一種瀝青梁抗低溫開裂性能的試驗方法和試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種瀝青梁抗低溫開裂性能的試驗方法，包括以下步驟：將瀝青梁試件降溫至試驗溫度；將瀝青梁試件放置在支架上，支架給瀝青梁試件提供兩點支撐；對瀝青梁試件跨中部位持續(xù)施加恒定豎向荷載P；記錄瀝青梁試件屈服時跨中部位的撓度Δ；計算瀝青勁度模量S；計算瀝青應(yīng)變速率m；通過瀝青勁度模量S和應(yīng)變速率m綜合評價瀝青抗低溫開裂性能。該試驗方法通過測得表征瀝青抗低溫開裂性能的關(guān)鍵指標(biāo)，彌補了現(xiàn)有規(guī)范對瀝青低溫性能評價不充分的缺陷。本發(fā)明還公開了瀝青梁抗低溫開裂性能的試驗裝置，包括試驗槽，試驗槽內(nèi)設(shè)置用于給瀝青梁試件提供兩點支撐的支架，試驗槽上方設(shè)置加載裝置。該試驗裝置能夠有效測得表征抗低溫開裂性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
【專利說明】一種瀝青梁抗低溫開裂性能的試驗方法和試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于浙青性能試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗 方法和試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程JTGE-20-2011》中針對浙青的抗低溫 開裂性能評價指標(biāo)主要為低溫延度，并且沒有給出浙青在低溫區(qū)間內(nèi)的溫度敏感性指標(biāo)， 僅通過針入度指數(shù)PI來預(yù)測浙青的感溫性。但是，實際工程經(jīng)驗表明針入度指數(shù)PI并不 能科學(xué)地評價浙青在低溫區(qū)間的溫度敏感性。美國SHRP計劃研制出的低溫彎曲梁流變儀 能夠測試浙青的低溫性能（即抗低溫開裂性能），為分析浙青在低溫區(qū)間的性質(zhì)變化提供 了一個有效的方法，其以流變學(xué)為基礎(chǔ)，能夠直接充分地反映溫度、時間對于浙青低溫流變 性質(zhì)的影響。但是，美國SHRP低溫彎曲梁流變儀造價很高，目前并不適合在我國廣泛推廣 使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種浙青梁抗低溫開裂性能 的試驗方法。該試驗方法通過測得表征浙青抗低溫開裂性能的關(guān)鍵指標(biāo)，即勁度模量和應(yīng) 變速率，彌補了現(xiàn)有規(guī)范中對浙青低溫性能評價不充分的缺陷，豐富了浙青的低溫性能評 價指標(biāo)。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗 方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0005] 步驟一、將浙青梁試件降溫至試驗溫度；
[0006] 步驟二、將浙青梁試件放置在支架上，所述支架給浙青梁試件提供兩點支撐；
[0007] 步驟三、對浙青梁試件的跨中部位持續(xù)施加恒定的堅向荷載P ;
[0008] 步驟四、記錄浙青梁試件屈服時跨中部位的撓度Λ ;
[0009] 步驟五、根據(jù)公式：S = ，計算浙青勁度模量S，單位為MPa，其中，堅向荷載 4Μ? Ρ的單位為N ;L為浙青梁試件的跨徑,單位為mm ;b為浙青梁試件的寬度,單位為mm ;h為浙 青梁試件的高度，單位為mm ;撓度的單位為mm ;
[0010] 步驟六、根據(jù)公式：w =1，計算浙青應(yīng)變速率m，其中，t為從開始加載到浙青梁 # 試件屈服所用的時間，單位為s ;
[0011] 步驟七、通過浙青勁度模量S和浙青應(yīng)變速率m綜合評價浙青梁的抗低溫開裂性 能，浙青勁度模量S值越低說明浙青梁的抗低溫開裂性能越好，浙青應(yīng)變速率m值越高說明 浙青梁的抗低溫開裂性能越好。
