[发明专利]沥青混合料剪切性能试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种沥青混合料剪切性能试验装置及方法，用于测定沥青混合料的抗剪强度和剪切疲劳寿命。

背景技术

随着经济建设的发展，我国的道路基础设施建设得到了迅猛发展，沥青混凝土路面由于具有诸多优点，在道路工程建设中得到了广泛的采用，我国已建、在建和拟建的高等级道路大多数为沥青混凝土路面。

我国大部分地区在炎热季节里，沥青路面的路表温度可达到60℃以上，在轮载作用下，非均布荷载将在混凝土面层产生较大的剪应力。而沥青路面设计过程中，并没有考虑沥青混合料的抗剪能力，一旦材料承受的剪应力大于或接近抗剪强度，路面将会出现剪切破坏。因此，研究沥青混合料的抗剪性能，对沥青混合料的设计具有重要意义。

目前，用于研究沥青混合料抗剪强度的试验方法，主要有三轴试验、恒高度重复剪切试验和单轴贯入试验等常规试验方法。一方面，三轴试验设备和恒高度重复剪切试验设备造价昂贵，不便于工程推广。另一方面，这些试验方法往往不能形成明显的剪切破坏面，仅通过理论分析证明试件属于剪切破坏，而无法从直观上判断试件属于剪切破坏。

在实际工作条件下，路面经受车轮荷载的反复作用，长期处于受力交迭变化状态，面层内部在车轮驶过后会有剪应力产生，在夏季高温条件和重复车载的作用下，沥青路面发生剪切疲劳破坏。因此，有必要设计出一种简易试验方法，对静态和动态荷载作用下沥青混合料的剪切性能进行研究，并综合抗剪强度和剪切疲劳寿命来评价沥青混合料的抗剪性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种简单易行，便于推广，且可很好模拟路面实际破坏点位的复杂受力状态，并可直观判断最终材料是剪切受力破坏，能测定沥青混合料抗剪强度和剪切疲劳寿命的试验方法。

本发明的另一目的在于提供实现上述方法的沥青混合料剪切性能试验装置。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种沥青混合料剪切性能试验装置，包括材料试验机，所述材料试验机包括机架、环境箱、升降杆、底座、动力装置、圆环支撑、控制台，所述动力装置安装在机架底部的底座内，所述圆环支撑安装在所述底座上，由动力装置提供动力的所述升降杆安装在所述机架的上侧，与所述圆环支撑的位置相对应，所述升降杆的末端连接压头，所述圆环支撑上放置有定制的圆环。

所述压头直径为40mm～120mm，所述圆环尺寸为：外径150mm、内径为40mm～140mm。所述圆环由至少两个空心环套相互套装而成。所述压头下和所述圆环上放置有橡皮垫。

一种沥青混合料剪切性能试验方法，包括以下步骤：

(1)确定压头尺寸、圆环尺寸和试件尺寸组合，通过理论计算确定荷载压应力与试件内最大剪应力之间的转换系数；

(2)制作试件：可采用静压法、振动成型或旋转压实室内成型圆柱体沥青混合料试件；也可采用现场钻心取得的圆柱体试件；

(3)保温：将试件、压头和圆环置于环境箱中保温；

(4)进行抗剪强度试验：将试件置于圆环上，通过压头对试件加载，试验结束，试件出现锥形剪切破坏面，分析试验过程中材料试验机采集的荷载压力和变形数据，得到破坏荷载，求出抗剪强度，进行平行试验，将平行试验测得的抗剪强度平均值作为沥青混合料的抗剪强度；

(5)剪切疲劳试验：可在步骤(4)中材料试验机测得破坏荷载的0.1～0.9倍范围内取荷载值，对平行试件重复加载进行重复加载疲劳试验，读出材料试验机采集试验过程中的加载次数和变形数据，确定沥青混合料的剪切疲劳寿命。

试验步骤(1)中所述试件尺寸为：直径100～150mm，高40～100mm，所述压头直径为40～120mm，所述圆环尺寸为：外径150mm、内径为40～140mm。

试验步骤(3)中将试件、压头和圆环置于10℃～60℃环境箱中，保温时间在6小时以上再进行试验，以确保试件内外温度一致。

试验步骤(4)中通过压头对试件进行加载，加载速率为1mm/min，试验时间为8分钟，试验时，数据采集频率为100Hz。

试验步骤(5)中根据需要在0.1～0.9倍破坏荷载内选取具体荷载对平行试件进行重复加载疲劳试验，得到设定温度和应力水平下的，沥青混合料的剪切疲劳寿命。

试验步骤(4)需确保压头位置居中，且在压头下和圆环上加垫橡皮垫。

本发明通过圆环和压头加载的共同作用，将圆柱体沥青混合料试件破坏，分析试验数据，得到沥青混合料的抗剪强度和剪切疲劳寿命，再综合抗剪强度和剪切疲劳寿命来评价沥青混合料的抗剪性能。本发明：