基于mts加載的瀝青混合料疲勞測試方法
【專利摘要】基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，本發明涉及基于MTS加載的瀝青料疲勞壽命的試驗方法，它要解決現有瀝青料疲勞試驗方法的實驗周期長，模擬的受力狀態與實際瀝青路面疲勞破壞不一致的問題。測試方法：一、獲取瀝青混合料試件；二、切割試件成標準尺寸；三、將瀝青試件裝夾到模具中，試件的下表面粘貼有應變片；四、試件的上表面粘接有粘接片；五、待測試件的傳力桿與MTS加載裝置的傳動桿連接；六、調整試驗溫度；七、設定目標應變值進行疲勞試驗，擬合疲勞方程曲線。本發明的瀝青試件受力狀態為底部受彎拉，與真實路面在車輛荷載作用下瀝青層底受重復彎拉作用而產生疲勞破壞的模式相吻合，能更準確地評價瀝青混合料的疲勞性能。
【專利說明】
基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種基于MTS加載的瀝青混合料疲勞壽命測試的試驗方法。
【背景技術】
[0002]隨著公路交通量日益增加，汽車軸重不斷增大，汽車對路面的破壞作用變得越來越明顯。路面使用期間經受車輪荷載的反復作用，長期處于應力應變交迭變化狀態，致使路面結構強度逐漸下降。當荷載重復作用超過一定次數后，在荷載作用下路面內產生的應力就會超過強度下降后的結構抗力，使路面出現裂紋，產生疲勞斷裂破壞。
[0003]目前的瀝青混合料疲勞試驗方法主要分為足尺寸試驗，大尺寸結構試驗和室內小尺寸試驗，一般有重復彎曲試驗，直接拉伸試驗，間接拉伸疲勞試驗，消散能方法，斷裂力學方法，重復拉伸或拉壓疲勞試驗，重復三軸拉伸試驗，彈性基礎上的重復彎曲試驗，室內輪轍試驗，現場輪載試驗。以上試驗方法雖然可以在一定范圍內模擬瀝青路面的疲勞破壞，但均有各自的不足之處，如彎曲梁拉伸試驗，受力狀態與實際路面結構有較大的差別，操作時間長;梯形懸臂梁試驗的試件尺寸切割難度較大;直接拉伸試驗的試驗溫度僅有10°C，不適用于實際路面服役時所處的溫度狀態;重復拉伸試驗或拉壓疲勞試驗費時，成本高，需專門設備;室內輪轍試驗雖能較好的模擬現場情況，但低勁度瀝青混合料會受車轍影響。最重要的一點是現有的瀝青混合料疲勞試驗方法均是對路面服役時受力狀態的單一方面模擬，因此，現急需一種與實際瀝青路面疲勞破壞相吻合，且方法簡便、省力節時的試驗方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是要解決現有瀝青混合料疲勞試驗方法的實驗周期長，模擬的受力狀態與實際瀝青路面疲勞破壞不一致的問題，而提供一種基于MTS加載的，試件可室內成型或現場取芯后簡單切割即可試驗評價混合料疲勞壽命的快速便捷試驗方法。
[0005]本發明基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法按下列步驟實現:
[0006]—、獲取待測的瀝青混合料試件；
[0007]二、將待測的瀝青混合料試件切割成直徑d = 150mm，厚度h = 30mm的餅狀試件，將切割面擦拭干凈，標記切割面中心位置，得到干凈的待測餅狀瀝青混合料試件；
[0008]三、將干凈的待測餅狀瀝青混合料試件嵌入第一半圓模具的半圓圍壁中部的凹槽中，使凹槽的上約束凸緣和下約束凸緣與待測餅狀瀝青混合料試件的邊緣相接觸，其中第一半圓形模具是沿半圓形底板的圓弧邊沿設置有半圓圍壁，在半圓形底板開有預留孔，在半圓圍壁中部開有凹槽，凹槽的寬度等于待測餅狀瀝青混合料試件的高度，在半圓圍壁兩側開放端的外壁上分別設置有連接板，在每個連接板上開有螺栓孔，然后將應變片粘貼到待測餅狀瀝青混合料試件下表面的中心位置，與應變片連接的線纜從預留孔穿出，第二半圓模具與第一半圓模具的結構相同，然后將第二半圓模具的連接板與第一半圓模具的連接板對齊通過螺栓固定，從而夾緊干凈的待測餅狀瀝青混合料試件；
[0009]四、將傳力桿下端帶有的粘接片擦拭干凈，在標記的切割面中心位置涂上強力膠，粘接片粘接到涂膠的切割面中心位置，并保證傳力桿與瀝青混合料試件的上端面垂直，強力膠凝固后得到待測試件；
