一种基于轮载仪的沥青混合料粘弹性性能试验方法
专利名称：一种基于轮载仪的沥青混合料粘弹性性能试验方法
技术领域：
本发明属于道路工程领域，具体涉及ー种基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，用于测试浙青混合料的粘弾性性能。
背景技术：
近些年来，公路交通特别是高等级公路建设的蓬勃发展，对道路材料的品质和功能也提出了更高的要求。道路材料的性能、质量和组成设计都对它的发展起了至关重要的作用，而通过合理的试验方法对道路材料的性能进行测试和了解是正确有效地使用道路材料的前提和基础。浙青混凝土路面由于具有诸多优点，在道路工程建设中得到广泛的应用，我国目前的高等级道路基本都采用浙青混凝土路面。浙青混合料的粘弾性特性极其复杂，影响因素众多，并且各因素之间相互影响，通常可以通过其在粘弾性范围内的试验来进行測定和表征。按照试验评价指标不同，浙青混合料粘弾性性能试验主要包括动态模量试验、蠕变试验和应カ松弛试验等。通过这些试验，可以了解浙青混合料在恒定或重复周期性荷载作用下的力学响应，且相应的试验结果可以定量地评价浙青混合料抵抗持续性或周期性荷载作用的能力。用于研究浙青混合料粘弾性性能的试验方法很多，这些试验主要是加载方式的不同，目前应用较广泛的试验方法包括直接拉伸试验、单轴压缩试验和间接拉伸试验等常规的试验方法。直接拉伸试验中，虽然试件的受カ方式简单直接，但是试件的准备和试验操作过程十分复杂，所以直接拉伸试验的可操作性差和效率低限制了它的推广应用。和直接拉伸试验相比，单轴压缩试验的操作相对简单、方便，但是其测试的是浙青混合料在压缩状态下的粘弾性特性，与实际道路路面浙青混合料的受カ特点不相符，不能准确地放映浙青混合料在拉伸状态下的粘弾性特性。间接拉伸试验虽然可以间接测试得到浙青混合料在拉伸状态下的粘弹性特性，但是与单轴(拉伸和压缩)试验中试件所处的简单应カ状态相比，间接拉伸试验中试件所处的应力状态极为复杂，试验结果的准确性较差。另外，相对于本发明中提出的试验方法，直接拉伸试验、单轴压缩试验和间接拉伸试验的试件制作过程较为复杂，往往需要通过切割和取芯等加工处理，而这些加工エ艺具有较强的技巧性而难于精确控制，而且这些过程对试件的孔隙率也会产生较大的影响，不正当和不准确的操作会导致同一组试件之间的孔隙率差异较大，而影响试验結果。在重复交通荷载的作用下，路面的实际应カ应变状态表明浙青混合料在拉伸状态下的粘弾性特性对其各种路用性能有着决定性的作用。而加载方式本身又对浙青混合料的测试结果有很重要的影响，所以采用不合适的加载方式进行试验可能会导致得出错误的结论和不合理的设计。因此，开发出一种浙青混合料粘弾性性能的测试方法，使其加载方式与路面浙青混合料的实际受力特点相符合，对于研究浙青混合料的粘弾性性能、评价其路用性能和进行合理的设计都具有重要的意义。LffT (loaded wheel tester)是ー种普遍应用于测试道路材料性能的仪器(设备)，俗称轮载仪。LWT试验可以定义为利用移动车轮荷载评价道路在长期服务条件下的使用性能的试验。目前主要用于测试浙青混合料的抗车辙(永久变形)性能、水敏感(水稳定)性能和疲劳性能。其工作原理是在一定的环境条件下，对试件施加重复性的车轮荷载来测试试件在轮载作用下轮迹位置的车辙，在浸水条件下的破坏点，或者是疲劳寿命。因此，与其它试验方法相比，LWT试验能够更加真实地模拟实际道路受到的重复车辆荷载的作用以及道路所处的外界环境条件，使试件的内部应カ状态更接近道路的真实情況。由此可见，在目前LWT在世界范围内被广泛应用的同时，利用其自身的特点和优势开发出新的有效的试验方法不失为ー种合理利用资源，节约成本的好办法。
发明内容
