评价沥青混合料抗车辙性能的试验装置及其试验方法

摘要

评价沥青混合料抗车辙性能的试验装置及其试验方法，它涉及一种抗车辙性能的试验装置及方法。本发明为解决目前没有用于沥青路面在临界条件下失稳性车辙性能的试验装置及其试验方法的问题。基座的上端面上加工第一中心盲孔，圆盘底板上加工有第一中心通孔，圆盘顶板上加工有台肩孔，圆盘连接板的上端面上加工有第二中心盲孔，圆盘连接板上加工有一个气孔，气孔与圆盘连接板的中心距为38mm；步骤一、制备抗车辙性能试验试件，步骤二、计算空隙率，步骤三、静置24小时，步骤四、恒温箱中保温5小时以上，试件温度达到40℃，步骤五、安装空心圆柱体试件，步骤六、施加载荷试验，步骤七、数据处理。本发明用于评价沥青混合料抗车辙性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价沥青混合料抗车辙性能的试验装置及其试验方法。

背景技术

沥青路面具有显著流变性质，其强度、稳定性和可靠性有别于一般固体，直接承受严 酷的行车和环境荷载作用，易产生车辙、裂缝、水损害等各种路面损坏。其中，由于交通 运输量不断增长，超载、重载车辆在整个交通流中所占的比例增加以及渠化交通的作用， 车辙已成为渠化交通的高等级公路沥青路面的主要损坏类型之一。车辙的存在严重缩短了 路面的使用性能和使用寿命，降低了道路的服务质量，而且其增加了出现水洼的潜在可能， 在寒冷地区形成辙槽聚冰，构成了道路运输的安全隐患。

车辙是指在行车荷载的反复作用下，路面发生的不可恢复的永久变形，包括失稳性车 辙、结构性车辙和磨耗性车辙。失稳性车辙是由于路面结构层在车轮荷载作用下，沥青混 合料的高温稳定性不佳，强度不足或塑性变形过大，内部材料产生横向流动引起位移而形 成的。失稳性车辙常出现在较厚的沥青面层中，尤其是重在交通道路。病害产生在沥青面 层10cm以内，是现代沥青路面的一种早期损坏。近年来，重载货车使用的轮胎类型也在 变化，越来越多的货车使用子午线轮胎。子午线轮胎能承受更高的通胀压力，能够承受更 高的荷载，但同时对路表面损害也更大，失稳性车辙更容易产生。

失稳性车辙主要为靠近地表处低限制条件下剪切应力作用而产生，其根本原因是高通 胀子午线轮胎的应力分布作用，因此可以在低限制条件下，通过控制材料的抗剪切强度和 刚度来控制失稳性车辙。低限制下材料的抗剪强度和刚度受到材料的组合状态(密度)、 加载历史(压缩)、和环境条件(温度)的影响，一个能够较好地模拟这组临界条件的室 内试验可以用来确定沥青混合料的关键性能指标，由此可以评估沥青混合料失稳性车辙的 情况。

综上，目前没有用于沥青路面在临界条件下失稳性车辙性能的试验装置及其试验方 法。

发明内容

本发明为解决目前没有用于沥青路面在临界条件下失稳性车辙性能的试验装置及其 试验方法的问题，进而提供一种评价沥青混合料抗车辙性能的试验装置及其试验方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的评价沥青混合料抗车辙性能的试验装置包括基座、圆盘底板、圆盘顶板和圆 盘连接板，所述基座为圆柱体基座，基座的上端面上加工第一中心盲孔，基座的中部水平 加工有第一通孔，中心盲孔与第一通孔相互连通，基座的底部设置有连接法兰，基座的上 端面上沿圆周方向均布加工有四个第一螺纹盲孔；

圆盘底板上加工有第一中心通孔，圆盘底板上加工有台肩，圆盘底板的台肩上沿圆周 方向均布加工有四个第二通孔，四个第二通孔与四个第一螺纹盲孔对应设置，圆盘底板固 装在基座的上端面上；

