一种沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法

本发明属于路面材料抗疲劳性能评价，具体涉及一种沥青应变-疲劳寿命曲线的获取方法。

背景技术：

1、沥青是道路建设和养护中不可缺少的重要材料之一。其良好的抗疲劳性能对道路的安全和使用寿命具有重要意义。因此，对沥青抗疲劳性能的评价方法是道路工程领域的重要研究课题。

2、应变-疲劳寿命曲线是材料领域用于材料抗疲劳性能评价和表征的重要手段，同样适用于沥青抗疲劳性能的评价与分析。快速、准确获取沥青应变-疲劳寿命曲线对于长寿命路面的选材与设计具有十分重要的意义。

3、目前，应变-疲劳寿命曲线被广泛用于评价沥青在不同应变水平下的抗疲劳性能。获取应变-疲劳寿命曲线的基本步骤为：(1)在3～5个不同应变水平下开展时间扫描试验，得到不同应变水平下沥青的疲劳寿命；(2)以应变水平为横坐标，以疲劳寿命为纵坐标绘制应变-疲劳寿命曲线；(3)通过拟合确定应变-疲劳寿命曲线模型nf＝asb中的模型参数a和b。沥青的抗疲劳性能与试验时间是一对矛盾体。工程师和设计人员希望所选择或所生产的沥青具有优异的抗疲劳性能，但所对应的抗疲劳性能测试试验时间就会显著增加，耗费较大的人力和物力。因此，为了缩减试验时间，降低试验成本，亟待开发一种快速评价沥青在不同应变水平下的抗疲劳性能的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决沥青抗疲劳性能测试试验时间较长，缺乏在广泛应变水平范围内快速、准确评价沥青抗疲劳性能的有效方法的问题，而提出一种沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，用于评价沥青的抗疲劳性能。

2、本发明沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法按照以下步骤实现：

3、步骤一、确定荷载水平

4、采用动态剪切流变仪(dsr)对沥青试样进行正弦波荷载试验，采用应变控制模式，振幅由0.1％线性增加至30％，以剪应变γ为横坐标，以剪应力τ为纵坐标，绘制剪应变-剪应力曲线图，通过剪应变-剪应力曲线图确定剪应力峰值所对应的应变值γpeak，选取时间扫描试验的应变值γ0＝0.7γpeak；

5、步骤二、确定损伤速率参数b

6、采用动态剪切流变仪(dsr)对沥青试样进行频率扫描试验，采用应变控制模式，应变水平为0.1％，加载频率为0.1～30hz，以加载频率为横坐标，存储模量为纵坐标，在对数坐标下绘制频率-存储模量曲线图；

7、利用下式(1)幂函数模型对频率-存储模量数据进行拟合，确定幂函数模型参数m和b：

8、lg g′＝m lg f+b  (1)

9、式中：g′存储模量，单位为mpa；f为加载频率，单位为hz；m，b为模型参数；

10、损伤速率参数b由下式(2)计算得到：

11、

12、步骤三、确定应变-疲劳寿命曲线模型指前参数a

13、对步骤二中的沥青试样进行时间扫描试验，控制加载频率为10hz，应变水平采用步骤一所确定的应变值γ0，当动态剪切模量降低至0.5|g*|50时结束试验，其中|g*|50为加载第50次时沥青试样的动态剪切模量值，试验结束时的加载次数即为应变水平γ0所对应的疲劳寿命根据式(3)计算应变-疲劳寿命曲线模型指前参数a：

14、

15、步骤四、绘制应变-疲劳寿命曲线

16、将步骤二确定的损伤速率参数b和步骤三确定的指前参数a代入下式(4)，

17、nf(γ)＝aγb  (4)

18、以应变水平为横坐标，疲劳寿命为纵坐标，得到应变-疲劳寿命曲线。

19、针对现阶段沥青抗疲劳性能评价及表征中缺乏快速、准确获取应变-疲劳寿命曲线的方法和途径而导致人力和物力巨大损耗的技术问题，本发明以黏弹性理论和黏弹性连续介质损伤理论为基础，通过分析应变-疲劳寿命曲线模型特征参数与线性黏弹性参数主曲线模型特征参数之间的关系提出快速、准确获取沥青应变-疲劳寿命曲线的试验方法和分析方法，实现沥青抗疲劳性能的快速评价，极大程度地节约时间成本和经济成本。

技术特征：

1.沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于该沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法按照以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤一中施加正弦波荷载的过程中振幅的增加速率为0.01％/s～0.5％/s。

3.根据权利要求1所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤一中控制试验温度为10℃～30℃。

4.根据权利要求3所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤一中控制荷载的加载频率为1hz～30hz。

5.根据权利要求1所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤一中动态剪切流变仪的平行板的直径为8mm。

6.根据权利要求1所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤二中频率扫描试验的试验温度为10℃～30℃。

7.根据权利要求6所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤二中频率扫描试验的试验温度为20℃。

8.根据权利要求1所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤三中时间扫描试验的试验温度为10℃～30℃。

9.根据权利要求8所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤三中时间扫描试验的试验温度为20℃。

10.根据权利要求1所述的沥青应变-疲劳寿命曲线的快速获取方法，其特征在于步骤四中利用式(4)预测不同应变水平下沥青的疲劳寿命。

技术总结
一种沥青应变‑疲劳寿命曲线的快速获取方法，本发明的目的是为了解决沥青抗疲劳性能测试试验时间较长的问题。沥青应变‑疲劳寿命曲线的快速获取方法：一、对沥青试样进行正弦波荷载试验，以剪应变为横坐标，以剪应力为纵坐标，绘制剪应变‑剪应力曲线图，确定荷载水平；二、进行频率扫描试验，在对数坐标下绘制频率‑存储模量曲线图，确定损伤速率参数B；三、进行时间扫描试验，应变水平采用步骤一所确定的应变值，确定指前参数A；四、通过N<subgt;f</subgt;(γ)＝Aγ<supgt;B</supgt;，以应变水平为横坐标，疲劳寿命为纵坐标，得到应变‑疲劳寿命曲线。本发明通过应变‑疲劳寿命曲线图能够准确预测不同应变水平下沥青的疲劳寿命，实现了沥青抗疲劳性能的快速评价。

技术研发人员：谭忆秋,吕慧杰,杨路琦,邢超,李松,代明欣,邱泰瑞
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12