一种冷再生柔塑性评价试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种冷再生柔塑性评价试验方法，包括：步骤一、选取一定量的冷再生混合料，成型后进行养生，得到多个养生后试件；步骤二、将养生后试件切割为半圆柱体，沿与所述半圆体的直径垂直的方向切割一条直缝，得到切割试件；步骤三、将切割试件进行烘干及保温，得到试验试件；步骤四、对试验试件进行荷载试验；步骤五、对试验试件的跨径中央施以集中荷载；步骤六、计算试验试件在荷载应力小于0.1kN时，试验试件的断裂能；步骤七、对剩余的试验试件分别进行荷载试验，计算断裂能，获得冷再生混合料的断裂能。本发明提供的冷再生柔塑性评价试验方法的试验结果与实际应用效果具有更好的相关性，试验方法也更可靠有效。
【专利说明】
一种冷再生柔塑性评价试验方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种冷再生柔塑性评价试验方法。更具体地说，本发明涉及一种试验 结果与实际应用效果具有更好的相关性，试验方法也更可靠有效的冷再生柔塑性评价试验 方法。
【背景技术】
[0002] 疲劳开裂是沥青路面主要破坏形态之一，许多国家和机构的沥青路面结构设计方 法都将沥青层的疲劳破坏作为结构厚度设计的控制模式之一。进行沥青冷再生混合料的柔 塑性能的研究，改善冷再生混合料的柔塑性能，可以延长沥青路面的使用寿命，从而节约建 设养护费用，大大提高道路的社会效益和经济效益。
[0003] 沥青路面疲劳开裂主要是荷载和环境因素作用引起的弯拉应力重复作用引起的。 目前国内最常用的以弯拉为手段的疲劳试验方法是小梁弯曲疲劳试验，但是小梁试件现场 取样比较困难，试件制作过程复杂，人工成本较高。
[0004] 半圆弯拉疲劳试验(SCB)作为一种新的方法越来越多地应用于冷再生混合料的柔 塑性能分析，该方法有以下优点:试验试件来源多样，成型简单;试验装置简单;破坏形式简 单。但现有的冷再生柔塑性评价试验方法存在着试验环境条件不真实，不接近道路的实际 情况，试验方法不可靠的缺点。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明设计开发了一种冷再生柔塑性评价试验方法，该试验 方法是在_10°C±0.5°C恒温下对冷再生混合料成型后的试验试件进行荷载试验，并通过荷 载-跨中挠度曲线计算试验试件的断裂能，进而获得冷再生混合料的断裂能，试验结果更加 真实，试验方法更可靠有效。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种冷再生柔塑性评价试验方法，包括以下步 骤：
[0007] 步骤一、选取一定量的冷再生混合料，利用旋转压实仪旋转50次，将所述冷再生混 合料在常温下成型为直径150mm，高度为105±5mm的试件，得到多个所述试件，将所述多个 试件进行脱模，并置于60°C的通风恒温烘箱中养生48±lh，将养生后的试件置于室温下进 行冷却，冷却时间不小于12h，得到多个养生后试件；
[0008] 步骤二、先将每个养生后试件切割为两个对称的圆柱体，再将每个圆柱体沿其直 径方向切割为两个半圆柱体，量取每个半圆柱体的直径，以确定所述半圆柱体的中点位置， 从所述中点位置出发，沿与所述半圆体的直径垂直的方向切割一条深度为15±2.5mm，宽度 为2.5 ± 1mm的直缝，得到切割试件；
[0009] 步骤三、将所述切割试件用水进行冲洗，并置于60°C的通风恒温烘箱进行烘干，烘 干时间不少于12h，烘干后在室温下进行冷却，冷却时间不少于2h，将冷却后的切割试件置 于一定温度的保温箱中保温4~6h，至所述冷却后的切割试件的内部温度与试验温度的温 差为0.5°C，所述试验温度为-10°C，且保温时相邻两个试件之间的距离不小于10mm，得到试 验试件，并量取所述试验试件的厚度和高度；