[0010]五、打開計算機控制程序，將待測試件轉移到MTS的環境箱內，將待測試件上表面的傳力桿與MTS加載裝置的傳動桿連接并固定，得到組裝后的待測試件；
[0011]六、開啟環境箱的控溫系統，調整試驗溫度，使組裝后的待測試件在環境箱內養生4h以上，得到養生后的待測試件；
[0012]七、將應變片連接的線纜與計算機系統相連接后，設定目標應變值，調整加載系統的初始荷載參數，施加偏正弦荷載，完成一次疲勞試驗，然后改變目標應變值，重復進行疲勞試驗，根據不同應變水平及其對應的疲勞試驗次數擬合疲勞方程曲線，再由疲勞方程曲線計算得到瀝青混合料的疲勞壽命。
[0013]本發明基于MTS(Material test system，材料試驗機)加載的瀝青混合料疲勞測試方法包含以下優點:
[0014]1、試驗所用試件既可以室內制作，也可現場取芯得到，且試件尺寸切割相比傳統的小梁試件更加容易，一個旋轉壓實試件或一個現場取芯試件可制作多個試驗試件；
[0015]2、利用MTS進行加載疲勞試驗，而不必像現在大多數疲勞試驗需要UTM等昂貴設備，也不需要額外購買其他設備，大大降低了試驗成本；
[0016]3、試件受力狀態為混合料層底部受彎拉，與真實路面在車輛荷載作用下瀝青層底受重復彎拉作用而產生疲勞破壞的模式相吻合；
[0017]4、綜合了目前廣泛使用的小梁四點彎曲疲勞試驗優勢，能更準確地評價瀝青混合料的疲勞性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為夾持有待測餅狀瀝青混合料試件的第一半圓模具的結構示意圖；
[0019]圖2為待測餅狀瀝青混合料試件的結構示意圖；
[0020]圖3為夾持有待測餅狀瀝青混合料試件的第一半圓模具的主視圖；
[0021 ]圖4為裝夾有待測餅狀瀝青混合料試件的模具整體結構示意圖；
[0022]圖5為實施例一在試驗溫度為15°C，荷載頻率為1Hz的條件下不同應變水平對應的試驗次數曲線圖，其中I一300微應變，2—380微應變，3—450微應變，4一520微應變，5—600微應變；
[0023]圖6為實施例一得到的疲勞方程曲線圖。
【具體實施方式】
[0024]【具體實施方式】一:本實施方式基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法按下列步驟實現:
[0025]一、獲取待測的瀝青混合料試件；
[0026]二、將待測的瀝青混合料試件切割成直徑d = 150mm，厚度h = 30mm的餅狀試件，將切割面擦拭干凈，標記切割面中心位置，得到干凈的待測餅狀瀝青混合料試件3;
[0027]三、將干凈的待測餅狀瀝青混合料試件3嵌入第一半圓模具I的半圓圍壁1-1中部的凹槽中，使凹槽的上約束凸緣4和下約束凸緣5與待測餅狀瀝青混合料試件3的邊緣相接觸，其中第一半圓形模具I是沿半圓形底板1-2的圓弧邊沿設置有半圓圍壁1-1，在半圓形底板1-2開有預留孔7，在半圓圍壁1-1中部開有凹槽，凹槽的寬度等于待測餅狀瀝青混合料試件3的高度，在半圓圍壁1-1兩側開放端的外壁上分別設置有連接板6，在每個連接板6上開有螺栓孔6-1，然后將應變片9粘貼到待測餅狀瀝青混合料試件3下表面的中心位置，與應變片9連接的線纜從預留孔7穿出，第二半圓模具2與第一半圓模具I的結構相同，然后將第二半圓模具2的連接板6與第一半圓模具I的連接板6對齊通過螺栓10固定，從而夾緊干凈的待測餅狀瀝青混合料試件；
[0028]四、將傳力桿11下端帶有的粘接片8擦拭干凈，在標記的切割面中心位置涂上強力膠，粘接片8粘接到涂膠的切割面中心位置，并保證傳力桿11與瀝青混合料試件3的上端面垂直，強力膠凝固后得到待測試件；
[0029]五、打開計算機控制程序，將待測試件轉移到MTS的環境箱內，將待測試件上表面的傳力桿11與MTS加載裝置的傳動桿連接并固定，得到組裝后的待測試件；
[0030]六、開啟環境箱的控溫系統，調整試驗溫度，使組裝后的待測試件在環境箱內養生4h以上，得到養生后的待測試件；