本发明的目的是根据轮载仪移动轮载的加载特点，克服现有试验方法和技术之不足而提供一套简单易行，便于推广，且使试验中的浙青混合料试件与实际浙青混凝土路面的受カ状态相符的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，以评价浙青混合料的粘弾性性能。本发明的目的可以通过下述技术方案予以实现一种测试基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，包括轮载仪、试件、动态模量试验和蠕变试验，其特征在于包括如下步骤a、试验前，先在浙青混合料试件的底部安装应变传感器，并且根据移动轮载特点和试件尺寸通过力学方法或有限元分析法计算得到所述试件在移动荷载作用下的应カ分布情况；b、试验中，动态模量试验首先对试件进行预加载，确定出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的移动轮载，然后通过轮载仪对试件施加周期性的移动轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量；蠕变试验首先对试件进行预加载，得出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的竖向轮载，通过轮载仪对试件跨中位置施加持续的大小不变的竖向轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量；C、试验后，通过轮载仪和应变传感器得出所述试件的应力、应变量和轮载的作用时间。本发明中，所述步骤b中通过调节轮载仪的轮载速度来控制试验的加载频率。本发明中，所述步骤a中的浙青混合料试件可以通过静压法、振动压实法和轮碾成型法成型，所述试件为梁形或板形试件。本发明中，所述试件的长宽高根据所述轮载仪的具体型号而定或者选取需要測量粘弹性性能的实际路面的厚度而定。本发明中，所述步骤a和b中，试件成型后和试验过程中可以将试件置于环境箱中或者轮载试验仪的测试箱中进行保温和测试。采用上述方法，本发明的试件形状和受カ特点完全模拟真实路面的实际情况，而且利用试件上的应变传感器得到试验过程中的应变量，从而根据浙青混合料的粘弾性理论来评价其粘弾性性能，通过浙青混合料在受カ过程中本身的性质的变化来评价其粘弹性特征。也就是说，本发明在模拟真实路面的情况下，利用目前常用的、较为成熟的测试仪器来测试浙青混合料的粘弾性性能，使试验过程更加方便可行，且能更好的模拟浙青混合料路面的实际受力情況。
综上所述，本发明具有简单易行，可操作性和应用性强的特点，并且该实验方法可以利用目前所广泛使用的各种轮载试验仪来完成，试验时试件的受カ特点也与实际浙青混凝土路面相似，所以测试得到的拉伸状态下的浙青混合料的粘弾性性能更加准确可靠。图I是本发明的LWT粘弹性试验示意图；图2是图I的仰视图；图3 (a)是APA加载系统示意图的顶视图；图3 (b)是APA加载系统示意图的侧视图；图4是APA加载轮的运动方程的建立的示意图；图5是试件应カ分析的简化力学模型；图6是LWT动态模量试验中试件在不同加载频率下所受到的拉应カ；图7是LWT动态模量试验中试件在不同加载频率下产生的拉应变；图8是LWT动态模量试验中试件的应カ应变关系；图9是不同温度下LWT蠕变试验中试件变形随加载时间的变化情况；
图10是不同浙青混合料LWT粘弹性试验的动态模量结果； 图11是不同浙青混合料LWT粘弹性试验的相位角结果；图12是不同浙青混合料LWT粘弹性试验的蠕变柔量结果(10C)。
具体实施例方式下面结合附图，说明本发明的具体实施方式
。实施例如图I和图2和所示，试验前，先在浙青混合料试件的底部粘贴或安装应变传感器，以在试验中测试试件在重复的移动荷载作用下所产生的拉伸变形。动态模量试验中，利用LWT对试件施加的周期性的移动轮载，并通过安装在试件底部的应变传感器来量测试件产生的弯曲拉伸变形。根据试件受到的应カ和量测得到的变形以及加载过程中的应カー应变关系便可计算得到试件的动态模量和相位角。蠕变试验中，利用LWT在试件跨中位置施加持续的大小不变的轮载，并通过安装在试件底部的应变传感器来量测试件产生的弯曲拉伸变形，通过试件受到的大小不变的应カ和随时间变化的拉应变便可计算得到试件的蠕变柔量。