支架自身温缩变形的误差影响。因此，为解决上述问题，本发明中拟采用升温代替降温来测定材料的收缩量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有降温的方式测定材料收缩的方法操作复杂，对控温设备的要求很高，未考虑金属支架自身温缩变形的误差影响的问题，而提出一种路面材料温缩系数的逆序测定方法。
一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、将K型热电偶分别与基层混合料和面层混合料一起放入模具中进行试件的击实成型，得到基层试件和面层试件；
步骤二、将制作完成的基层试件和面层试件烘干后再冷却至常温；
步骤三、在基层试件和面层试件的顶部分别贴上玻璃片；
步骤四、将顶部贴好玻璃片的基层试件和面层试件放到降温设备中降温冷冻至-30℃，并在-30℃条件下保温3小时；
步骤五、保温结束后把基层试件和面层试件取出，放到单体材料温缩系数测定装置支架1上；
步骤六、在单体材料温缩系数测定装置支架2上部安置2个千分表，使基层试件和面层试件顶部的玻璃片分别与千分表指针接触；
步骤七、读取千分表的初始读数以及试件的初始温度；
步骤八、试验开始后，在2小时内每隔5分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤九、试验开始2小时之后，每隔60分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤十、千分表读数和试件温度同时满足与上一次千分表读数和试件温度之差不超过5％，停止读数，结束试验；
步骤十一、根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算基层试件和面层试件温缩系数。
一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、将K型热电偶分别与基层混合料和面层混合料一起放入模具中进行试件的击实成型，得到基层试件和面层试件；
步骤二、采用SBS改性沥青作为粘结材料，将基层试件和面层试件粘结在一起，形成组合试件；
步骤三、在组合试件的顶部贴上玻璃片，使组合试件的基层、基层与面层的结合处、面层与玻璃片接触；
步骤四、将顶部贴好玻璃片的组合试件放到降温设备中降温冷冻至-30℃，并在-30℃条件下保温3小时；
步骤五、保温结束后把组合试件取出，放到组合试件温缩系数测定装置支架1上；
步骤六、在组合试件的基层、基层与面层的结合处、面层分别安置千分表，使千分表与组合试件顶部的玻璃片接触；
步骤七、读取千分表的初始读数以及试件的初始温度；
步骤八、试验开始后，在2小时内每隔5分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤九、试验开始2小时之后，每隔60分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤十、千分表读数和试件温度同时满足与上一次千分表读数和试件温度之差不超过5％，停止读数，结束试验；
步骤十一、根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算组合试件温缩系数。
本发明的有益效果为：
1、本发明所选用的基层、面层级配类型为常用的水泥稳定碎石和沥青混凝土，能够较好的模拟实际的路面结构；
2、本发明可以大大简化试验条件，只需要将试件放到降温设备中降温至指定温度，而不再需要逐级降温的控温设备；操作简单，对控温设备要求低；
3、本发明中的测量设备经济廉价，变形量的测量采用千分表，温度的测量采用热电偶，但都可以达到测试的精度要求；操作简单，对控温设备要求低；
4、本发明在试验过程中操作简单，大大提高了温缩试验的效率，只需要将冷冻至指定温度的试件放到室内环境下自然升温，可以连续读数，而不需要控温稳定后再读数；
5、本发明可以测试不同类型基层、面层单体材料的温缩系数，还可以测试不同类型基层-面层组合结构的温缩系数，探究基层、面层在温缩过程中的相互作用机制；
6、本发明中支架的组装与千分表的读数过程始终在室内恒温环境下进行，考虑并消除了金属支架和千分表自身的温缩误差影响。
正常采用的降温测试方法对控温设备的要求很高，要求设备不仅能够达到5℃/h的降温速率，而且要在每一级的温度上保温3h，加上操作复杂，读数过程不连续，测试时长约为25h左右；本发明中采用改进的升温测试方法，只需将试件冷冻至-30℃后放至室温下升温，且可以连续读数，测试时长约为13h，不仅大大降低了对控温设备的要求，而且简化了测试的流程，缩短了测试时间。
附图说明
图1为本发明单体试件的温缩系数测定装置图；
图2为本发明组合试件的温缩系数测定装置图；
图3为本发明二灰稳定碎石升温与降温的平均温缩系数对比图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种路面材料温缩系数的逆序测定方法具体过程为：
对于基层或面层材料的单体试件，其测试方法如下：
步骤一、将K型热电偶分别与基层混合料和面层混合料一起放入模具中进行试件的击实成型，得到基层试件和面层试件；
步骤二、将制作完成的基层试件和面层试件烘干后再冷却至常温；
步骤三、用502胶水在基层试件和面层试件的顶部分别贴上玻璃片；
步骤四、将顶部贴好玻璃片的基层试件和面层试件放到降温设备中降温冷冻至-30℃，并在-30℃条件下保温3小时；
步骤五、保温结束后把基层试件和面层试件取出，迅速放到单体材料温缩系数测定装置支架1上(单体材料温缩系数测定装置如图1，包括支架1、支架2、侧壁支架1和侧壁支架，支架1两端分别连接侧壁支架1和侧壁支架2底部，支架2两端分别连接侧壁支架1和侧壁支架2顶部，支架1在支架2下面)；
