CN220854349U - 一种路面疲劳试验用试件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及路面疲劳性能研究技术领域，尤其涉及一种路面疲劳试验用试件。该路面疲劳试验用试件包括由下至上依次设置的支撑层、第一固废材料稳定层、第一加筋材料网、第二固废材料稳定层和上压块，第一加筋材料网设于试件高度的1/2处；在支撑层底端设传感组件；当第一加筋材料网距离试件两端的距离＞100mm时，在第一固废材料稳定层和第二固废材料稳定层的中部增设第二加筋材料网。该路面疲劳试验用试件基于水稳层路面施工结构设计，可更好模拟路面实际受力效果，获取测试数据更精准，通过在试件结构中增设加筋层并对加筋层位置进行设计，测试结果对完善半刚性基层沥青路面设计指标提供了重要依据，可更好的指导路面结构施工。
Description
技术领域
本实用新型涉及路面疲劳性能研究技术领域，尤其涉及一种路面疲劳试验用试件。
背景技术
半刚性基层因具有承载能力强、耐久性好、稳定性高等优点，在高等级路面结构中得到了广泛使用。但是，随着交通量和荷载量的日渐增长，由于半刚性基层抗疲劳性能不足，致使路面过早的出现了裂纹、车辙等结构性破坏，大幅度降低了路面的使用寿命。
现阶段路面疲劳性能试验分为室内试验和加速加载试验两类。加速加载试验以更加符合实际路面的模拟进行测试，开展疲劳试验需要大量人力机械等相互配合，操作可行性辅助，试验用路面模拟试件采用大型路基路面模拟箱制作，铺筑及养护周期长，成型多组或十几组路基路面模型较为困难，导致单一或几个模型试验结果缺少精确度与可靠性。室内试验目前在室内梁氏弯曲疲劳试验方法的基础上不断改进测试时受力状态，以期更加符合路面实际受力，由于室内试验用测试设备小型化，对试件制作要求也不同；试验用试件作为承受疲劳试验的基础路面模拟模型，其结构设置的科学性、合理性，对试验数据以及后续研究相应材料路面的疲劳性能具有影响，也是完善相应路面设计指标的重要依据。此外，试件加工制作的简便性，也可提升路面疲劳试验测试效率及周期。
现有用于室内试验测试的试件，对于制作成小型路基路面结构的，在厚度影响下，为了保证试件整体的稳固性，制作的试件整体尺寸依旧大，制作麻烦。考虑基层作为路面结构中的承重层，主要承受车辆荷载的竖向力，并把由面层下传的应力扩散到土基，路面的疲劳开裂多数开始于基层的疲劳开裂，在荷载的持续作用下裂缝延伸扩展至沥青面层，使路面发生疲劳破坏，因此，本申请提出了一种单一层面试件结构，单独对水稳基层进行制作，并进行疲劳破坏研究，在节约人力和材料的同时，使疲劳试验模拟单一层面，数据更精准，更具有针对性，操作简单。
实用新型内容
本实用新型提供了一种路面疲劳试验用试件，基于水稳层路面施工结构设计，可以更好的模拟路面实际受力效果，获取的测试数据可靠性更高，通过在试件结构中增设加筋层并对加筋层位置进行设计，测试结果对完善半刚性基层沥青路面设计指标提供了重要依据，可更好的指导路面结构施工；该试件制作方便，相比室外测试，可一次成型多个用于平行测试，提升了测试数据的精准性，经济实用，解决了现有技术中存在的问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种路面疲劳试验用试件,包括由下至上依次设置的支撑层、第一固废材料稳定层、第一加筋材料网、第二固废材料稳定层和上压块，第一加筋材料网设于试件高度的1/2处；在支撑层底端设置传感组件，所述传感组件用于测试时感应应变；
当第一加筋材料网距离试件两端的距离＞100mm时，在第一固废材料稳定层和第二固废材料稳定层的中部分别增设第二加筋材料网。
进一步地，第一加筋材料网、第二加筋材料网分别为单层或双层设置；双层设置的第一加筋材料网和第二加筋材料网的双层之间的竖向间距分别为6-9mm。
进一步地，加筋材料网双层之间的竖向间距为8mm。
进一步地，所述支撑层为橡胶板、木板、纤维板或钢板；所述固废材料稳定层为水泥与固废基稳定土或固废基稳定碎石以5-7:100重量比制得的固废材料稳定层；第一固废材料稳定层和第二固废材料稳定层高度比为1:1。
进一步地，所述支撑层优选橡胶板。
进一步地，所述第一加筋材料网、第二加筋材料网分别为钢丝网或土工格栅。
进一步地，所述钢丝网为镀锌钢丝网；所述土工格栅为钢塑土工格栅、单向拉伸土工格栅、双向塑料土工格栅、玻璃纤维土工格栅的一种或多种。
进一步地，所述试件中支撑层和上压块之间的高度为200mm-400mm。
进一步地，支撑板和上压块厚度均为30mm。
进一步地，试件面积尺寸为300mm×300mm或500mm×500mm。