通过动态模量、相位角和蠕变柔量便可根据浙青混合料的粘弾性理论来评价其粘弹性性能。本实施例以基于APA (浙青路面分析仪)的LWT轮载系统为例，运用本发明的试验方法对几种不同的浙青混合料进行了粘弾性性能试验。试验中共考虑了 4种不同的浙青混合料，考虑了两种不同的集料(石灰石和花岗岩)和3种不同等级的浙青结合料(PG 64-22、PG 70-22和PG 76-22)对浙青混合料的粘弹性性能的影响，以评价LWT粘弹性试验对不同浙青混合料的粘弹性性能的敏感性。这四种浙青混合料的基本信息如表I所示，所采用的粘弾性试验的基本信息如表2所示。表I本实施例所采用的四种不同浙青混合料的基本信息
I青混合料骨料浙青等级浙青含量 GN-1花岗岩 PG64-22 5.8%
LS-I[石灰石 PG64-22 I= 5.0% :
权利要求
1.一种基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，包括轮载仪、试件、动态模量试验和蠕变试验，其特征在于包括如下步骤 a、试验前，先在浙青混合料试件的底部安装应变传感器，并且根据移动轮载特点和试件尺寸通过力学方法或有限元分析法计算得到所述试件在移动荷载作用下的应カ分布情况； b、试验中，动态模量试验首先对试件进行预加载，得出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的移动轮载，然后通过轮载仪对试件施加周期性的移动轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量； 蠕变试验首先对试件进行预加载，得出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的竖向轮载，通过轮载仪对试件跨中位置施加持续的大小不变的竖向轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量； C、试验后，通过轮载仪和应变传感器得到所述试件的应力、应变量和轮载的作用时间。
2.根据权利要求I所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在于所述步骤b中通过调节轮载仪的轮载速度来控制试验的加载频率。
3.根据权利要求2所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在于所述步骤a中的浙青混合料试件可以通过静压法、振动压实法和轮碾成型法成型，所述试件为梁形或板形试件。
4.根据权利要求3所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在干所述试件的长宽高根据所述轮载仪的具体型号而定或者选取需要測量粘弾性性能的实际路面的厚度而定。
5.根据权利要求4所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在于所述步骤a和b中，试件成型后和试验过程中可以将试件置于环境箱、温控设备中或者轮载试验仪的测试箱中进行保温和测试。
全文摘要
一种基于轮载仪的沥青混合料粘弹性性能试验方法，包括轮载仪、试件、动态模量试验和蠕变试验，a、试验前，先在沥青混合料试件的底部安装应变传感器，并且通过力学方法或有限元分析法计算得到所述试件在移动荷载作用下的应力分布情况；b、试验中，动态模量试验通过轮载仪对试件施加周期性的移动轮载；蠕变试验通过轮载仪对试件跨中位置施加持续的大小不变的竖向轮载；c、试验后，通过轮载仪和变传感器得出所述试件的应力、应变量和轮载的作用时间。本发明具有简单易行，可操作性和应用性强的特点，使得试验时试件的受力特点与实际沥青混凝土路面相似，测试得到的粘弹性性能更加准确可靠。
文档编号G01N3/32GK102628780SQ20121008835