[0012] 上述的一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗方法，其特征在于：在進行步驟三之前， 將用于對浙青梁試件的跨中部位施加恒定堅向荷載的加載壓頭與浙青梁試件緊密接觸。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗裝置，該試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單， 能夠有效地測得表征抗低溫開裂性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
[0014] 一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗裝置，其特征在于：包括盛裝有冷卻液的試驗 槽，所述試驗槽內(nèi)設(shè)置有用于給浙青梁試件提供兩點支撐的支架，所述試驗槽的上方設(shè)置 有用于向浙青梁試件持續(xù)施加恒定堅向荷載的加載裝置，所述加載裝置上設(shè)置有用于與浙 青梁試件跨中部位相抵接的加載壓頭。
[0015] 上述的試驗裝置，其特征在于：包括用于對試驗槽內(nèi)的冷卻液進行循環(huán)制冷的制 冷裝置，所述制冷裝置通過輸出管與試驗槽相連通，所述試驗槽通過回流管與制冷裝置相 連通。
[0016] 上述的試驗裝置，其特征在于：所述制冷裝置為冷卻液循環(huán)機。
[0017] 上述的試驗裝置，其特征在于：所述支架包括底板、左支柱和右支柱，所述左支柱 堅直設(shè)置在底板的左端，所述右支柱堅直設(shè)置在底板的右端。
[0018] 上述的試驗裝置，其特征在于：所述左支柱的上端面和右支柱的上端面均開設(shè)有 圓弧槽，所述圓弧槽內(nèi)放置有用于與浙青梁試件相接觸的圓柱體。
[0019] 上述的試驗裝置，其特征在于：所述加載壓頭的下端為用于與浙青梁試件跨中部 位相接觸的圓弧形。
[0020] 上述的試驗裝置，其特征在于：所述加載裝置采用浙青針入度儀，所述加載壓頭安 裝在浙青針入度儀試針的下端。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0022] 1、本發(fā)明試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理。
[0023] 2、本發(fā)明試驗裝置支架左支柱的上端面和右支柱的上端面均開設(shè)有圓弧槽，所述 圓弧槽內(nèi)放置有用于與浙青梁試件相接觸的圓柱體。這樣能夠在施加荷載時，浙青梁試件 產(chǎn)生彎曲變形時，浙青梁試件與左支柱和右支柱上端的圓柱體產(chǎn)生相對滾動，避免浙青梁 試件在彎曲變形時與左支柱和右支柱產(chǎn)生的摩擦阻力，影響浙青梁試件跨中部位的撓度 值。
[0024] 3、本發(fā)明試驗裝置通過對加載壓頭的特殊設(shè)計，確保在加載過程中，始終為三點 加載的方式。即加載壓頭與浙青梁試件為線接觸，且所述線接觸部位處于加載壓頭的軸線 方向。避免加載壓頭與浙青梁試件一開始為面接觸，隨著浙青梁試件的彎曲變形，出現(xiàn)兩個 線接觸，破壞了三點加載的方式。
[0025] 4、本發(fā)明試驗方法通過簡單有效地測得表征浙青抗低溫開裂性能的關(guān)鍵指標(biāo)，即 勁度模量和應(yīng)變速率，彌補了現(xiàn)有規(guī)范中對浙青低溫性能評價不充分的缺陷，豐富了浙青 的低溫性能評價指標(biāo)。另外，在不同溫度下進行浙青抗低溫開裂性能試驗，試驗結(jié)果可為在 實際工程中選擇浙青品種提供有益的參考。
[0026] 綜上所述，本發(fā)明試驗方法有效，試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于實施，且使用效果好，便 于推廣使用。
[0027] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明試驗裝置試驗槽和支架的連接關(guān)系示意圖。