[0010]步骤四、将试验机梁式试件支座安放在环境保温箱中，所述梁式试件支座的两个 测定支点之间的间距为120mm± 0.5mm，将其中一个试验试件安放在所述梁式试件支座上， 待所述环境保温箱的温度恒定至_10°C±0.5°C后进行荷载试验；
[0011]步骤五、启动压力机以一定的加载速度在所述试验试件的跨径中央施以集中荷 载，当荷载应力为10N时，将所述试验机的数据采集系统调整到零点位置，然后开始采集，并 储存所述试验试件在不同时刻的荷载应力和挠度数据，继续施加集中荷载使所述试验试件 破坏，直至所述荷载应力小于0. lkN时停止荷载试验，记录荷载-跨中挠度曲线，所述荷载-跨中挠度曲线以挠度为横坐标，以荷载应力为纵坐标；
[0012]步骤六、计算所述试验试件在荷载应力小于O.lkN时，所述荷载-跨中挠度曲线下 面积为：
[0014]其中，A为荷载-跨中挠度曲线下面积;Xi为第i时刻的挠度;Xi+1为第i + Ι时刻的挠 度;yi为第i时刻的荷载应力;yi+ι为第i+Ι时刻的荷载应力；
[00?5]计算所述试验试件在荷载应力小于0. lkN时，所述断裂能为：
[0017]其中，Gf为试验试件的断裂能;b为试验试件的厚度;h为试验试件的高度;a为试验 试件切缝的深度；
[0018] 步骤七、对剩余的试验试件分别进行荷载试验，计算断裂能，并获得所述冷再生混 合料的断裂能。
[0019] 优选的是，所述的冷再生柔塑性评价试验方法中，所述步骤一中还包括测量养生 后试件的高度，具体为：
[0020] 确定所述养生后试件上端面的中心，在所述上端面上确定两条十字交叉且经过所 述中心的直线，并确定所述两条直线与所述上端面边缘的交点，得到四个交点，分别测量所 述四个交点与所述养生后试件下端面的垂直距离，以四个垂直距离的平均值作为所述养生 后试件的高度，并在所述养生后试件上标记各个垂直高度的中心位置，获得四个中间点；
[0021] 其中，所述养生后试件的高度为l〇5±5mm，且所述四个垂直距离中其中两个的差 值小于2mm，则保留所述养生后试件;否则，舍弃该养生后试件。
[0022] 优选的是，所述的冷再生柔塑性评价试验方法中，连接所述四个中间点，形成一个 平面，沿该平面将所述养生后试件分成两个上下对称的圆柱体，并进行切割，获得所述步骤 二中的两个对称的圆柱体。
[0023] 优选的是，所述的冷再生混合料柔塑性评价试验方法中，所述试验试件的个数大 于等于6。
[0024] 优选的是，所述的冷再生柔塑性评价试验方法中，所述步骤七中，获得所述冷再生 混合料的断裂能，具体为：
[0025] 若所述试验试件的所有断裂能与所述试验试件的断裂能的平均值之差小于或者 等于所述试验试件的断裂能的标准差的k倍，所述试验试件的断裂能的平均值为所述冷再 生混合料的断裂能；
[0026] 若所述试验试件的其中一个断裂能与所述一组试验试件的断裂能的平均值之差 大于所述试验试件的断裂能的标准差的k倍，则舍弃该断裂能，并以剩余的断裂能的平均值 作为冷再生混合料的断裂能。
[0027]优选的是，所述的冷再生柔塑性评价试验方法中，当试验试件为6时，k值为1.82; 当试验试件为7时，k值为1.94;当试验试件为8时，k值为2.00。
[0028]优选的是，所述的冷再生柔塑性评价试验方法中，所述加载速度为0.3~1. OMPa/ min〇
[0029] 优选的是，所述的冷再生柔塑性评价试验方法中，所述试验试件的厚度不小于 50mm，所述试验试件的高度不小于70mm。
[0030] 本发明的有益效果在于：
[0031] 1、本发明提供的冷再生柔塑性评价试验方法是在-10°c±0.5°c恒温下对冷再生 混合料成型后的试验试件进行荷载试验，并通过荷载-跨中挠度曲线计算试验试件的断裂 能，进而获得冷再生混合料的断裂能，试验结果更加真实，试验方法更可靠有效。
[0032] 2、本发明提供的冷再生柔塑性评价试验方法，操作过程简单，数据处理过程简单， 适合推广。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的其中一个实施例中所述的冷再生柔塑性评价试验方法中荷载-跨 中挠度曲线；