进一步地，所述第一加筋材料网、第二加筋材料网的网格尺寸为30mm×30mm、50mm×50mm或70mm×70mm。
进一步地，所述第一加筋材料网、第二加筋材料网的网格尺寸优选为50mm×50mm。
进一步地，所述上压块选择内表面磨光，有足够的刚度，在加压振动作用下不易变形的压块。
进一步地，所述上压块为铸铁或精钢材质上压块。
进一步地，所述传感组件包括4个应变片传感器，应变片传感器在支撑板底端呈“十”字排列。
进一步地，应变片传感器中两个纵向设置，另两个横向设置，以此形成“十”字排列。
进一步地，所述应变片传感器粘附设于支撑层底端设置的内陷凹槽内。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型的路面疲劳试验用试件借鉴构造物和桥面铺装中设置加强钢筋的思路，在半刚性基层内部铺设前述结构的加筋材料，改善半刚性基层的受力状态，提高半刚性基层的疲劳性能，以此获得的试件进行疲劳性能测试，结果更加可靠，提高了精度，为延长实际路面使用寿命所进行上述路面结构施工提供了数据参考。
2、基层作为路面结构中的承重层，主要承受车辆荷载的竖向力，并把由面层下传的应力扩散到土基，路面的疲劳开裂多数开始于基层的疲劳开裂，在荷载的持续作用下裂缝延伸扩展至沥青面层，使路面发生疲劳破坏。本实用新型取消了路面全结构层的铺筑制作的试件模式，单独对水稳基层进行疲劳破坏研究，制得适用于加筋式固废基水稳层路面疲劳测试用的试件，在节约人力和材料的同时，使疲劳试验更具有针对性。
3、本实用新型的路面疲劳试验用试件，结构采用分层板式结构，在板式结构之间加设筋支撑，具备可更好模型待研究的施工路面的特点。通过对测试的疲劳性能结果分析，研究路面疲劳性能影响因素，进而对路面半刚性基层次材料最佳的加筋材料、加筋位置甚至加筋层数进行调整，为完善半刚性基层沥青路面设计指标提供重要依据。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
图2为图1仰视结构示意图；
图3为本实用新型实施例1加工后脱模前状态参考示意图；
图4为本实用新型实施例2的结构示意图。
图中，1橡胶支撑板、2第一固废材料稳定层、3第一加筋材料网、4第二固废材料稳定层、5上压块、6凹槽、7应变片传感器、8试模、9第三固废材料稳定层、10第三加筋材料网、11第四固废材料稳定层。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，结合附图,对本实用新型进行详细阐述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1
如图1-3所示,该路面疲劳试验用试件的结构包括由下至上依次设置的橡胶支撑板1、第一固废材料稳定层2、第一加筋材料网3、第二固废材料稳定层4和上压块5，第一加筋材料网设于试件高度的1/2处；第一固废材料稳定层1底端与第二固废材料稳定层顶端之间的高度为200mm。在橡胶支撑板1底端设置的凹槽6内粘附设置十字形布设的4个应变片传感器7，应变片传感器用于在进行疲劳测试时感应应变。
上述第一固废材料稳定层2和第二固废材料稳定层4均为水泥与固废基稳定碎石以7:100重量比制得的固废材料稳定层；第一固废材料稳定层和第二固废材料稳定层高度相等。
上述固废基稳定碎石材料的各档矿料的配比为20mm～30mm：10mm～20mm：5mm～10mm：0mm～5mm＝18：34：17：31，含水率为5.2％，最大干密度为2.318g/cm3。
上述第一加筋材料网3为镀锌钢丝网。其中，网格尺寸规格为50mm×50mm。
试件面积尺寸为300mm×300mm。
试件制作方法如下：
(1)对试模8进行拼装加固，试模高度为260mm，将橡胶支撑板1放入试模下部，橡胶支撑板厚度30mm，在试模和橡胶支撑板的内壁进行刷油或垫纸处理。
(2)按确定的矿料比例和最佳水泥剂量拌制固废基稳定混合料。具体是先对矿料进行浸润处理，成型前1h内加入预定数量的水泥并拌和均匀。该材料用于第一固废材料稳定层2、第二固废材料稳定层4的成型制备。
(3)称取规定数量的上述固废基稳定碎石混合料，作为第一固废材料稳定层2，先行铺筑一定厚度，铺筑后用夯棒均匀插实，并进行“拉毛”处理，然后平整铺设一层镀锌钢丝网，作为第一加筋材料网3，将剩余的固废基稳定碎石混合料作为第二固废材料稳定层4，没过镀锌钢丝网并全部倒入，用夯棒均匀插实，最后将上压块5放入试模内，上压块厚度30mm，此时，上压块高度高出试模顶端一定高度。