[0030] 圖3為制作本發(fā)明所用浙青梁試件的試模的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 附圖標(biāo)記說明：
[0032] 1-制冷裝置；2-浙青針入度儀；2-1-試針；
[0033] 3一試驗槽； 4一加載壓頭； 5-浙青梁試件；
[0034] 6-輸出管； 7-回流管； 8-支架；
[0035] 8-1一底板； 8-2-左支柱； 8-3-右支柱；
[0036] 8~4 一圓柱體；9 一支座； 10-試豐旲；
[0037] 10-1-T型側(cè)模；10-2-長方形側(cè)模；10-3-長方形板。
【具體實施方式】
[0038] 如圖1和圖2所示的一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗裝置，包括盛裝有冷卻液 的試驗槽3,所述試驗槽3內(nèi)設(shè)置有用于承載浙青梁試件5的支架8,所述支架8與浙青梁 試件5形成兩點支撐，所述試驗槽3的上方設(shè)置有用于向浙青梁試件5施加恒定堅向荷載 的加載裝置，所述加載裝置上設(shè)置有用于與浙青梁試件5跨中部位相抵接的加載壓頭4。具 體的，所述試驗槽3內(nèi)底壁上設(shè)置有支座9,所述支架8安裝在支座9上。
[0039] 該試驗裝置通過冷卻液使浙青梁試件5降至試驗溫度，采用三點加載的方式使浙 青梁試件5產(chǎn)生彎曲進而開始浙青梁抗低溫開裂性能試驗，其力學(xué)原理簡單，支架8的加工 簡單方便，造價低，適于大面積推廣使用。本實施例中，所述冷卻液采用汽車用防凍冷卻液。
[0040] 如圖1所示，該試驗裝置還包括用于對試驗槽3內(nèi)的冷卻液進行循環(huán)制冷的制冷 裝置1，所述制冷裝置1通過輸出管6與試驗槽3相連通，所述試驗槽3通過回流管7與制 冷裝置1相連通。通過設(shè)置制冷裝置1，能夠?qū)鋮s液的溫度保持恒定，使浙青梁試件5保 持在一個恒定的溫度。優(yōu)選的做法是，所述制冷裝置1為冷卻液循環(huán)機。
[0041] 如圖2所示，所述支架8為U形支架，所述U形支架包括底板8-1、左支柱8-2和 右支柱8-3,所述左支柱8-2堅直設(shè)置在底板8-1的左端，所述右支柱8-3堅直設(shè)置在底板 8-1的右端。左支柱8-2和右支柱8-3之間的距離為102mm。所述支架8為三點加載的方 式提供了結(jié)構(gòu)上的支持。
[0042] 如圖2所示，所述左支柱8-2的上端面和右支柱8-3的上端面均開設(shè)有圓弧槽，所 述圓弧槽內(nèi)放置有用于與浙青梁試件5相接觸的圓柱體8-4。這樣能夠在施加荷載時，浙青 梁試件5產(chǎn)生彎曲變形時，浙青梁試件5與左支柱8-2和右支柱8-3上端的圓柱體8-4產(chǎn) 生相對滾動，避免浙青梁試件5在彎曲變形時與左支柱8-2和右支柱8-3產(chǎn)生的摩擦阻力， 影響浙青梁試件5跨中部位的撓度值。并且保證了浙青梁試件5受力均勻。
[0043] 如圖2所示，所述加載壓頭4的下端為用于與浙青梁試件5跨中部位相接觸的圓 弧形。通過對加載壓頭4的特殊設(shè)計，確保在加載過程中，始終為三點加載的方式。即加載 壓頭4與浙青梁試件5為線接觸，且所述線接觸部位處于加載壓頭4的軸線方向。避免加載 壓頭4與浙青梁試件5 -開始為面接觸，隨著浙青梁試件5的彎曲變形，出現(xiàn)兩個線接觸， 破壞了三點加載的方式。
[0044] 如圖1所示，所述加載裝置采用浙青針入度儀2,所述加載壓頭4安裝在浙青針入 度儀2試針2-1的下端。加載裝置采用針入度儀2,無須專門的加載設(shè)備，極大地節(jié)約了成 本。
[0045] 由于在低溫條件下，浙青的勁度較常溫時大，并且浙青會產(chǎn)生一定的收縮應(yīng)變。若 浙青受到約束而不能自由變形時，其內(nèi)部便會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，若溫度應(yīng)力逐漸累積并達到 浙青的極限抗拉強度時，浙青就會發(fā)生開裂。溫度應(yīng)力可以通過浙青的粘彈流動得到釋放， 因此，浙青的抗低溫開裂能力與浙青在低溫下的勁度和應(yīng)力釋放速率有關(guān)。在低溫下，低的 勁度和高的應(yīng)力釋放速率對抗低溫開裂是有利的。該試驗裝置通過測量勁度模量S和應(yīng)變 速率m來反映浙青的勁度和應(yīng)力釋放速率，并以此來評價浙青梁的抗低溫開裂性能。