[0031]七、將應變片連接的線纜與計算機系統相連接后，設定目標應變值，調整加載系統的初始荷載參數，施加偏正弦荷載，完成一次疲勞試驗，然后改變目標應變值，重復進行疲勞試驗，根據不同應變水平及其對應的疲勞試驗次數擬合疲勞方程曲線，再由疲勞方程曲線計算得到瀝青混合料的疲勞壽命。
[0032]本實施方式固定瀝青混合料的模具由結構相同的第一半圓模具和第二半圓模具組成，第一半圓形模具是沿半圓形底板的圓弧邊沿設置有半圓圍壁，在半圓形底板開有預留孔，在半圓圍壁中部開有凹槽，凹槽的上約束凸緣和下約束凸緣與待測餅狀瀝青混合料試件的邊緣相接觸，在半圓圍壁兩側開放端的外壁上分別設置有連接板，在每個連接板上開有螺栓孔，第一半圓模具和第二半圓模具通過連接板上的螺栓孔對齊并使用螺栓連接。
[0033]本實施方式夾持有待測餅狀瀝青混合料試件的第一半圓模具的結構示意圖如圖1所示，待測餅狀瀝青混合料試件的結構示意圖如圖2所示，夾持有瀝青混合料試件的第一半圓模具的主視圖如圖3所示，整體結構示意圖如圖4所示。
[0034]本實施方式固定瀝青混合料的模具淺碟狀，通過圍壁中凹槽的槽壁(約束凸緣)起到支撐夾持待測餅狀瀝青混合料試件的作用。
[0035]本實施方式步驟一可以按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》制作瀝青混合料試件，步驟三將應變片粘貼到試件底部，MTS荷載傳感器測出荷載，試件底部的應變片測試出試件的彎拉應變。
[0036]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一中所述的瀝青混合料試件是通過旋轉壓實的方法制作得到的。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。
[0037]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一中所述的瀝青混合料試件是通過現場取芯得到的。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。
[0038]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟三中上約束凸緣4和下約束凸緣5倒有圓角。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0039]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是步驟三中連接板6上的螺栓孔6-1的孔徑為10_。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0040]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是步驟四中粘接片8的直徑為15_。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0041]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是步驟六開啟環境箱的控溫系統，調整試驗溫度為15°C。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0042]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是步驟七施加頻率為5Hz?25Hz偏正弦荷載。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0043]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是步驟七設定目標應變值，調整加載系統的初始荷載參數，施加偏正弦荷載，當施加的荷載下降為初始荷載的二分之一時，記錄疲勞試驗次數，完成一次疲勞試驗，然后改變目標應變值，重復進行疲勞試驗，根據不同應變水平及其對應的疲勞試驗次數擬合疲勞方程曲線，再由疲勞方程曲線計算得到瀝青混合料的疲勞壽命。