[0034] 图2为本发明的其中一个实施例中所述的冷再生柔塑性评价试验方法中试验试件 与试验机梁式试件支座的位置关系示意图；
[0035] 图3为本发明的其中一个实施例中所述的冷再生柔塑性评价试验方法中试件切割 示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0037] 本发明提供了一种冷再生柔塑性评价试验方法，该方法使用的仪器包括：
[0038] 大型马歇尔击实仪或旋转压实仪。
[0039] 万能材料试验机或压力机：荷载由传感器测定，最大荷载应满足不超过其量程 80 %且不小于其量程20 %的要求，宜采用5kN或10kN，分辨率0.0 lkN。具有梁式支座，下支座 中心距120mm，上压头位置居中，上压头及支座为半径10mm的圆弧固定钢棒，且可以活动与 试件紧密接触。必须具有环境保温箱，控温准确至±〇.5°C，加载速率可以选择。具有跨中位 移测定装置。试验机宜有伺服系统，在加载过程中速率基本不变。
[0040] 数据采集系统：能自动采集传感器及位移计的电测信号，在数据采用系统中储存 荷载与跨中挠度曲线。
[0041] 切割机:试验室用金刚石锯片锯石机(单锯片或双锯片切割机)或现场用路面切割 机，有淋水冷却装置，其切割厚度不小于试件厚度。
[0042] 烘箱:装有温度调节装置，具备强制通风功能。
[0043] 小型或手持式切割机:配有小型试验室用金刚石锯片，操作简易。
[0044] 该方法包括以下步骤：
[0045] -、准备工作：
[0046] 选取一定量的冷再生混合料，利用旋转压实仪旋转50次，将所述冷再生混合料在 常温下成型为直径150mm，高度为105±5mm的试件，得到多个所述试件，将所述多个试件进 行脱模，并置于60°C的通风恒温烘箱中养生48±lh，将养生后的试件置于室温下进行冷却， 冷却时间不小于12h，得到多个养生后试件1;
[0047] 在不具备旋转压实设备的情况下，可用大型马歇尔双面击实150次，成型大马歇尔 试件（φ丨52.4mm X丨05mm )，试件放入60 °C烘箱内恒温通风养生48h后，立即进行双面 马歇尔击实70次。
[0048]二、测量养生后试件的高度：
[0049]确定所述养生后试件上端面的中心，在所述上端面上确定两条十字交叉且经过所 述中心的直线，并确定所述两条直线与所述上端面边缘的交点，得到四个交点，分别测量所 述四个交点与所述养生后试件下端面的垂直距离，以四个垂直距离的平均值作为所述养生 后试件的高度，并在所述养生后试件上标记各个垂直高度的中心位置，获得四个中间点；
[0050] 其中，所述养生后试件的高度为105±5mm，且所述四个垂直距离中其中两个的差 值小于2mm，则保留所述养生后试件;否则，舍弃该养生后试件。
[0051] 三、切割试件：
[0052] 如图3所示，连接所述四个中间点，形成一个平面，沿该平面将所述养生后试件分 成两个上下对称的圆柱体2,并进行切割，将每个圆柱体2沿其直径方向切割为两个半圆柱 体3,量取每个半圆柱体3的直径，以确定所述半圆柱体3的中点位置，从所述中点位置出发， 沿与所述半圆体3的直径垂直的方向切割一条深度为15±2.5mm(记为a)，宽度为2.5± 1mm 的直缝4,得到切割试件。
[0053] 四、制备试验试件并量取试验试件的厚度和高度：
[0054]将所述切割试件用水进行冲洗，并置于60°C的通风恒温烘箱进行烘干，烘干时间 不少于12h，烘干后在室温下进行冷却，冷却时间不少于2h，将冷却后的切割试件置于一定 温度的保温箱中保温4~6h，至所述冷却后的切割试件的内部温度与试验温度的温差为0.5 °C，所述试验温度为_10°C，且保温时相邻两个试件之间的距离不小于10mm，得到试验试件 5,并量取所述试验试件5的厚度b和高度h;所述试验试件5的厚度不小于50mm，所述试验试 件5的高度不小于70mm，准确至0.1mm。
[0055] 五、荷载试验：
