一种基于冻融循环的沥青混合料低温抗裂性能测试方法与流程

本发明涉及检测设备，具体为一种基于冻融循环的沥青混合料低温抗裂性能测试方法。

背景技术：

1、路面开裂是沥青路面主要的病害形式之一，裂缝病害占总病害面积一般在50～95％之间，而对于新疆、西藏等大温差地区，裂缝病害往往要严重的多，裂缝病害占比甚至超过80％。此类地区裂缝病害的产生一方面主要是由于低温环境下，沥青混合料的应力松弛特性迅速下降，沥青路面结构内累计的温度应力超过沥青混合料的极限抗拉强度，导致大量横向温宿裂缝的产生；另一方面，水分通过路面裂缝病害处侵入路面结构之中，在持续低温及冻融循环的作用下，降低了沥青的黏结性能，同时水分的融涨加快了裂缝的扩展及结构的损伤，降低沥青路面使用寿命。长期冻融循环作用是交通基础设施长期服役过程中的一类强烈的环境影响因素，特别是在路表相对湿润条件，对沥青路面的开裂扩展具有较大影响，严重影响沥青路面结构的安全运营与使用耐久性。

2、我国公路沥青路面设计规范及施工技术规范中要求采用-10℃的沥青混合料小梁低温弯曲破坏试验评价沥青混合料的低温性能(试件尺寸一般为300mm×30mm×35mm)。但大量工程实践以及试验研究证明，低温弯曲破坏试验同现场拟合试验相关性不强，不能很好反映路面受力状态，其材料指标更多停留在经验层面，试验结果的离散性较大。

3、传统是试验方法都是采用应力-应变准则评价沥青混合料的抗裂性能，但应力判据仅考虑了面层自身的收缩特性和黏弹力学行为，存在较大局限。沥青混合料在低温时可视为弹性材料，应力作功并产生能量，能量耗散或转化的过程中，弹性应变能将转化为表面能，路面便会产生开裂。因此，沥青混合料弹性应变能储量可作为评价低温抗裂性能的指标。目前，基于断裂力学的试验除以断裂能为主要评价指标，还包括以能量延伸出的各种指标参数。

4、半圆弯曲试验(scb试验)主要起源于岩石力学研究，可以较好的反应沥青混合料的抗裂性能，美国国家公路运输协会标准(aashto)标准以及美国材料实验协会(astm)中都将scb试验用来评价沥青混合料的抗裂性能，通过近几年的研究表明，scb试验可以较好的反映沥青混合料低温抗裂性能特点。

5、我国公路沥青路面设计规范及施工技术规范中仅采用单次冻融后的劈裂试验评价沥青混合料的水稳性能，对于多次冻融循环下沥青混合料的低温抗裂性能评价，国内外暂无相应的评价方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于冻融循环的沥青混合料低温抗裂性能测试方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于冻融循环的沥青混合料低温抗裂性能测试方法，包括以下步骤：

3、步骤一、制备预切口半圆试件：

4、制备φ100mm、最小压实高度为160mm的旋转压实试件，采用双刀切割机，每一个旋转压实试件中间切取两个厚度为50±1mm的圆柱形切片，将每个切片切成两个相同的半圆形试件，沿每个半圆形样品的对称轴切除一个凹槽，深度为15±1mm，宽度为1.5±0.1mm；

5、步骤二、对照试验：

6、将同一圆柱形切片切割而成的两块预切口半圆试件，一块作为对照组，不做任何处理，另一块作为试验组，进行步骤三和步骤四的真空饱水处理和冻融循环试验；

7、步骤三、真空饱水：

8、对制备好的预切口半圆试件实验组进行真空饱水15分钟，然后在常温水浴中浸泡30分钟。

9、步骤四、冻融循环：

10、先将经过步骤三真空饱水后的预切口半圆试件放入温度为x1的低温环境箱中冷冻处理，冷冻时间为t1，再将预切口半圆试件放入温度为x2的水浴箱中高温水浴处理，放置时间为t2，然后取出，重复多次。

11、步骤五、环境箱保温：

12、将经过步骤四试验组与对照组预切口半圆试件一同放置干燥环境24h后，在置于环境箱中，试验温度为x1，保温不少于2h，加载试验过程应在环境箱中完成；

13、步骤六、半圆弯曲试验：

14、采用三点加载模式，试件放置于两支水平放置的圆柱形钢辊之上，两个钢辊之间的间距为1.6倍试件半径，并使得试件的切缝位于中心点。

15、步骤七、结果分析：

16、得出沥青混合料水冻融循环后的低温抗裂性能。

17、优选的，步骤四、步骤五中，所述x1的取值为：-24℃～-12℃之间；

18、步骤四中，所述的x2的取值为：20℃～30℃之间；

19、步骤四中，所述的t2的取值为：2h；

20、步骤四中，所述的t1的取值为：4h。

21、优选的，步骤四中，沥青混合料通过冻融循环装置进行冻融循环，所述冷冻循环装置包括外壳，所述外壳内通过隔板隔开有冷冻仓以及水浴仓，所述隔板的侧壁上开有用于连通冷冻仓与水浴仓的通孔，所述冷冻仓与水浴仓的上方设置有支撑组件，所述支撑组件上横向滑动连接有能够在冷冻仓与水浴仓之间来回移动的移动架，所述移动架上可拆卸式悬吊有呈网筐状的试件盒。

