[发明专利]沥青动态剪切参数测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沥青动态剪切参数测试装置及其测试方法。

背景技术

沥青混合料是由具有复杂形状及表面特性的集料、复杂流变行为的沥青以及随机分布的空隙所组成的复合材料；其为温度时间依赖型材料，因加载速率及温度的不同，表现出典型的粘-弹-塑性特性。沥青路面由于其跨越地域范围广泛，沿线气候、地质水文条件变化复杂，且面层暴露于自然环境中，直接受车辆荷载与大气因素的影响。沥青路面的全年服役温度高低温波动幅度通常为60～70℃，局部地区可能达到80℃；而且随着社会经济的不断发展，公路运输车载特点向重载交通转换。由于沥青路面所处的自然与交通环境十分严苛，材料与结构设计往往无法满足外界作用日趋复杂的要求，大量沥青路面出现了拥抱、松散、坑槽、车辙等病害。

为了改进沥青道路的使用性能和耐久性，并提高道路的安全性，美国公路战略研究计划(SHRP)于1987年成立，研究者历时五年建立了一个全新的、内容广泛的沥青混合料设计和分析体系，称为高性能路面(Superior Performing Asphalt Pavement，简称Superpave)。该体系针对沥青胶结料常出现的车辙与疲劳损伤，采用动态剪切流变试验仪实现不同温度、不同频率条件下沥青动态参数的测试，提出车辙因子与疲劳因子作为其性能评价指标。Superpave设计体系现今被广泛用于沥青混合料材料设计中，并取得了大量实际工程应用实例。

虽然Superpave体系中沥青胶结料的动态剪切流变试验方法综合考虑了温度与加载频率的影响，但是由于流变仪所采用的加载夹具为金属平行板，其与沥青薄膜的粘接无法表征沥青混合料中集料与沥青界面间交互作用。集料-沥青界面区是沥青混合料材料组成结构中的薄弱区域，集料种类、集料表面粗糙度、沥青薄膜厚度等因素会影响混合料强度与稳定性。金属加载平行板的缺陷无法弥补。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有流变仪存在未考虑集料接触条件下的沥青胶结料服役过程中，全温度、全频率范围内对动态流变特性的影响的问题，而提出一种沥青动态剪切参数测试装置及其测试方法。

一种沥青动态剪切参数测试装置，其组成包括：夹具基座，所述夹具基座顶部通过螺栓连接可拆卸夹具，可拆卸夹具内部安装A平行板基座，A平行板基座的顶部相对应设置B平行板基座，B平行板基座安装于夹具加载体内部；夹具基座、可拆卸夹具、A平行板基座、B平行板基座以及夹具加载体同轴心设置；其中：

夹具基座包括矩形夹具基底座，矩形夹具基底座上表面连接夹具基柱，夹具基柱上表面连接夹片，夹片具有四个贯通的螺纹孔，矩形夹具基底座、夹具基柱与夹片为一体式结构；

A平行板基座包括矩形基座块，矩形基座块上表面固定连接A基柱；

可拆卸夹具包括两块挡板和一块垫片，每块挡板都具有螺栓孔，相对应的螺栓孔之间插装螺栓，将挡板和一块垫片固定连接形成槽；

B平行板基座包括矩形基座块，矩形基座块上表面固定连接B基柱；

夹具加载体包括两块加载挡板和一块加载垫片，每块加载挡板都具有螺栓孔，每块加载挡板都与加载垫片垂直，且相交于加载挡板和加载垫片的边缘，并形成直角槽。

一种沥青动态剪切参数测试装置的试验方法，所述试验方法通过以下步骤实现：

步骤一、将沥青加热至流动状态，浇注至硅胶模具制成直径分别为8mm和25mm的沥青薄膜；

步骤二、将金属材料制作的A平行板基座安装在挡板和垫片形成的直角槽内，将金属材料制作的B平行板基座安装在加载挡板和加载垫片形成的直角槽内；

步骤三、启动DHR-II流变仪，将矩形夹具基底座通过磁力固定于流变仪底端，将圆柱形加载块通过螺丝固定在DHR-II流变仪加载顶端，之后在A平行板基座顶部的圆柱形A基柱上涂刷一层环氧树脂，然后将预先制取的圆柱形集料固定在环氧树脂上，并在归零模式下调整位置以确保圆柱形集料与圆柱形A基柱同轴心；环氧树脂层初步硬化一个小时后，将A平行板基座连同已固定的圆柱形集料取下，水平放置二十四个小时直至环氧树脂片完全固化；

步骤四、采用与步骤三的做法使圆柱形集料在B基柱表面固化；

步骤五、根据试验规范及试验温度的测试范围要求，选择直径为8mm或直径为25mm的圆柱形集料，连同步骤三和步骤四完全固定为一体的A平行板基座、B平行板基座分别安装到夹具基座以及夹具加载体上，并完成A平行板基座、B平行板基座的归零、惯性矩校正的一系列操作；