[0056] 如图2所示，将试验机梁式试件支座6安放在环境保温箱中，将试验机梁式试件支 座6准确安放好，所述梁式试件支座6的两个测定支点之间的间距为120mm ± 0.5mm，使上压 头与下压头保持平行，并两侧等距离，然后将其位置固定。打开环境保温箱的门，将其中一 个试验试件5立即安放在所述梁式试件支座6上，迅速关上环境保温箱的门，待所述环境保 温箱的温度恒定至_l〇°C ±0.5°C后进行荷载试验；
[0057] 启动压力机以一定的加载速度在所述试验试件5的跨径中央施以集中荷载，例如， 所述加载速度为〇 . 3~1. OMPa/min。当荷载应力为10N时，将所述试验机的数据采集系统调 整到零点位置，然后开始采集，并储存该试验试件在不同时刻的荷载应力和挠度数据，继续 施加集中荷载使所述试验试件5破坏，直至所述荷载应力小于0. lkN时停止荷载试验，记录 荷载-跨中挠度曲线，如图1所示，所述荷载-跨中挠度曲线以挠度为横坐标，以荷载应力为 纵坐标；
[0058] 六、计算试验试件的断裂能：
[0059] 计算所述试验试件在荷载应力小于O.lkN时，所述荷载-跨中挠度曲线下面积为：
[0061 ]其中，A为荷载-跨中挠度曲线的面积(mm· kN);Xi为第i时刻的挠度(mm);Xi+1为第 i+Ι时刻的挠度(mm) ;yi为第i时刻的荷载应力(kN) ;yi+1为第i+Ι时刻的荷载应力(kN);
[0062]计算所述试验试件在荷载应力小于0. lkN时，所述断裂能为：
[0064] 其中，Gf为试验试件的断裂能J/m2;b为试验试件的厚度mm; h为试验试件的高度mm; a为试验试件切缝的深度mm;
[0065] 七、计算冷再生混合料的断裂能：
[0066] 对剩余的试验试件分别进行荷载试验，计算断裂能，并获得所述冷再生混合料的 断裂能，具体为：
[0067]若所述试验试件的所有断裂能与所述试验试件的断裂能的平均值之差小于或者 等于所述试验试件的断裂能的标准差的k倍，所述试验试件的断裂能的平均值为所述冷再 生混合料的断裂能；
[0068]若所述试验试件的其中一个断裂能与所述一组试验试件的断裂能的平均值之差 大于所述试验试件的断裂能的标准差的k倍，则舍弃该断裂能，并以剩余的断裂能的平均值 作为冷再生混合料的断裂能。
[0069]当试验试件为6时，k值为1.82;当试验试件为7时，k值为1.94;当试验试件为8时，k 值为2.00。并且所述试验试件的个数大于等于6。
[0070] 峰值荷载挠度(mm):挠度对荷载曲线有一段线性弹性段落，将该段落外延与挠度 轴的交点确认为挠度原点，以此量度峰值荷载时的挠度。
[0071] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【主权项】
1. 一种冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、选取一定量的冷再生混合料，利用旋转压实仪旋转50次，将所述冷再生混合料 在常温下成型为直径150_，高度为105±5mm的试件，得到多个所述试件，将所述多个试件 进行脱模，并置于60°C的通风恒温烘箱中养生48±lh，将养生后的试件置于室温下进行冷 却，冷却时间不小于12h，得到多个养生后试件； 步骤二、先将每个养生后试件切割为两个对称的圆柱体，再将每个圆柱体沿其直径方 向切割为两个半圆柱体，量取每个半圆柱体的直径，以确定所述半圆柱体的中点位置，从所 述中点位置出发，沿与所述半圆体的直径垂直的方向切割一条深度为15±2.5mm，宽度为 2 · 5 ± 1mm的直缝，得到切割试件； 步骤三、将所述切割试件用水进行冲洗，并置于60°C的通风恒温烘箱进行烘干，烘干时 间不少于12h，烘干后在室温下进行冷却，冷却时间不少于2h，将冷却后的切割试件置于一 定温度的保温箱中保温4~6h，至所述冷却后的切割试件的内部温度与试验温度的温差为 〇.5°C，所述试验温度为_10°C，且保温时相邻两个试件之间的距离不小于10mm，得到试验试 件，并量取所述试验试件的厚度和高度； 步骤四、将试验机梁式试件支座安放在环境保温箱中，所述梁式试件支座的两个测定 支点之间的间距为120mm± 