步骤六、在单体材料温缩系数测定装置支架2上部安置2个千分表，调整好千分表至合适位置，使基层试件和面层试件顶部的玻璃片分别与千分表指针接触；
步骤七、读取千分表的初始读数以及试件的初始温度；
步骤八、试验开始后(试件从-30℃逐渐恢复到室温)，在2小时内(包括2小时)每隔5分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤九、试验开始2小时之后，每隔60分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤十、千分表读数和试件温度同时满足与上一次千分表读数和试件温度之差不超过5％，停止读数，结束试验；
步骤十一、根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算基层试件和面层试件温缩系数。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中基层混合料和面层混合料配置过程为：
根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》和《公路工程沥青混合料试验规程》中的相关要求，配置不同级配类型的基层混合料和面层混合料；
基层混合料和面层混合料级配类型为常用的二灰稳定碎石和沥青混凝土，能够较好的模拟实际的路面结构。
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或二不同的是：所述步骤一中模具尺寸为长400mm×宽100mm，高度可调，对于基层试件成型高度为100mm，对于面层试件成型高度为60mm。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
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：所述步骤十一中根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算基层试件和面层试件温缩系数，公式为：
根据千分表读数的差值和试件的温度差值，参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中温缩试验指标的计算公式进行相关计算。各指标的计算公式如下所示：
温缩应变：
温缩系数：
式中，εi为第i个温度区间下的温缩应变(％)；
Δl为千分表读数的差值(mm)；
L0为试件的初始长度(会和模具长度400有些误差，所以要在测一下试件的初始长度)，由于相对于试件的长度而言，温缩变形很小，因此以试验前测定的试件长度计(mm)；
αT为温缩系数；
ΔT为温度区间(℃)。
由以上两式，根据温缩试验所测得的数据进行计算处理与分析，可得到各试件的温缩变形量、温缩应变和温缩系数等指标，再根据各指标随时间的变化关系，可以做出各指标随时间变化的关系图。
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：结合图2说明本实施方式，本实施方式的一种路面材料温缩系数的逆序测定方法具体过程为：
对于基层-面层组合试件，其测试方法如下：
步骤一、将K型热电偶分别与基层混合料和面层混合料一起放入模具中进行试件的击实成型，得到基层试件和面层试件；
步骤二、采用SBS改性沥青作为粘结材料，将基层试件和面层试件粘结在一起，形成组合试件；
采用重物静压的方式，在组合试件顶部放置重物(质量大于组合试件质量)静压，使两个试件之间粘结得更加牢固；
步骤三、用502胶水在组合试件的顶部(组合试件倒放，组合试件左侧为基层试件，右侧为面层试件，组合试件的顶部为包括基层试件、面层试件和基层面层试件粘结处)贴上玻璃片，使组合试件的基层、基层与面层的结合处、面层与玻璃片接触；
步骤四、将顶部贴好玻璃片的组合试件放到降温设备中降温冷冻至-30℃，并在-30℃条件下保温3小时；
步骤五、保温结束后把组合试件取出，迅速放到组合试件温缩系数测定装置支架1(单体材料温缩系数测定装置如图2，包括支架1、支架2、侧壁支架1和侧壁支架，支架1两端分别连接侧壁支架1和侧壁支架2底部，支架2两端分别连接侧壁支架1和侧壁支架2顶部，支架1在支架2下面)上；
步骤六、在组合试件的基层底部、基层与面层的结合处(面层一侧)、面层顶部分别安置千分表(千分表位于组合试件温缩系数测定装置支架2上)，调整好千分表至合适位置，使千分表与组合试件顶部的玻璃片接触；
步骤七、读取千分表的初始读数以及试件的初始温度；
步骤八、试验开始后(试件从-30℃逐渐恢复到室温)，在2小时内(包括2小时)每隔5分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤九、试验开始2小时之后，每隔60分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤十、千分表读数和试件温度同时满足与上一次千分表读数和试件温度之差不超过5％，停止读数，结束试验；
步骤十一、根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算组合试件温缩系数。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述步骤一中基层混合料和面层混合料配置过程为：
