[发明专利]一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法和装置

说明书

技术领域：

本发明属于交通运输领域，提出了一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法和装置。

背景技术：

有些沥青路面在建成后一两年内就出现了严重的路面病害，如拥包、新月形或马蹄形开裂和坑槽，严重地影响了路面行车安全。究其原因，主要是粘结层失效，导致层间剥离和滑移引起的。国内外已经认识到了沥青层层间粘结的重要性，层间粘结强度直接影响路面的使用性能和服务寿命。在交通荷载作用下，路面结构层间会出现拉应力，但现有的层间强度评价方法均没有考虑拉应力的影响，认为层间破坏主要是压剪破坏。在拉应力作用下沥青路面结构粘结层失效有两种破损形式：一种是粘聚性破坏即沥青膜内部的断裂，另一种是附着性破坏即沥青膜与集料之间的粘结破坏。目前已有的拉脱试验只能评价沥青膜在集料上的附着能力，不能用于评价沥青路面结构层间的粘结强度。因此目前缺乏能够全面反映沥青结构层间粘结强度的评价方法。

发明内容：

本发明基于断裂能理论，提出了一种能够全面反映沥青结构层间粘结能力的评价方法及其装置，能够评价干燥和有水情况下沥青路面结构层间的粘结能力，可评价干燥和有水情况下沥青路面结构层间粘结性能。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种沥青路面结构层间断裂能的测试方法，包括如下步骤：

1)在方体模具中浇筑两层厚度相同、配比不同的沥青混合料，然后，在两层沥青混合料中间浇筑沥青层，凝结硬化后，得沥青混合料试件；

2)在沥青混合料试件上取特定半径的圆柱形芯样，所述圆柱形芯样的轴截面与沥青混合料试件的沥青层位于同一平面内；

3)通过裂缝开口位移实验和数值模拟测定圆柱形芯样的断裂能，即得沥青路面结构层间断裂能。

进一步地，上层沥青混合料采用的集料配比为10mm～20mm碎石44.4％、5mm～10mm碎石14.8％、3mm～5mm碎石5.3％、0mm～3mm碎石29.5％、矿粉4.7％、生石灰1.3％，石油沥青的用量为集料总质量的4.2％；下层沥青混合料采用的集料配比为20mm～30mm碎石22.2％、10mm～20mm碎石34.3％、5mm～10mm碎石8.0％、3mm～5mm碎石14.6％、机制砂15.8％、矿粉3.8％、生石灰1.3％，石油沥青的用量为集料总质量的3.9％，上述百分比皆为质量百分比。

进一步地，所述的沥青层采用石油沥青浇筑而成，其中石油沥青的洒布量为1.5L/m³。

进一步地，所述圆柱形芯样的半径为双层沥青混合料试件厚度的3/4。

进一步地，所述的沥青路面结构层间断裂能的具体求解步骤如下：

利用拉力试验机进行裂缝开口位移实验，得出试件的荷载位移曲线，利用公式(1)计算出W_measured；然后采用嵌入式间断法对试件的沥青层进行数值模拟，确定裂缝宽度函数在软化区域的指数关系式(3)，得出G_tail；最后通过公式(4)计算出W_tail，将W_measured与W_tail相加得到断裂总功W_f，将断裂总功代入公式(2)，得出断裂能G_f。

Wf＝∫P·du(1)

W_f＝W_tail+W_measured，

式中：α为1；K为试件底面从p点到切除边的垂直距离；t为试件厚度；CMOD_max为沥青层开裂到软化区域时的试件开口位移；L为断裂面长度，所述局部断裂功W_measured通过荷载变形曲线和公式(1)求得；

本发明还提供了一种沥青路面结构层间断裂能的测试装置，包括卡槽、卡柱、拉伸把手、拉力试验机，其特征在于，所述卡槽为柱形空心结构，底面为圆缺型，侧面由弧形面和矩形面围成，并沿卡槽的轴截面对称分割为左槽体和右槽体；所述左槽体和右槽体的弧形端相铰接；所述卡槽底面中心线两侧对称设置有两个圆柱形卡柱，所述卡槽的外侧对称设置有一对拉伸把手，所述拉伸把手分别与拉力试验机相连，所述试件上设置有与卡柱相对应的圆孔，并通过卡柱套装在所述卡槽中。

优选的是，所述拉伸把手为矩形平板，与所述两个圆柱形卡柱的轴线位于同一平面内。

优选的是，所述卡柱的半径为卡槽半径的1/8-1/7。

优选的是，所述卡柱中心线到卡槽矩形面的距离为卡槽半径的1/15-1/8。