22、所述冷冻仓的内部设置有冷冻组件，所述冷冻组件包括冷冻机、制冷箱、进气管、回气管以及冷冻箱，所述冷冻机固定在冷冻仓的内部，且所述制冷箱连接在冷冻机上，冷冻机运行时，冷冻机能够将制冷箱内的气体进行冷却，所述冷冻箱通过一个升降组件滑动连接在冷冻仓内且位于试件盒的下方，所述进气管与回气管连接在制冷箱与冷冻箱之间，进气管与回气管为软管，能够适应冷冻箱在冷冻仓内的滑动，所述进气管与制冷箱的连接处设置有用于将制冷箱内的冷气吹入进气管内的风机，当试件盒位于冷冻仓内时，向上移动冷冻箱，冷冻箱能够将试件盒罩住；

23、所述水浴仓的内部设置有水浴组件，所述水浴组件包括加热机、热水箱、进水管、回水管以及水浴箱，所述加热机固定在水浴仓的内部，且所述热水箱连接在加热机上，加热机运行时，加热机能够将热水箱内的水进行加热，所述水浴箱通过另一个升降组件滑动连接在水浴仓内且位于试件盒的下方，所述进水管与回水管连接在热水箱与水浴箱之间，进水管与回水管为软管，能够适应水浴箱在水浴仓内的滑动，所述进水管与热水箱的连接处设置有用于将热水箱内的热水注入进水管内的水泵，且所述回水管与热水箱的连接处设置有控制回水管开关的水阀，当试件盒位于水浴仓内时，向上移动水浴箱，水浴箱能够将试件盒罩住。

24、优选的，所述支撑组件包括横向设置在冷冻仓与水浴仓内的第一导杆以及第一丝杠，支撑组件还包括第一电机，第一电机固定安装在外壳上，且第一电机的输出轴与第一丝杆的端部进行连接，当第一电机启动时，第一电机的输出轴便会带着第一丝杠进行转动，所述第一导杆的数量至少为两个，第一导杆与第一丝杆贯穿通孔，移动架滑动套接在第一导杆上，且所述移动架啮合套接在第一丝杠上，移动架的尺寸与通孔相适配，使移动架能够在通孔内滑动，第一丝杠转动时，第一丝杠便会驱使移动架沿着第一导杆进行滑动。

25、优选的，所述升降组件包括第二导杆、第二丝杠以及升降板，升降组件还包括第二电机，第二电机固定安装在外壳上，且第二电机的输出轴与第二丝杆的端部进行连接，当第二电机启动时，第二电机的输出轴便会带着第二丝杆进行转动，所述第二导杆的数量至少为两个，升降板滑动套接在第二导杆上，且所述升降板啮合套接在第二丝杠上，第二导杆与第二丝杠竖直设置在冷冻仓、水浴仓的后侧壁上，冷冻箱固定在位于冷冻仓内的升降板上，水浴箱固定在位于水浴仓内的升降板上。

26、优选的，所述冷冻箱的内部可拆卸式安装有载物板，所述载物板的上表面均匀排列有多个中空的气囊，每个气囊的两端均连接有管道，所述载物板的两侧均固定连接有t型状的连接管，一个连接管插接在进气管上，另一个连接管插接在回去管上，且所述连接管与同侧的每个管道连通，所述管道与连接管的连通处设置有用于控制对应管道通断的阀门。

27、优选的，所述外壳的前侧壁上设置有箱门，试件盒内的试件能够取出或进行将试件放入试件盒内的操作，箱门采用透明的玻璃材质，以便于观察试件冻融循环的过程。

28、优选的，所述外壳的前侧壁上设置有控制器。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明相较于传统的沥青混合料低温弯曲破坏试验评价沥青混合料的低温抗裂性能，本发明首次考虑到了水冻融循环作用对沥青混合料抗裂性能的影响，更接近大温差地区、季冻地区沥青路面实际应用状况，并采用可有效缓解试件边缘应力集中现象的scb试验，获得更精准、可靠性更高的试验数据，经过大量的试验验证，提出采用冻融抗裂指数损失率来评价沥青混合料水冻融循环后的低温抗裂性能，将有助于补充和完善国内大温差地区、季冻地区沥青混合料的低温性能评价标准，为今后该地区沥青混合料低温抗裂性能的设计评价方法提供有益借鉴和技术支持。