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者吴昊, 舒翔, 黄宝山 申请人:中南大学, 长沙理工大学
技术领域：
本发明属于道路工程领域，具体涉及ー种基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，用于测试浙青混合料的粘弾性性能。
背景技术：
近些年来，公路交通特别是高等级公路建设的蓬勃发展，对道路材料的品质和功能也提出了更高的要求。道路材料的性能、质量和组成设计都对它的发展起了至关重要的作用，而通过合理的试验方法对道路材料的性能进行测试和了解是正确有效地使用道路材料的前提和基础。浙青混凝土路面由于具有诸多优点，在道路工程建设中得到广泛的应用，我国目前的高等级道路基本都采用浙青混凝土路面。浙青混合料的粘弾性特性极其复杂，影响因素众多，并且各因素之间相互影响，通常可以通过其在粘弾性范围内的试验来进行測定和表征。按照试验评价指标不同，浙青混合料粘弾性性能试验主要包括动态模量试验、蠕变试验和应カ松弛试验等。通过这些试验，可以了解浙青混合料在恒定或重复周期性荷载作用下的力学响应，且相应的试验结果可以定量地评价浙青混合料抵抗持续性或周期性荷载作用的能力。用于研究浙青混合料粘弾性性能的试验方法很多，这些试验主要是加载方式的不同，目前应用较广泛的试验方法包括直接拉伸试验、单轴压缩试验和间接拉伸试验等常规的试验方法。直接拉伸试验中，虽然试件的受カ方式简单直接，但是试件的准备和试验操作过程十分复杂，所以直接拉伸试验的可操作性差和效率低限制了它的推广应用。和直接拉伸试验相比，单轴压缩试验的操作相对简单、方便，但是其测试的是浙青混合料在压缩状态下的粘弾性特性，与实际道路路面浙青混合料的受カ特点不相符，不能准确地放映浙青混合料在拉伸状态下的粘弾性特性。间接拉伸试验虽然可以间接测试得到浙青混合料在拉伸状态下的粘弹性特性，但是与单轴(拉伸和压缩)试验中试件所处的简单应カ状态相比，间接拉伸试验中试件所处的应力状态极为复杂，试验结果的准确性较差。另外，相对于本发明中提出的试验方法，直接拉伸试验、单轴压缩试验和间接拉伸试验的试件制作过程较为复杂，往往需要通过切割和取芯等加工处理，而这些加工エ艺具有较强的技巧性而难于精确控制，而且这些过程对试件的孔隙率也会产生较大的影响，不正当和不准确的操作会导致同一组试件之间的孔隙率差异较大，而影响试验結果。在重复交通荷载的作用下，路面的实际应カ应变状态表明浙青混合料在拉伸状态下的粘弾性特性对其各种路用性能有着决定性的作用。而加载方式本身又对浙青混合料的测试结果有很重要的影响，所以采用不合适的加载方式进行试验可能会导致得出错误的结论和不合理的设计。因此，开发出一种浙青混合料粘弾性性能的测试方法，使其加载方式与路面浙青混合料的实际受力特点相符合，对于研究浙青混合料的粘弾性性能、评价其路用性能和进行合理的设计都具有重要的意义。LffT (loaded wheel tester)是ー种普遍应用于测试道路材料性能的仪器(设备)，俗称轮载仪。LWT试验可以定义为利用移动车轮荷载评价道路在长期服务条件下的使用性能的试验。目前主要用于测试浙青混合料的抗车辙(永久变形)性能、水敏感(水稳定)性能和疲劳性能。其工作原理是在一定的环境条件下，对试件施加重复性的车轮荷载来测试试件在轮载作用下轮迹位置的车辙，在浸水条件下的破坏点，或者是疲劳寿命。因此，与其它试验方法相比，LWT试验能够更加真实地模拟实际道路受到的重复车辆荷载的作用以及道路所处的外界环境条件，使试件的内部应カ状态更接近道路的真实情況。由此可见，在目前LWT在世界范围内被广泛应用的同时，利用其自身的特点和优势开发出新的有效的试验方法不失为ー种合理利用资源，节约成本的好办法。
发明内容