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0044]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是步驟三中第一半圓模具I和第二半圓模具2的材質為不銹鋼。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0045]實施例一:本實施例基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法按下列步驟實現:
[0046]一、采用PINE AFGC125X型旋轉壓實儀制作直徑d=150mm，高度h = 150mm的圓柱體AC-13瀝青混合料，并在室溫放置24h作為待測的圓柱形瀝青混合料試件；
[0047]二、將待測的圓柱形瀝青混合料試件采用雙輪鋸切割成直徑d= 150mm，厚度h =30mm的餅狀試件，將切割面用(濕)毛巾擦拭干凈，標記切割面中心位置，得到干凈的待測餅狀瀝青混合料試件3;
[0048]三、將干凈的待測餅狀瀝青混合料試件3嵌入第一半圓模具I的半圓圍壁1-1中部的凹槽中，使凹槽的上約束凸緣4和下約束凸緣5與待測餅狀瀝青混合料試件3的邊緣相接觸，其中第一半圓形模具I是沿半圓形底板1-2的圓弧邊沿設置有半圓圍壁1-1，在半圓形底板1-2開有預留孔7，在半圓圍壁1-1中部開有凹槽，凹槽的寬度等于待測餅狀瀝青混合料試件3的高度，在半圓圍壁1-1兩側開放端的外壁上分別設置有連接板6，在每個連接板6上開有螺栓孔6-1，然后將應變片9粘貼到待測餅狀瀝青混合料試件3下表面的中心位置，測定試件受力時的彎拉應變，與應變片9連接的線纜從預留孔7穿出，第二半圓模具2與第一半圓模具I的結構相同，然后將第二半圓模具2的連接板6與第一半圓模具I的連接板6對齊通過螺栓10固定，從而夾緊干凈的待測餅狀瀝青混合料試件3;
[0049]四、將傳力桿11下端帶有的粘接片8擦拭干凈，在標記的切割面中心位置涂上強力膠，粘接片8粘接到涂膠的切割面中心位置，并保證傳力桿11與瀝青混合料試件3的上端面垂直，強力膠凝固后得到待測試件；
[0050]五、打開計算機控制程序，將待測試件轉移到MTS的環境箱內，將待測試件上表面的傳力桿11與MTS加載裝置的傳動桿連接并固定，并使試件處于不受力狀態，得到組裝后的待測試件；
[0051 ]六、開啟環境箱的控溫系統，調整試驗溫度為15°C，使組裝后的待測試件在環境箱內養生4h以上，得到養生后的待測試件；
[0052]七、將應變片連接的線纜與計算機系統相連接后，調整加載系統參數，設定目標應變值為300?600με，施加頻率為1Hz的偏正弦荷載，根據待測試件底部彎拉應變的大小調整需要施加荷載的峰值，不同荷載作用下待測試件的應力分布通過有限元方法或者彈塑性力學方法得到，在整個試驗過程中，系統自動根據設定的目標應變值調整施加的荷載，當施加的荷載下降為初始荷載的一半時，記錄疲勞試驗次數，完成一次疲勞試驗，然后改變目標應變值，重復進行疲勞試驗，根據不同應變水平及其對應的疲勞試驗次數擬合疲勞曲線，再由疲勞方程曲線計算得到瀝青混合料的疲勞壽命。
[0053]本實施例在試驗溫度為15°C，荷載頻率為1Hz的條件下不同應變水平對應的試驗次數曲線圖如圖5所示，其中橫坐標為荷載作用次數Nf，再以(1ghlogNf)描點，得到疲勞壽命曲線(見圖6)，圖6中擬合得到該瀝青混合料的疲勞壽命曲線為1gNf = -3.6921oge +13.414,R2 = 0.95467 ο
【主權項】