圆盘顶板上加工有台肩孔，台肩孔的大孔位于小孔的上方，圆盘顶板的上端面上沿圆 周方向均布加工有四个第二螺纹盲孔，第一中心盲孔、第一中心通孔和台肩孔的小孔的内 径一致设置；

圆盘连接板的上端面上加工有第二中心盲孔，圆盘连接板上加工有与四个第二螺纹盲 孔对应的四个第三通孔，第二中心盲孔的周边加工有四个连接通孔，圆盘连接板上加工有 一个气孔，气孔与圆盘连接板的中心距为38mm。

本发明的评价沥青混合料抗车辙性能的试验方法是按着以下步骤实现的：步骤一、

制备抗车辙性能试验试件：

步骤一一、首先将拌合好的混合料放入135℃的烘箱内熟化，1小时后进行搅拌，熟 化时间为两2小时；

步骤一二、然后将已经拌合好的沥青混合料制成圆柱体试件，圆柱体试件的高度为 150mm，圆柱体试件的外径为150mm；

步骤一三、将制好的圆柱体试件静置24小时后，用切割机将试件两端切平，保证圆 柱体试件的高度为135mm±1mm；

步骤一四、采用取芯机对圆柱体试件取芯，圆柱体试件中心通孔的直径为35mm，得 到空心圆柱体试件；

步骤二、计算空隙率：采用表干法测试空心圆柱体试件的毛体积密度，计算空隙率；

步骤三、然后将空心圆柱体试件在干燥环境静置24小时；

步骤四、开始试验前将空心圆柱体试件放在恒温箱中保温5小时以上，使空心圆柱体 试件温度达到40℃；

步骤五、安装空心圆柱体试件：

步骤五一、安装基座：首先通过法兰将基座固定在三轴剪切仪上；

步骤五二、粘接圆盘底板、空心圆柱体试件和圆盘顶板：

首先将圆盘底板、空心圆柱体试件及圆盘顶板擦拭干净，在圆盘底板上端面和圆盘顶 板的下端面均匀涂抹环氧树脂，将空心圆柱体试件粘接在圆盘底板和圆盘顶板之间，保证 空心圆柱体试件与圆盘底板和圆盘顶板对齐，静置7～12小时；

步骤五三、空心圆柱体试件密封：

将桶状乳胶橡胶薄膜依次从圆盘底板、空心圆柱体试件及圆盘顶板的中心通孔穿出， 保证空心圆柱体试件完全被密封在乳胶橡胶薄膜中；

步骤五四、试件固定：将圆盘底板螺纹连接在基座的上端面上，将乳胶橡胶薄膜的开 口压住封紧；

步骤五五、安装圆盘连接板：将圆盘连接板采用螺纹连接在圆盘顶板的上端面上，将 加载臂与圆盘连接板的第二中心盲孔连接；

步骤六、施加载荷试验：

采用液压系统对空心圆柱体试件施加扭矩，用水对试件施加围压，通过第一通孔施加 压力载荷，使空心圆柱体内外产生压强差，施加载荷的波形采用正弦波或半正弦波，载荷 频率为10HZ，当试件的剪切变形快速增加，即空心圆柱体试件发生破坏时停止；

通过连接仪器自带的力和位移传感器记录所施加的力和扭转角；

向液压系统密闭的树脂玻璃室内注水，采用循环恒温水浴对水进行加热至40℃，始 终循环，保证试验温度为40℃；

启动MTS Testar IIm软件，将加载臂与圆盘连接板通过螺栓连接，在MTS Testar IIm 软件中设定加载波形、幅值、频率、有无围压、围压大小，同时采集加载时间，加载循环 次数及扭转角，参数设定后进行模拟抗车辙性能试验的数据采集，当扭转角达到由5％～7％ 剪应变计算得到的值时，停止采集数据；