0.5mm，将其中一个试验试件安放在所述梁式试件支座上，待所 述环境保温箱的温度恒定至-10°C±0.5°C后进行荷载试验； 步骤五、启动压力机以一定的加载速度在所述试验试件的跨径中央施以集中荷载，当 荷载应力为10N时，将所述试验机的数据采集系统调整到零点位置，然后开始采集，并储存 所述试验试件在不同时刻的荷载应力和挠度数据，继续施加集中荷载使所述试验试件破 坏，直至所述荷载应力小于O.lkN时停止荷载试验，记录荷载-跨中挠度曲线，所述荷载-跨 中挠度曲线以挠度为横坐标，以荷载应力为纵坐标； 步骤六、计算所述试验试件在荷载应力小于O.lkN时，所述荷载-跨中挠度曲线下面积 为：其中，A为荷载-跨中挠度曲线下面积;Xi为第i时刻的挠度;Xi+1为第i+1时刻的挠度; yi 为第i时刻的荷载应力;yi+i为第i+1时刻的荷载应力； 计算所述试验试件在荷载应力小于〇. lkN时，所述断裂能为：其中，Gf为试验试件的断裂能;b为试验试件的厚度;h为试验试件的高度;a为试验试件 切缝的深度； 步骤七、对剩余的试验试件分别进行荷载试验，计算断裂能，并获得所述冷再生混合料 的断裂能。2. 如权利要求1所述的冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于，所述步骤一中还包括 测量养生后试件的高度，具体为： 确定所述养生后试件上端面的中心，在所述上端面上确定两条十字交叉且经过所述中 心的直线，并确定所述两条直线与所述上端面边缘的交点，得到四个交点，分别测量所述四 个交点与所述养生后试件下端面的垂直距离，以四个垂直距离的平均值作为所述养生后试 件的高度，并在所述养生后试件上标记各个垂直高度的中心位置，获得四个中间点； 其中，所述养生后试件的高度为l〇5±5mm，且所述四个垂直距离中其中两个的差值小 于2mm，则保留所述养生后试件;否则，舍弃该养生后试件。3. 如权利要求2所述的冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于，连接所述四个中间 点，形成一个平面，沿该平面将所述养生后试件分成两个上下对称的圆柱体，并进行切割， 获得所述步骤二中的两个对称的圆柱体。4. 如权利要求1所述的冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于，所述试验试件的个数 大于等于6。5. 如权利要求4所述的冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于，所述步骤七中，获得 所述冷再生混合料的断裂能，具体为： 若所述试验试件的所有断裂能与所述试验试件的断裂能的平均值之差小于或者等于 所述试验试件的断裂能的标准差的k倍，所述试验试件的断裂能的平均值为所述冷再生混 合料的断裂能； 若所述试验试件的其中一个断裂能与所述一组试验试件的断裂能的平均值之差大于 所述试验试件的断裂能的标准差的k倍，则舍弃该断裂能，并以剩余的断裂能的平均值作为 冷再生混合料的断裂能。6. 如权利要求5所述的冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于， 当试验试件为6时，k值为1.82; 当试验试件为7时，k值为1.94; 当试验试件为8时，k值为2.00。7. 如权利要求1所述的冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于，所述加载速度为0.3 ~1·0MPa/min〇8. 如权利要求1所述的冷再生柔塑性评价试验方法，其特征在于，所述试验试件的厚度 不小于50mm，所述试验试件的高度不小于70mm。
【文档编号】G01N3/08GK105865914SQ201610173852
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】孙斌, 刘辉明, 陈京钰, 张嘉林
【申请人】北京盛广拓公路科技有限公司