[发明专利]一种评价沥青混合料劈裂疲劳性能的方法

说明书

本发明公开了一种评价沥青混合料劈裂疲劳性能的方法，通过利用多功能材料试验系统(MTS‑Landmark)对试件进行不同加载速率条件下的劈裂强度和疲劳试验，且本发明基于速度相关应力比建立了不同加载速率条件下沥青混合料的劈裂疲劳性能预测模型，并发现利用速度相关应力比思想使得沥青混合料强度失效和疲劳失效问题得到了统一，不仅弥补了采用传统的疲劳性能评价方法无法准确评价沥青混合料疲劳性能的不足，还提高了沥青混合料疲劳性能评价的科学性和可靠性，为耐久性沥青路面的设计提供理论依据。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，尤其涉及一种评价沥青混合料劈裂疲劳性能的方法。

背景技术

一般认为，疲劳裂纹始于沥青层的底部(拉伸应力最高)，然后向上延伸，最终会在路面表面形成疲劳裂纹。重复交通荷载引起的疲劳开裂是沥青路面结构的最常见的破坏形式，也是沥青路面结构设计的重要考虑因素。根据主要机理，沥青混合料内部疲劳裂纹的发展和扩展可分为两个主要阶段：微裂纹的起始和扩展，以及宏观裂纹的形成和扩展。因此，沥青混合料的疲劳行为异常复杂，迫切需要一种更为合理的方法来准确评价沥青混合料的疲劳性能。

疲劳寿命是表征沥青路面失效机理的关键参数之一，是决定沥青路面使用寿命的重要力学性能之一，为此，许多研究者提出了几种疲劳模型，以便更好地了解沥青路面的疲劳行为，预测其使用寿命。

沥青混合料疲劳模型研究方法有传统现象学法，断裂力学法，耗散能法，近年来，国内外出现了大量从材料微细观角度和损伤力学法来研究沥青混合料疲劳性能的方法，包括CT扫描研究方法、有限元分析方法、数值模拟分析方法等。

有人在研究劈裂疲劳性能时，较早的将离散元模型运用于沥青混合料试验模拟中，且基于二维离散元方法对混合料疲劳性能进行了预测；有人利用非线性累积损伤理论，研究了损伤度与循环加载次数、剩余裂纹形成寿命的关系，通过疲劳全寿命模型计算了沥青路面的疲劳寿命和损伤程度，并研究了结构层的厚度和弹性模量对疲劳寿命的影响；有人采用在应力控制条件下劈裂强度及疲劳试验，提出了疲劳寿命比和疲劳寿命损失率的概念，同时推荐了再生沥青混合料的抗拉强度结构系数；有人研究了11种不同的试验方法来评估沥青混合料的疲劳性能，包括单轴拉伸和单轴压缩，弯曲和间接拉伸试验，结果表明，不同试验方法得到的疲劳性能很难进行比较。

虽然从一些疲劳模型得到的结果与试验结果具有较强的相关性，但是这些模型均没有考虑加载速率对沥青混合料疲劳性能的影响，而沥青混合料是一种粘弹性材料，其强度受加载速率的影响很大，从而影响其疲劳性能。因此，考虑加载速率的疲劳模型将大大提高预测其疲劳寿命的准确性。

再有，因为施加压缩荷载在技术上可以比拉伸荷载更容易实现，所以劈裂疲劳试验方法已广泛用于测试土木工程材料(如岩石和混凝土)的拉伸性能。此外，由于其在试件内部产生的是双向应力状态，劈裂疲劳试验方法也比其他试验方法具有明显的优势。特别的，沥青路面结构中沥青层的底部分别在水平和垂直方向上受到拉应变和压应变，这就使得劈裂疲劳试验方法相比其他疲劳试验方法更适合评价沥青混合料的疲劳性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种评价沥青混合料劈裂疲劳性能的方法。通过对不同加载速率下沥青混合料劈裂疲劳结果进行分析，不仅达到了对不同加载速率下沥青混合料疲劳性能评价的目的，而且使沥青混合料强度失效和疲劳失效问题得到了统一，同时为耐久性沥青路面的设计提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种评价沥青混合料劈裂疲劳性能的方法，所述评价方法具体包括如下步骤：

(1)对沥青混合料进行不同加载速率下的劈裂强度试验；

(2)对沥青混合料进行不同加载速率下的劈裂疲劳试验。

强度、疲劳试验方法，具体包括如下步骤：