根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》和《公路工程沥青混合料试验规程》中的相关要求，配置不同级配类型的基层混合料和面层混合料；
基层混合料和面层混合料级配类型为常用的二灰稳定碎石和沥青混凝土，能够较好的模拟实际的路面结构。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：所述步骤一中模具尺寸为长400mm×宽100mm，高度可调，对于基层试件成型高度为100mm，对于面层试件成型高度为60mm。
其它步骤及参数与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：所述步骤二中SBS改性沥青的最佳抹涂用量为1.05kg/m2，经计算得沥青粘结层的厚度为1mm。
其它步骤及参数与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：所述步骤十一中根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算组合试件温缩系数，公式为：
根据千分表读数的差值和试件的温度差值，参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中温缩试验指标的计算公式进行相关计算。各指标的计算公式如下所示：
温缩应变：
温缩系数：
式中，εi为第i个温度区间下的温缩应变(％)；
Δl为千分表读数的差值(mm)；
L0为试件的初始长度(会和模具长度400有些误差，所以要在测一下试件的初始长度)，由于相对于试件的长度而言，温缩变形很小，因此以试验前测定的试件长度计(mm)；
αT为温缩系数；
ΔT为温度区间(℃)。
由以上两式，根据温缩试验所测得的数据进行计算处理与分析，可得到各试件的温缩变形量、温缩应变和温缩系数等指标，再根据各指标随时间的变化关系，可以做出各指标随时间变化的关系图。
其它步骤及参数与具体实施方式五至八之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例具体是按照以下步骤制备的：
为了研究路面材料在升温过程和降温过程中的温缩特性具体有哪些差异，本发明选取了部分基层材料对试件的温缩系数和膨胀系数的数值进行对比验证。
由于进行降温试验时，金属支架的收缩会对试验结果造成影响，因此对各种类型的试件进行试验后，试验结果需要减去金属支架的影响，经试验可知，所采用的金属支架温缩系数为1.21×10-5/℃。
升温和降温的试验结果列于表1，各种平均温缩系数的对比如图3所示。由于二灰稳定碎石采用升温方式所测得的温缩系数都比降温方式所测得的偏小，需要将升温所测得的温缩系数进行调整，经过数据分析，最大误差为6.6％，为了偏于安全考虑，确定最终的调整系数为1.1。
表1二灰稳定碎石不同温度区间升温与降温试验温缩系数结果(×10-6/℃)
注：表中15gm表示二灰含量为15％，级配类型为骨架-密实型的二灰稳定碎石基层；
17xm表示二灰含量为17％，级配类型为悬浮-密实型的二灰稳定碎石基层；
20gk表示二灰含量为20％，级配类型为骨架-空隙型的二灰稳定碎石基层；
其余符号以此类推。
由二灰稳定碎石在不同温度区间的升温与降温的试验结果可知，对于同一种材料，在同一个温度区间内，温缩系数相差不大，各个温度区间的平均温缩系数也大致相当，可认为二灰稳定碎石在升温与降温情况下，其温度收缩(膨胀)规律相似。因此，采用升温过程代替降温过程来测定半刚性基层材料的收缩系数是可行的。另外，此方法还能消除在测降温过程中金属支架收缩的影响，从而直接测定、计算出二灰稳定碎石的温缩系数。
为了找出各温度区间在升温与降温过程中温缩系数的对应关系，以便于为将来采用升温代替降温进行温缩试验提供参考，对各温度区间升温与降温的温缩系数进行了曲线拟合，结果如表所示。
表2二灰稳定碎石升温与降温时各温度区间温缩系数的对应关系
注：表中α1为升温过程各温度区间温缩系数，α2为降温过程各温度区间的温缩系数。
上表中对温缩系数的修正只针对于本发明中的试验结果，主要提供一种修正的方法和思路，技术人员可以参照这种方法，对其他类型路面材料采取本发明中的升温方法测得的结果来进行修正。
实施例二：
本实施例具体是按照以下步骤制备的：
将不同级配类型基层与面层的单体试件温缩试验结果与组合试件温缩试验结果作对比，结果如下表3；
表3二灰稳定碎石与面层组合结构温缩系数和单体材料温缩系数对比(×10-6/℃)
注：表中AC16、AC20、AC25表示公称最大粒径分别为16mm、19mm、26.5mm的沥青混凝土面层
从半刚性基层-沥青路面组合试件的温缩试验可以发现，基层与面层在组合试件温缩试验中测得的温缩系数与单体试件温缩试验中测得的温缩系数有较明显差别，这正是因为基层与面层由于层间的粘结作用，变形时受到相互的约束，从而导致了组合试件温缩系数的重新分布。在组合结构产生温度收缩过程中，半刚性基层的温度收缩会受到面层的促进作用，使基层的温度收缩增大；相对应地，沥青面层的温度收缩会受到基层的抑制作用，使面层的温度收缩减小。而且在面层中，越靠近基层，面层受到的抑制作用越大，温度收缩的减小率越大。准确地测量基层与面层在层间结合作用下的温缩系数，才更贴近路面实际的工作状况，为沥青路面横向开裂的力学分析提供准确的数据基础。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、将K型热电偶分别与基层混合料和面层混合料一起放入模具中进行试件的击实成型，得到基层试件和面层试件；
步骤二、将制作完成的基层试件和面层试件烘干后再冷却至常温；
步骤三、在基层试件和面层试件的顶部分别贴上玻璃片；