(4)试件采用静压法成型，将整个试模放到压力机上，以规定的加载速率加压，使上压块5与橡胶支撑板1配合进一步压缩中间固废材料稳定层，当上压块完全压入试模中，维持压力10min。如此，在保证上下层固废基稳定碎石混合料层同厚度同时，橡胶支撑板与上压块之间的试件高度为200mm。
(5)解除压力后，将试模置于地面，放置6h-12h后拆卸模具脱模，采用标准养生方法，养生90天，最后一天进行浸水处理。
(6)采用MTS材料试验系统，对脱模得到的加筋板试件进行支承疲劳试验。
实施例2
如图4所示，该路面疲劳试验用试件的结构包括由下至上依次设置的橡胶支撑板1、第一固废材料稳定层2、第一加筋材料网3、第二固废材料稳定层4、第二加筋材料网8、第三固废材料稳定层9、第三加筋材料网10、第四固废材料稳定层11和上压块5。试件的橡胶支撑板与上压块之间的高度为400mm。第二加筋材料网设于试件高度的1/2处，各层固废材料稳定层高度相一致；在橡胶支撑板1底端设置的凹槽6内粘附设置十字形布设的4个应变片传感器7。
上述固废材料稳定层为固废基稳定土材料和水泥以100:7重量混合制得，或者固废基稳定碎石材料和水泥以100:7重量混合制得。其中，第一、第二固废材料稳定层为固废基稳定土水泥材料，第三、第四固废材料稳定层为固废基稳定碎石水泥材料，第一、第二、第三、第四固废材料稳定层高度比为1:1:1:1。
上述各加筋材料网3为土工格栅。其中，网格尺寸规格为50mm×50mm。
试件面积尺寸为500mm×500mm。
试件制作方法参考实施例1的制作方法，此处不再详述。
以实施例1的试件结构为例，通过对试件结构设置进行调整，设置不加筋、将其中的第一加筋材料网3设置的位置进行改变，包括将第一加筋材料网设于试件上部1/3位置处和下部1/3位置处，得到相应结构试件对比1、试件对比2和试件对比例3，以同样的试验系统和方法进行路面支承疲劳试验测试，结果参考如下表1、表2。
表1固废材料稳定碎石板结构试件疲劳寿命值汇总
采用Weibull分布理论模型处理疲劳试验数据，绘制散点图，线性回归、拟合，得到不同保证率下的疲劳方程，结果如下表2所示。
表2固废材料稳定碎石板结构试件疲劳方程汇总
通过表1、表2可以看出，铺设加筋材料后，本申请固废材料稳定碎石板结构试件的疲劳寿命明显延长，加筋改善了基层底面的受力状态，提高了基层材料的疲劳寿命。加筋位置对固废基稳定碎石板的疲劳寿命具有影响。加筋的本申请试件结构在支承疲劳试验中处于双向受弯状态，上部为受压区，下部为受拉区，为了充分发挥加筋材料的抗拉性能，加筋材料布设在基层材料的中部或略偏下位置最为适宜。实际应用中，考虑铺设难度与成本，基层材料的宜单层加筋铺设于中部。
上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种路面疲劳试验用试件，其特征在于，包括由下至上依次设置的支撑层、第一固废材料稳定层、第一加筋材料网、第二固废材料稳定层和上压块，第一加筋材料网设于试件高度的1/2处；在支撑层底端设置传感组件，所述传感组件用于测试时感应应变；
当第一加筋材料网距离试件两端的距离＞100mm时，在第一固废材料稳定层和第二固废材料稳定层的中部分别增设第二加筋材料网。
2.根据权利要求1所述的路面疲劳试验用试件，其特征在于，第一加筋材料网、第二加筋材料网分别为单层或双层设置；双层设置的第一加筋材料网、第二加筋材料网的双层之间的竖向间距分别为6-9mm。
3.根据权利要求1所述的路面疲劳试验用试件，其特征在于，所述支撑层为橡胶板、木板、纤维板或钢板；所述固废材料稳定层为水泥与固废基稳定土或固废基稳定碎石以5-7:100重量比制得的固废材料稳定层；第一固废材料稳定层和第二固废材料稳定层高度比为1:1。
4.根据权利要求1所述的路面疲劳试验用试件，其特征在于，所述第一加筋材料网、第二加筋材料网分别为钢丝网或土工格栅。
5.根据权利要求4所述的路面疲劳试验用试件，其特征在于，所述钢丝网为镀锌钢丝网；所述土工格栅为钢塑土工格栅、单向拉伸土工格栅、双向塑料土工格栅、玻璃纤维土工格栅的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的路面疲劳试验用试件，其特征在于，所述试件的支撑层和上压块之间的高度为200mm-400mm。
7.根据权利要求1所述的路面疲劳试验用试件，其特征在于，所述第一加筋材料网、第二加筋材料网的网格尺寸为30mm×30mm、50mm×50mm或70mm×70mm。
8.根据权利要求1所述的路面疲劳试验用试件，其特征在于，所述传感组件包括4个应变片传感器，应变片传感器在支撑层底端呈“十”字排列。
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