[0046] 本實施例提供的一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗方法，結(jié)合圖1和圖2,其包括 以下步驟：
[0047] 步驟一、將浙青梁試件5降溫至試驗溫度；具體的，將浙青梁試件5放入充滿冷卻 液的試驗槽3中，在試驗溫度下恒溫60±5分鐘以保證浙青梁試件5的溫度滿足規(guī)定的試 驗溫度。
[0048] 由于浙青梁試件5的厚度越大，在相同的荷載和加載時間下，浙青梁試件5的變形 越小。為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性以及方便操作，浙青梁試件5采用長方體試件，尺寸為： 長 127謹(jǐn)，高 6. 35謹(jǐn)，寬 12. 7mm。
[0049] 實際中，試驗溫度應(yīng)取當(dāng)?shù)芈访孀畹蜏囟纫愿玫啬M浙青所處的自然環(huán)境條 件。但是，試驗溫度越低，浙青小梁試件達到破壞時的彎曲變形值越小，這不僅對數(shù)據(jù)采集 設(shè)備的精度要求較高，并且變形值測量不準(zhǔn)時將使試驗誤差加大?；跍囟瓤刂频碾y易程 度和準(zhǔn)確性，擬定的試驗溫度為-5°C、-10°C和-15°C。
[0050] 其中，浙青梁試件5的制作步驟如下：
[0051] 首先將浙青樣品加熱至可流動狀態(tài)（但應(yīng)保證浙青不發(fā)生老化），從試模10的一 端開始，采用橫向移動的方式將浙青樣品緩緩倒入試模10中并到達試模10的另一端，且應(yīng) 使浙青樣品稍稍高出試模10頂端。
[0052] 如圖3所示，所述試模10包括長方形板10-3,所述長方形板10-3上的兩端均設(shè) 置有T型側(cè)模10-1，兩個T型側(cè)模10-1之間設(shè)置有兩個長方形側(cè)模10-2,兩個長方形側(cè)模 10-2以及兩個T型側(cè)模10-1之間構(gòu)成用于盛裝浙青樣品的條形空間。
[0053] 然后待浙青試樣在室溫下冷卻45?60分鐘后，用熱刮刀將高出試模10頂端的樣 品刮掉，使得樣品表面與試模10齊平。
[0054] 接下來，將刮平的浙青試樣放入_5°C?5°C的冰箱內(nèi)冷凍5?10分鐘后取出，并 進行拆模，得到浙青梁試件5。
[0055] 步驟二、將浙青梁試件5放置在支架8上，所述支架8給浙青梁試件5提供兩點支 撐；即浙青梁試件5的左端抵接在左支柱8-2上端的圓柱體8-4上，浙青梁試件5的右端抵 接在右支柱8-3上端的圓柱體8-4上。
[0056] 步驟三、對浙青梁試件5的跨中部位持續(xù)施加恒定的堅向荷載P ;在其他試驗條 件不變時，施加的荷載越大，梁試件的變形就越大。擬定試驗所用標(biāo)準(zhǔn)荷載為l〇〇g(即 0. 98N)。試驗過程中保持試驗槽3中冷卻液在試驗溫度±0. 1°C范圍內(nèi)。
[0057] 在進行步驟三之前，將用于對浙青梁試件5的跨中部位施加恒定堅向荷載的加載 壓頭4與浙青梁試件5緊密接觸。由于浙青梁試件5尺寸較小，且在澆模和拆模過程中容 易造成試件尺寸的變化，這使得肉眼難以判斷半圓形壓頭是否和浙青梁試件5表面產(chǎn)生良 好的接觸。為了消除接觸不均勻造成的誤差，每次試驗前應(yīng)先進行Is的預(yù)壓，使加載壓頭 4和浙青梁試件5能夠充分接觸，然后將荷載裝置讀數(shù)歸零，并按照規(guī)定的加載條件進行試 驗。
[0058] 步驟四、記錄浙青梁試件5屈服時跨中部位的撓度Λ ;在堅向荷載的持續(xù)作用下， 浙青梁試件5首先產(chǎn)生彈性變形，最后達到屈服狀態(tài)，產(chǎn)生裂痕。