步骤四、将顶部贴好玻璃片的基层试件和面层试件放到降温设备中降温冷冻至-30℃，并在-30℃条件下保温3小时；
步骤五、保温结束后把基层试件和面层试件取出，放到单体材料温缩系数测定装置支架1上；
步骤六、在单体材料温缩系数测定装置支架2上部安置2个千分表，使基层试件和面层试件顶部的玻璃片分别与千分表指针接触；
步骤七、读取千分表的初始读数以及试件的初始温度；
步骤八、试验开始后，在2小时内每隔5分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤九、试验开始2小时之后，每隔60分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤十、千分表读数和试件温度同时满足与上一次千分表读数和试件温度之差不超过5％，停止读数，结束试验；
步骤十一、根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算基层试件和面层试件温缩系数。
2.根据权利要求1所述一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述步骤一中基层混合料和面层混合料配置过程为：
根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》和《公路工程沥青混合料试验规程》配置不同级配类型的基层混合料和面层混合料；
基层混合料和面层混合料级配类型为二灰稳定碎石和沥青混凝土。
3.根据权利要求1或2所述一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述步骤一中模具尺寸为长400mm×宽100mm，对于基层试件高度为100mm，对于面层试件高度为60mm。
4.根据权利要求3所述一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述步骤十一中根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算基层试件和面层试件温缩系数，公式为：
温缩应变：
温缩系数：
式中，εi为第i个温度区间下的温缩应变，单位为％；
Δl为千分表读数的差值，单位为mm；
L0为试件的初始长度，单位为mm；
αT为温缩系数；
ΔT为温度区间，单位为℃。
5.一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、将K型热电偶分别与基层混合料和面层混合料一起放入模具中进行试件的击实成型，得到基层试件和面层试件；
步骤二、采用SBS改性沥青作为粘结材料，将基层试件和面层试件粘结在一起，形成组合试件；
步骤三、在组合试件的顶部贴上玻璃片，使组合试件的基层、基层与面层的结合处、面层与玻璃片接触；
步骤四、将顶部贴好玻璃片的组合试件放到降温设备中降温冷冻至-30℃，并在-30℃条件下保温3小时；
步骤五、保温结束后把组合试件取出，放到组合试件温缩系数测定装置支架1上；
步骤六、在组合试件的基层、基层与面层的结合处、面层分别安置千分表，使千分表与组合试件顶部的玻璃片接触；
步骤七、读取千分表的初始读数以及试件的初始温度；
步骤八、试验开始后，在2小时内每隔5分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤九、试验开始2小时之后，每隔60分钟读一次千分表读数和试件的温度；
步骤十、千分表读数和试件温度同时满足与上一次千分表读数和试件温度之差不超过5％，停止读数，结束试验；
步骤十一、根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算组合试件温缩系数。
6.根据权利要求5所述一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述步骤一中基层混合料和面层混合料配置过程为：
根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》和《公路工程沥青混合料试验规程》，配置不同级配类型的基层混合料和面层混合料；
基层混合料和面层混合料级配类型为二灰稳定碎石和沥青混凝土。
7.根据权利要求5或6所述一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述步骤一中模具尺寸为长400mm×宽100mm，对于基层试件高度为100mm，对于面层试件高度为60mm。
8.根据权利要求7所述一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述步骤二中SBS改性沥青的抹涂用量为1.05kg/m2，沥青粘结层的厚度为1mm。
9.根据权利要求8所述一种路面材料温缩系数的逆序测定方法，其特征在于：所述步骤十一中根据千分表读数的差值和试件的温度差值计算组合试件温缩系数，公式为：
温缩应变：
温缩系数：
式中，εi为第i个温度区间下的温缩应变，单位为％；
Δl为千分表读数的差值，单位为mm；
L0为试件的初始长度，单位为mm；
αT为温缩系数；
ΔT为温度区间，单位为℃。
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- 2018-09-25 CN CN201811119809.0A patent/CN109187624A/zh active Pending
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