步骤七、数据处理：

根据采集的扭转角，计算剪应变γ

$\gamma =\frac{r_{\mathrm{eq}}\theta }{l}---\left(1\right)$

其中：r_eq——等效半径，

θ——扭转角；l——试件高度；

绘出剪应变和时间(或加载循环次数)的曲线图进行对比，以失效时循环次数和剪应 变大小来判断试件抵抗失稳性车辙的性能。

本发明的有益效果是：

本发明的评价沥青混合料抗车辙性能的试验装置可以配套安装在三轴剪切试验平台 上，空心圆柱体试件可以密封后固定在本发明的的试验装置上，实现了模拟有无围压、 内外有无压强差、不同温度多种复杂情况下沥青混合料低限制高剪切的工作情况，很好 地模拟了沥青路面失稳性车辙的发展过程，本发明的评价沥青混合料抗车辙性能的试验 方法还可以通过失效时的循环次数和剪应变大小来评价材料抵抗失稳性车辙的性能，进 而对不同沥青混合料性能进行比较，具有较高的可信度。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式一的基座1中主视图，图2是本发明的具体实施方式 一中基座1的主剖视图，图3是图1的俯视图，图4是本发明的具体实施方式一中圆盘 底板2的主视图，图5是图4的俯视剖视图，图6是本发明的具体实施方式一中圆盘顶 板3的主视图，图7是图6的俯视剖视图，图8是本发明的具体实施方式一中圆盘连接 板4的主视图，图9是图8的俯视剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1-9所示，本实施方式的评价沥青混合料抗车辙性能的试验装 置包括基座1、圆盘底板2、圆盘顶板3和圆盘连接板4，所述基座1为圆柱体基座，基 座1的上端面上加工第一中心盲孔1-1，基座1的中部水平加工有第一通孔1-2，中心盲 孔1-1与第一通孔1-2相互连通，基座1的底部设置有连接法兰1-3，基座1的上端面上 沿圆周方向均布加工有四个第一螺纹盲孔1-4；

圆盘底板2上加工有第一中心通孔2-1，圆盘底板2上加工有台肩2-2，圆盘底板2 的台肩2-2上沿圆周方向均布加工有四个第二通孔2-3，四个第二通孔2-3与四个第一螺 纹盲孔1-4对应设置，圆盘底板2固装在基座1的上端面上；

圆盘顶板3上加工有台肩孔3-1，台肩孔3-1的大孔位于小孔的上方，圆盘顶板3的 上端面上沿圆周方向均布加工有四个第二螺纹盲孔3-2，第一中心盲孔1-1、第一中心通 孔2-1和台肩孔3-1的小孔的内径一致设置；

圆盘连接板4的上端面上加工有第二中心盲孔4-1，圆盘连接板4上加工有与四个第 二螺纹盲孔3-2对应的四个第三通孔4-2，第二中心盲孔4-1的周边加工有四个连接通孔 4-3，圆盘连接板4上加工有一个气孔4-4，气孔4-4与圆盘连接板4的中心距为38mm。

具体实施方式二：本实施方式基座1、圆盘底板2、圆盘顶板3和圆盘连接板4均由 不锈钢制成。如此设计，如此设计，可以防止在水的作用下被锈蚀，具有较好的耐久性。 其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式基座1的高度H为200mm，基座1的外 径D为175mm。如此设计，如此设计，可以配合三轴剪切仪的使用要求及与圆盘底板2 固定。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图3所示，本实施方式第一中心盲孔1-1的内径为35mm。如此 设计，如此设计，为了与混合料内径保持相同，控制混合料内外压强差。其它组成及连接 关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图5和图7所示，本实施方式圆盘底板2上端的外径D1和圆盘 顶板3的外径D2均为150mm。如此设计，如此设计，与混合料外径相同，很好地固定 沥青混合料。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：如图8和图9所示，本实施方式第二中心盲孔4-1的高度为10mm， 第二中心盲孔4-1的内径为13mm。如此设计，为了与三轴剪切仪的加载臂固定连接。其 它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图1-9所示，本实施方式的评价沥青混合料抗车辙性能的试验方 法步骤如下：