[0059] 步驟五、根據(jù)公式：計算浙青勁度模量S，單位為MPa，其中，Ρ為施加
【權(quán)利要求】
1. 一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、將浙青梁試件（5)降溫至試驗溫度； 步驟二、將浙青梁試件（5)放置在支架（8)上，所述支架（8)給浙青梁試件（5)提供兩 點支撐； 步驟三、對浙青梁試件（5)的跨中部位持續(xù)施加恒定的堅向荷載P; 步驟四、記錄浙青梁試件（5)屈服時跨中部位的撓度Λ ; 步驟五、根據(jù)公式：S = ，計算浙青勁度模量S，單位為MPa，其中，堅向荷載Ρ的 4bh-.A 單位為N ;L為浙青梁試件的跨徑,單位為mm ;b為浙青梁試件的寬度,單位為mm ;h為浙青 梁試件的高度，單位為mm ;撓度Λ的單位為mm ; g 步驟六、根據(jù)公式：w = 7，計算浙青應(yīng)變速率m，其中，t為從開始加載到浙青梁試件 屈服所用的時間，單位為s; 步驟七、通過浙青勁度模量S和浙青應(yīng)變速率m綜合評價浙青梁的抗低溫開裂性能，浙 青勁度模量S值越低說明浙青梁的抗低溫開裂性能越好，浙青應(yīng)變速率m值越高說明浙青 梁的抗低溫開裂性能越好。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浙青梁抗低溫開裂性能的試驗方法，其特征在于：在進 行步驟三之前，將用于對浙青梁試件（5)的跨中部位施加恒定堅向荷載的加載壓頭（4)與 浙青梁試件（5)緊密接觸。
3. -種用于權(quán)利要求1所述浙青梁抗低溫開裂性能試驗方法的試驗裝置，其特征在 于：包括盛裝有冷卻液的試驗槽（3)，所述試驗槽（3)內(nèi)設(shè)置有用于給浙青梁試件（5)提供 兩點支撐的支架（8)，所述試驗槽（3)的上方設(shè)置有用于向浙青梁試件（5)持續(xù)施加恒定堅 向荷載的加載裝置，所述加載裝置上設(shè)置有用于與浙青梁試件（5)跨中部位相抵接的加載 壓頭（4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗裝置，其特征在于：包括用于對試驗槽（3)內(nèi)的冷卻液 進行循環(huán)制冷的制冷裝置（1)，所述制冷裝置（1)通過輸出管（6)與試驗槽（3)相連通，所 述試驗槽（3)通過回流管（7)與制冷裝置（1)相連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的試驗裝置，其特征在于：所述制冷裝置（1)為冷卻液循環(huán)機。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗裝置，其特征在于：所述支架（8)包括底板（8-1)、左支 柱（8-2)和右支柱（8-3)，所述左支柱（8-2)堅直設(shè)置在底板（8-1)的左端，所述右支柱 (8-3)堅直設(shè)置在底板（8-1)的右端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的試驗裝置，其特征在于：所述左支柱（8-2)的上端面和右支 柱（8-3)的上端面均開設(shè)有圓弧槽，所述圓弧槽內(nèi)放置有用于與浙青梁試件（5)相接觸的 圓柱體（8-4)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗裝置，其特征在于：所述加載壓頭（4)的下端為用于與 浙青梁試件（5)跨中部位相接觸的圓弧形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗裝置，其特征在于：所述加載裝置采用浙青針入度儀 (2)，所述加載壓頭（4)安裝在浙青針入度儀（2)試針（2-1)的下端。
【文檔編號】G01N3/18GK104089829SQ201410300792
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月28日
【發(fā)明者】馬骉, 李寧, 任君平, 司偉 申請人:長安大學(xué)