[发明专利]一种多年冻土地区沥青混合料冻融循环疲劳试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及道路工程试验方法技术，具体涉及一种多年冻土地区沥青混合料冻融循环疲劳试验方法。

背景技术

沥青混合料的疲劳是指材料在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起的一种损伤现象，而沥青混合料的抗疲劳能力正是反映了它承受重复荷载而不断裂的能力。根据荷载的不同分为交通荷载重复作用引起的疲劳和温度循环作用引起的温度疲劳,前者是因为交通荷载的重复作用，使得路面结构内产生的微小变形得到累积，当这种变形继续增大扩展时，将导致路面的破损发生；而后者是由于低温地区的沥青路面长期暴露在强紫外线、大风、日差较大的环境中，气温较长周期性地变化引起温度场、温度应力场的周期变化，当温度应力的累积超过沥青混合料的极限抗拉强度时，路面就将发生疲劳破损。

多年冻土地区的沥青混凝土路面不但要经受交通荷载的重复作用，而且更多地要经受较大的日夜温差交替作用，因而温度疲劳开裂、温度缩裂以及交通荷载疲劳开裂是路面破损的主要形式，不仅如此，水分的存在还会导致沥青混合料和沥青路面因温度的高低交替发生反复的冻融现象，反复冻融的发生会进一步加剧沥青混合料和沥青路面的疲劳破坏。所以针对多年冻土地区的特殊地理气候环境，研究沥青混合料经过冻融循环后的抗疲劳性能是很有必要的，能够更加实际的反应多年冻土地区路面结构的力学行为。

尽管现行沥青混合料试验规程中涉及到了沥青混合料的冻融劈裂试验和沥青混合料疲劳试验，但是至今没有能够同时考虑沥青混合料冻融和疲劳的性能试验，更缺乏能够反映沥青混合料重复冻融与疲劳荷载作用反复间隔作用的性能试验。这也是导致多年冻土地区沥青混合料材料选择不合理，容易引发后期使用病害的重要原因之一。

发明内容

本发明目的是提供一种多年冻土地区沥青混合料冻融循环疲劳试验方法，综合考虑温度影响和车辆荷载影响，更符合路面结构的实际使用条件，可以更准确地模拟沥青路面在多年冻土地区的实际受力情况，得到符合实际使用情况的力学性能指标。

本发明采用以下技术方案：

一种多年冻土地区沥青混合料冻融循环疲劳试验方法，包括如下步骤：

步骤1、依据沥青混合料配合比设计，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T 0703-2011轮碾法，制作尺寸为400mm×300mm×50mm的沥青混合料板块试件，将沥青混合料板块试件切割成381mm×63.5mm×50mm的棱柱体梁式试件；

步骤2、室温下，将棱柱体梁式试件放入水槽中，水浸没棱柱体梁式试件，将装有棱柱体梁式试件的水槽置于真空干燥箱中，在97.3kpa真空度下15min，之后使真空干燥箱恢复常压状态，并使棱柱体梁式试件继续浸水1h，完成棱柱体梁式试件饱水；

步骤3、将饱水的棱柱体梁式试件从水槽中取出，用保鲜膜密实包裹，放入不锈钢容器中，将装有棱柱体梁式试件的不锈钢容器放入恒温冰箱中，在-18℃下冰冻4h，之后从不锈钢容器中取出棱柱体梁式试件，在室温下放入水槽中浸水30min，后将棱柱体梁式试件从水槽中取出并将保鲜膜撕掉，融化4h以上，完成棱柱体梁式试件的冻融循环；

步骤4、将冻融后的棱柱体梁式试件按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0739-2011沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验，进行三分点加载疲劳试验，采用半正弦应变控制模式，加载频率10Hz，试验温度15℃，应变水平400με，设定N个加载循环，记录试验参数和试验结果；

步骤5、将加载完的棱柱体梁式试件重复步骤2至步骤4的冻融循环疲劳试验，直至试件疲劳破坏。

步骤4中N个加载循环按照如下方法确定：将步骤1的棱柱体梁式试件，不经冻融，直接进行三分点加载疲劳试验，采用半正弦应变控制模式，加载频率10Hz，试验温度15℃，应变水平400με，直至棱柱体梁式试件疲劳破坏，获得棱柱体梁式试件的疲劳加载循环总次数，取总次数的十分之一即为N。

步骤3所述不锈钢容器的内部尺寸为385mm×65mm×50mm。

本发明的有益效果：

1、本发明方法综合考虑温度影响和车辆荷载影响，重复了冻融循环和疲劳的反复过程，可以更准确地模拟沥青路面在多年冻土地区的实际受力情况，得到符合实际使用情况的力学性能指标，试验数据更有现实意义；其次，考虑到冻融循环造成的小梁变形，设计不锈钢器具，减少它的变形，为冻融后的疲劳试验提供方便。