步骤一、制备抗车辙性能试验试件：

步骤一一、首先将拌合好的混合料放入135℃的烘箱内熟化，1小时后进行搅拌，熟 化时间为两2小时；

步骤一二、然后将已经拌合好的沥青混合料制成圆柱体试件，圆柱体试件的高度为 150mm，圆柱体试件的外径为150mm；

步骤一三、将制好的圆柱体试件静置24小时后，用切割机将试件两端切平，保证圆 柱体试件的高度为135mm±1mm；

步骤一四、采用取芯机对圆柱体试件取芯，圆柱体试件中心通孔的直径为35mm，得 到空心圆柱体试件；

步骤二、计算空隙率：采用表干法测试空心圆柱体试件的毛体积密度，计算空隙率；

步骤三、然后将空心圆柱体试件在干燥环境静置24小时；

步骤四、开始试验前将空心圆柱体试件放在恒温箱中保温5小时以上，使空心圆柱体 试件温度达到40℃；

步骤五、安装空心圆柱体试件：

步骤五一、安装基座：首先通过法兰1-3将基座1固定在三轴剪切仪上；

步骤五二、粘接圆盘底板2、空心圆柱体试件和圆盘顶板3：

首先将圆盘底板2、空心圆柱体试件及圆盘顶板3擦拭干净，在圆盘底板2上端面和 圆盘顶板3的下端面均匀涂抹环氧树脂，将空心圆柱体试件粘接在圆盘底板2和圆盘顶板 3之间，保证空心圆柱体试件与圆盘底板2和圆盘顶板3对齐，静置7～12小时；

步骤五三、空心圆柱体试件密封：

将桶状乳胶橡胶薄膜依次从圆盘底板2、空心圆柱体试件及圆盘顶板3的中心通孔穿 出，保证空心圆柱体试件完全被密封在乳胶橡胶薄膜中；

步骤五四、试件固定：将圆盘底板2螺纹连接在基座1的上端面上，将乳胶橡胶薄膜 的开口压住封紧；

步骤五五、安装圆盘连接板：将圆盘连接板4采用螺纹连接在圆盘顶板3的上端面上， 将加载臂与圆盘连接板4的第二中心盲孔4-1连接；

步骤六、施加载荷试验：

采用液压系统对空心圆柱体试件施加扭矩，用水对试件施加围压，通过第一通孔1-2 施加压力载荷，使空心圆柱体内外产生压强差，施加载荷的波形采用正弦波或半正弦波， 载荷频率为10HZ，当试件的剪切变形快速增加，即空心圆柱体试件发生破坏时停止；

通过连接仪器自带的力和位移传感器记录所施加的力和扭转角；

向液压系统密闭的树脂玻璃室内注水，采用循环恒温水浴对水进行加热至40℃，始 终循环，保证试验温度为40℃；

启动MTS Testar IIm软件，将加载臂与圆盘连接板4通过螺栓连接，在MTS Testar IIm 软件中设定加载波形、幅值、频率、有无围压、围压大小，同时采集加载时间，加载循环 次数及扭转角，参数设定后进行模拟抗车辙性能试验的数据采集，当扭转角达到由5％～7％ 剪应变计算得到的值时，停止采集数据；

步骤七、数据处理：

根据采集的扭转角，计算剪应变γ

$\gamma =\frac{r_{\mathrm{eq}}\theta }{l}---\left(1\right)$

其中：r_eq——等效半径，

θ——扭转角；l——试件高度；

绘出剪应变和时间(或加载循环次数)的曲线图进行对比，以失效时循环次数和剪应 变大小来判断试件抵抗失稳性车辙的性能。

具体实施方式八：本实施方式在圆盘底板2的上端面和圆盘顶板3的下端面均加工有 锯齿状刻纹，每厘米刻有8条锯齿状刻纹。如此操作，可以增大空心圆柱体试件与圆盘底 板2和圆盘顶板3粘接的摩擦力。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。