本发明的目的是根据轮载仪移动轮载的加载特点，克服现有试验方法和技术之不足而提供一套简单易行，便于推广，且使试验中的浙青混合料试件与实际浙青混凝土路面的受カ状态相符的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，以评价浙青混合料的粘弾性性能。本发明的目的可以通过下述技术方案予以实现一种测试基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，包括轮载仪、试件、动态模量试验和蠕变试验，其特征在于包括如下步骤a、试验前，先在浙青混合料试件的底部安装应变传感器，并且根据移动轮载特点和试件尺寸通过力学方法或有限元分析法计算得到所述试件在移动荷载作用下的应カ分布情况；b、试验中，动态模量试验首先对试件进行预加载，确定出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的移动轮载，然后通过轮载仪对试件施加周期性的移动轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量；蠕变试验首先对试件进行预加载，得出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的竖向轮载，通过轮载仪对试件跨中位置施加持续的大小不变的竖向轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量；C、试验后，通过轮载仪和应变传感器得出所述试件的应力、应变量和轮载的作用时间。本发明中，所述步骤b中通过调节轮载仪的轮载速度来控制试验的加载频率。本发明中，所述步骤a中的浙青混合料试件可以通过静压法、振动压实法和轮碾成型法成型，所述试件为梁形或板形试件。本发明中，所述试件的长宽高根据所述轮载仪的具体型号而定或者选取需要測量粘弹性性能的实际路面的厚度而定。本发明中，所述步骤a和b中，试件成型后和试验过程中可以将试件置于环境箱中或者轮载试验仪的测试箱中进行保温和测试。采用上述方法，本发明的试件形状和受カ特点完全模拟真实路面的实际情况，而且利用试件上的应变传感器得到试验过程中的应变量，从而根据浙青混合料的粘弾性理论来评价其粘弾性性能，通过浙青混合料在受カ过程中本身的性质的变化来评价其粘弹性特征。也就是说，本发明在模拟真实路面的情况下，利用目前常用的、较为成熟的测试仪器来测试浙青混合料的粘弾性性能，使试验过程更加方便可行，且能更好的模拟浙青混合料路面的实际受力情況。
综上所述，本发明具有简单易行，可操作性和应用性强的特点，并且该实验方法可以利用目前所广泛使用的各种轮载试验仪来完成，试验时试件的受カ特点也与实际浙青混凝土路面相似，所以测试得到的拉伸状态下的浙青混合料的粘弾性性能更加准确可靠。图I是本发明的LWT粘弹性试验示意图；图2是图I的仰视图；图3 (a)是APA加载系统示意图的顶视图；图3 (b)是APA加载系统示意图的侧视图；图4是APA加载轮的运动方程的建立的示意图；图5是试件应カ分析的简化力学模型；图6是LWT动态模量试验中试件在不同加载频率下所受到的拉应カ；图7是LWT动态模量试验中试件在不同加载频率下产生的拉应变；图8是LWT动态模量试验中试件的应カ应变关系；图9是不同温度下LWT蠕变试验中试件变形随加载时间的变化情况；
图10是不同浙青混合料LWT粘弹性试验的动态模量结果； 图11是不同浙青混合料LWT粘弹性试验的相位角结果；图12是不同浙青混合料LWT粘弹性试验的蠕变柔量结果(10C)。
具体实施例方式下面结合附图，说明本发明的具体实施方式
。实施例如图I和图2和所示，试验前，先在浙青混合料试件的底部粘贴或安装应变传感器，以在试验中测试试件在重复的移动荷载作用下所产生的拉伸变形。动态模量试验中，利用LWT对试件施加的周期性的移动轮载，并通过安装在试件底部的应变传感器来量测试件产生的弯曲拉伸变形。根据试件受到的应カ和量测得到的变形以及加载过程中的应カー应变关系便可计算得到试件的动态模量和相位角。蠕变试验中，利用LWT在试件跨中位置施加持续的大小不变的轮载，并通过安装在试件底部的应变传感器来量测试件产生的弯曲拉伸变形，通过试件受到的大小不变的应カ和随时间变化的拉应变便可计算得到试件的蠕变柔量。