1.基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于是按下列步驟實現: 一、獲取待測的瀝青混合料試件； 二、將待測的瀝青混合料試件切割成直徑d= 150mm，厚度h = 30mm的餅狀試件，將切割面擦拭干凈，標記切割面中心位置，得到干凈的待測餅狀瀝青混合料試件(3); 三、將干凈的待測餅狀瀝青混合料試件(3)嵌入第一半圓模具(I)的半圓圍壁(1-1)中部的凹槽中，使凹槽的上約束凸緣(4)和下約束凸緣(5)與待測餅狀瀝青混合料試件(3)的邊緣相接觸，其中第一半圓形模具(I)是沿半圓形底板(1-2)的圓弧邊沿設置有半圓圍壁(1-1)，在半圓形底板(1-2)開有預留孔(7)，在半圓圍壁(1-1)中部開有凹槽，凹槽的寬度等于待測餅狀瀝青混合料試件(3)的高度，在半圓圍壁(1-1)兩側開放端的外壁上分別設置有連接板(6)，在每個連接板(6)上開有螺栓孔(6-1)，然后將應變片(9)粘貼到待測餅狀瀝青混合料試件(3)下表面的中心位置，與應變片(9)連接的線纜從預留孔(7)穿出，第二半圓模具(2)與第一半圓模具(I)的結構相同，然后將第二半圓模具(2)的連接板(6)與第一半圓模具(I)的連接板(6)對齊通過螺栓(10)固定，從而夾緊干凈的待測餅狀瀝青混合料試件； 四、將傳力桿(11)下端帶有的粘接片(8)擦拭干凈，在標記的切割面中心位置涂上強力膠，粘接片(8)粘接到涂膠的切割面中心位置，并保證傳力桿(11)與瀝青混合料試件(3)的上端面垂直，強力膠凝固后得到待測試件； 五、打開計算機控制程序，將待測試件轉移到MTS的環境箱內，將待測試件上表面的傳力桿(11)與MTS加載裝置的傳動桿連接并固定，得到組裝后的待測試件； 六、開啟環境箱的控溫系統，調整試驗溫度，使組裝后的待測試件在環境箱內養生4h以上，得到養生后的待測試件； 七、將應變片連接的線纜與計算機系統相連接后，設定目標應變值，調整加載系統的初始荷載參數，施加偏正弦荷載，完成一次疲勞試驗，然后改變目標應變值，重復進行疲勞試驗，根據不同應變水平及其對應的疲勞試驗次數擬合疲勞方程曲線，再由疲勞方程曲線計算得到瀝青混合料的疲勞壽命。2.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟一中所述的瀝青混合料試件是通過旋轉壓實的方法制作得到的。3.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟一中所述的瀝青混合料試件是通過現場取芯得到的。4.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟三中上約束凸緣(4)和下約束凸緣(5)倒有圓角。5.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟三中連接板(6)上的螺栓孔(6-1)的孔徑為10mm。6.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟四中粘接片(8)的直徑為15_。7.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟六開啟環境箱的控溫系統，調整試驗溫度為15°C。8.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟七施加頻率為5Hz?25Hz偏正弦荷載。9.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟七設定目標應變值，調整加載系統的初始荷載參數，施加偏正弦荷載，當施加的荷載下降為初始荷載的二分之一時，記錄疲勞試驗次數，完成一次疲勞試驗，然后改變目標應變值，重復進行疲勞試驗，根據不同應變水平及其對應的疲勞試驗次數擬合疲勞方程曲線，再由疲勞方程曲線計算得到瀝青混合料的疲勞壽命。10.根據權利要求1所述的基于MTS加載的瀝青混合料疲勞測試方法，其特征在于步驟三中第一半圓模具(I)和第二半圓模具(2)的材質為不銹鋼。
【文檔編號】G01N3/38GK105973734SQ201610311458
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】董澤蛟, 周濤, 劉志楊, 欒海
【申請人】哈爾濱工業大學