[发明专利]一种沥青混合料弯剪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，特别是一种沥青混合料弯剪性能试验装置及方法。

背景技术

改革开放以来，高速公路一直是我国年投资力度最大、发展速度最快的重点建设领域；截至2012年底，我国已建成通车的高速公路居世界第二位，其中90%以上为沥青路面。按照发展规划建设，未来两年，我国高速公路总里程有望超过美国，成为世界第一；此后十几年内还要新建数万公里高速公路和百万公里普通公路，更有数百万公里的沥青路面需要维修改造。

我国在高等级道路沥青路面的建设实践中，积累了丰富的经验、解决了许多关键技术问题。但从近年来已投入运营的沥青路面使用状况来看，大部分未达到使用年限即出现了较严重的功能衰减和结构损坏，许多设计年限为15年的沥青路面，在开放交通后5～8年内即出现大范围的破坏，造成了巨大的经济损失和不良社会影响。

沥青路面大量早期损坏不能简单地归因于施工质量和超载原因，材料设计的体系存在着明显不足亦为其重要因素之一。目前，表征沥青混合料力学强度的参数主要有：抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。一般沥青混合料具有较高的抗压强度，而抗剪强度和抗拉强度则较低。已有的研究表明，沥青路面的损坏往往是由拉裂或剪切滑移开始而逐渐扩展。为了防止沥青混合料发生破坏，通常采弯曲试验、劈裂试验和三轴试验分别测定材料抗拉强度和抗剪强度，并以这些强度参数表征沥青混合料的力学特征。已有的研究表明，在车轮水平荷载和垂直荷载的综合作用下，沥青路面结构内各点处于不同的应力应变状态，沥青面层最容易产生弯剪组合破坏。然而，在沥青混合料设计过程中，却通过弯曲试验或劈裂试验评价沥青混合料的抗拉性能，并由三轴试验评价沥青混合料的抗剪性能。在弯曲试验中，沥青混合料仅受到弯拉应力的作用发生弯拉破坏；在三轴试验中，沥青混合料仅受到剪应力的作用发生剪切破坏。上述试验方法虽然分别考虑了拉应力和剪应力对沥青混合料造成的破坏作用，却无法有效评价拉应力和剪应力对沥青混合料造成的综合破坏作用。现有的强度试验方法无法评价拉应力和剪应力共同作用下沥青混合料的强度，已为沥青混合料强度试验方法亟待解决的问题。

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，既能测定沥青混合料弯剪组合强度，又能模拟路面弯剪组合破坏特征的沥青混合料弯剪性能试验装置及方法。

一种沥青混合料弯剪性能试验装置，包括MTS材料试验机和弯剪性能试验模具，还包括内气囊组件，所述弯剪性能试验模具设有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽内侧设有环形阶梯，所述圆柱形凹槽的内径等于圆环形试件的外径，所述内气囊组件的内气囊安装于圆环形试件的内孔中并且和所述内孔的表面紧密接触，所述内气囊组件由气压装置提供气压，所述圆柱形凹槽内侧的环形阶梯上设置有环形套环，所述圆环形试件放置在所述环形套环上，所述圆环形试件的上部通过压环将所述圆环形试件紧压在所述环形阶梯上，所述压环和所述圆环形试件之间还设置有环形垫圈，所述弯剪性能试验模具的底部支撑在所述MTS材料试验机的试模支撑杆上，所述环形压头与所述MTS材料试验机的下压臂连接，为所述圆环形试件的上表面提供荷载。

所述内气囊组件包括内气囊气芯、内气囊固定装置和内气囊橡胶膜，所述内气囊气芯一端设有进气口，下部设有出气口，所述内气囊橡胶膜为空心圆柱筒，所述内气囊橡胶膜形成的空心圆柱体的直径等于或小于所述圆环形试件内孔的直径，所述内气囊固定装置包括锁紧螺母、气囊帽和气囊盖，所述内气囊橡胶膜套装在所述内气囊气芯外并且所述内气囊橡胶膜的两端通过所述锁紧螺母固定在所述内气囊气芯的两端，使得所述内气囊橡胶膜与所述内气囊气芯之间形成内气囊，所述气囊帽和气囊盖安装在所述内气囊气芯上，所述气囊帽和气囊盖的直径大于所述圆环形试件内孔的直径，使得所述内气囊固定在所述圆环形试件内孔中，所述内气囊气芯的出气口与所述内气囊连通。

所述环形套环与所述环形垫圈的位置相对应。

所述环形垫圈和环形套环的表面刻有凹槽。

一种沥青混合料弯剪性能试验方法，包括以下步骤：

(1)确定模具和试件尺寸，并根据中厚板理论及弹性力学理论确定沥青混合料试件处于弯剪组合应力状态，并建立沥青混合料弯剪组合强度计算公式；

(2)制作试件：采用马歇尔击实，静压成型或旋转压实成型法成型试件，切割试件并钻心取样，得到外径150mm、内径40mm、高为40mm的环形沥青混合料试件；

(3)安装内气囊组件，连接气管开动气泵，检查气管及气囊是否漏气，在确保气管及气囊密封后，将环形试件放置在弯剪性能试验模具内；