通过动态模量、相位角和蠕变柔量便可根据浙青混合料的粘弾性理论来评价其粘弹性性能。本实施例以基于APA (浙青路面分析仪)的LWT轮载系统为例，运用本发明的试验方法对几种不同的浙青混合料进行了粘弾性性能试验。试验中共考虑了 4种不同的浙青混合料，考虑了两种不同的集料(石灰石和花岗岩)和3种不同等级的浙青结合料(PG 64-22、PG 70-22和PG 76-22)对浙青混合料的粘弹性性能的影响，以评价LWT粘弹性试验对不同浙青混合料的粘弹性性能的敏感性。这四种浙青混合料的基本信息如表I所示，所采用的粘弾性试验的基本信息如表2所示。表I本实施例所采用的四种不同浙青混合料的基本信息
I青混合料骨料浙青等级浙青含量 GN-1花岗岩 PG64-22 5.8%
LS-I[石灰石 PG64-22 I= 5.0% :
权利要求
1.一种基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，包括轮载仪、试件、动态模量试验和蠕变试验，其特征在于包括如下步骤 a、试验前，先在浙青混合料试件的底部安装应变传感器，并且根据移动轮载特点和试件尺寸通过力学方法或有限元分析法计算得到所述试件在移动荷载作用下的应カ分布情况； b、试验中，动态模量试验首先对试件进行预加载，得出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的移动轮载，然后通过轮载仪对试件施加周期性的移动轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量； 蠕变试验首先对试件进行预加载，得出能使试件产生的变形在线性粘弾性范围之内的竖向轮载，通过轮载仪对试件跨中位置施加持续的大小不变的竖向轮载，并通过所述应变传感器来測量所述试件产生的拉伸变形的应变量； C、试验后，通过轮载仪和应变传感器得到所述试件的应力、应变量和轮载的作用时间。
2.根据权利要求I所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在于所述步骤b中通过调节轮载仪的轮载速度来控制试验的加载频率。
3.根据权利要求2所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在于所述步骤a中的浙青混合料试件可以通过静压法、振动压实法和轮碾成型法成型，所述试件为梁形或板形试件。
4.根据权利要求3所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在干所述试件的长宽高根据所述轮载仪的具体型号而定或者选取需要測量粘弾性性能的实际路面的厚度而定。
5.根据权利要求4所述的基于轮载仪的浙青混合料粘弾性性能试验方法，其特征在于所述步骤a和b中，试件成型后和试验过程中可以将试件置于环境箱、温控设备中或者轮载试验仪的测试箱中进行保温和测试。
全文摘要
一种基于轮载仪的沥青混合料粘弹性性能试验方法，包括轮载仪、试件、动态模量试验和蠕变试验，a、试验前，先在沥青混合料试件的底部安装应变传感器，并且通过力学方法或有限元分析法计算得到所述试件在移动荷载作用下的应力分布情况；b、试验中，动态模量试验通过轮载仪对试件施加周期性的移动轮载；蠕变试验通过轮载仪对试件跨中位置施加持续的大小不变的竖向轮载；c、试验后，通过轮载仪和变传感器得出所述试件的应力、应变量和轮载的作用时间。本发明具有简单易行，可操作性和应用性强的特点，使得试验时试件的受力特点与实际沥青混凝土路面相似，测试得到的粘弹性性能更加准确可靠。
文档编号G01N3/32GK102628780SQ20121008835
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者吴昊, 舒翔, 黄宝山 申请人:中南大学, 长沙理工大学
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