一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置及其评价方法

本发明涉及公路工程，具体领域为一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置及其评价方法。

背景技术：

1、沥青混合料因其良好的行车舒适性，被广泛应用路我国公路工程建设的路面铺装、桥面铺装、隧道铺装等工程领域。沥青混合料与水泥桥面、钢桥面、水稳碎石基层等不同下承层之间的层间结合能力的强弱将直接影响路面整体结构强度，进而影响路面的使用寿命。另一方面，重载车辆的急刹急停、拐弯等行为将不断施加层间剪切作用，当荷载作用次数足够大时，将导致层间疲劳破坏，进而引起沥青混合料层的整体剥离。设计开发沥青混合料与下承层的层间粘结性能评价装置对于公路工程至关重要。

2、在层间疲劳性能评价方面，公开号为cn102519808a的发明描述了一种复合式沥青路面层间剪切疲劳测试的装置及方法，该方法采用斜剪试验测定不同温度条件下的复合式沥青路面层间剪切疲劳寿命；公开号为cn116296927a的发明描述了一种评价路面结构层间黏结抗疲劳性能的装置和方法，提出了路面层间弯曲疲劳性能定量评价方法与标准；公开号为cn102095680a的发明描述了一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具及其测试方法，该方法采用直接剪切形式评价层间疲劳特性；公开号为cn115931603a的发明描述了一种复杂荷载环境下路面层间粘结耐久性能评价方法及系统，该方法解决了目前无法评价实际间歇车辆荷载与水的作用下路面层间粘结耐久性的问题；公开号为cn115758813a的发明描述了一种获取真实工况下沥青路面层间抗剪性能的方法，该方法通过仿真软件构建路面结构模型，并通过室内斜剪疲劳试验结果获取真实工况下沥青路面层间抗剪性能；公开号为cn114705563a的发明描述了一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置及方法，该发明水平加载装置施加的水平荷载可以在复合试件层间产生纯水平摩擦力，能够真实模拟复合式路面的层间剪切疲劳破坏；公开号为cn112540011a的发明描述了一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备，该发明可在不同温度、压力、剪切力条件下实现对带有层间构造的沥青混合料试样进行“压剪”耦合加载，既可进行剪切强度试验，也可进行剪切疲劳试验；公开号为cn108469389a的发明描述了一种基于复合梁疲劳试验的路面层间粘结效果评价方法，该发明可对粘层在路面结构组合中的性能评估，通过评价粘层对沥青路面面层疲劳寿命的影响，进而综合评价层间粘结效果。

3、上述专利采用直剪或斜剪模式来评价沥青混合料与下承层之间的粘结疲劳性能，然而，公路结构物中有部分弯道桥、匝道、转弯路口等，车辆经过上述结构物时，其荷载除了给面层的沥青混合料施加水平剪力和斜剪力之外，尚有一部分很大的水平扭剪力，该扭剪力往往是导致上述路段发生层间破坏的主要原因(图1所示为弯道桥梁的桥面铺装破坏照片)。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置及其评价方法，以模拟不同温度、不同频率下的应力、应变作用模式时层间的抗疲劳性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置，包括万能试验机和与万能试验机配合使用的扭剪装置，所述扭剪装置包括底座、设置在底座上的扭剪机构，所述扭剪机构包括连杆、转轴、轴承座、固定座和转轴座，所述轴承座和转轴座均设置在底座上，所述转轴转动安装在轴承座上，且转轴的一端朝向固定座设置，转轴的另一端上安装与转轴垂直设置的连杆，所述转轴座安装在转轴朝向固定座的一端上，且转轴座的中线与转轴轴心为同心设置，所述转轴座上设置有沥青混合料铺装层，所述固定座上设置有下承层，所述沥青混合料铺装层与下承层之间设置有粘接层，转轴、转轴座、沥青混合料铺装层、粘接层和下承层为同一轴心设置，所述连杆与万能试验机的压杆配合。

3、在其中一些实施例中，所述转轴座与沥青混合料铺装层和固定座与下承层之间分别设置有限位固定机构。

4、在其中一些实施例中，所述限位固定机构为抱箍。

5、在其中一些实施例中，所述转轴座与沥青混合料铺装层连接的一端采用凹凸槽设置，沥青混合料铺装层与转轴座匹配的一端采用与转轴座配合的凸凹槽设置。

6、为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置的沥青混合料层间疲劳性能评价方法，根据权利要求1所述的试验装置，其具体方式为：

7、(1)通过采用实验室双层车辙板或现场钻芯取样得到沥青混合料试件；

8、(2)将得到的沥青混合料试件固定到扭剪装置上；

9、(3)固定好试样后，将扭剪装置底座按预设孔位通过螺栓形式固定在万能试验机中，将连接与万能试验机上压杆连接；

10、(4)在万能试验机的设定界面中，选择施加的力，加载时间，加载频率等参数；

11、(5)试样在试验温度±0.5℃条件下静置养生至少6h后进行试验；

12、(6)按照预先设定好的参数由万能试验机上压杆向连接杆施加应力，通过连接和转轴转化为对试样粘结层的扭矩；

13、(7)试样过程中，实时记录万能试验机施加的应力，与扭剪装置中粘结层的变形角度。

14、在其中一些实施例中，根据步骤(1)-(7)，实验过程中获得的数据包括静态数据和动态数据，

15、所述的静态数据包括连接杆的力距l、试样半径r和粘结层厚度h，

16、所述的动态数据包括粘结层变形角θ，上压杆施加的应力f。

17、在其中一些实施例中，根据公式计算得到剪应力τmax和剪应变γmax，

18、其中剪应力τmax通过实验过程中上压杆施加的应力f、力距l结合分析计算得出，

19、τmax＝2tπr3                  (1)

20、t＝fl                      (1)

21、其中剪应变γmax通过对扭剪装置中转轴的旋转角度θ、r、h分析计算得出，

22、γmax＝θr/h                   (3)

23、上述公式中t为施加扭矩最大值，f为上压杆施加的力，l连接杆的力距，r为试样半径，θ为粘结层变形角度，h为中间层厚度；

24、根据公式(1)-(3)，得到剪应力τmax和剪应变γmax的比值，

25、

26、记录每次实验的该比值数据，构成扭剪疲劳试验模量下降曲线，用于判断判断沥青混合料钻孔芯料层间扭剪疲劳寿命评估。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过扭剪装置和万能试验机的配合，使得模拟不同温度、不同频率下的应力、应变作用模式时层间的水平扭剪抗疲劳性能。

28、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂，通过本申请的实施例对本申请进行详尽说明和了解。

技术特征：

1.一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置，包括万能试验机和与万能试验机配合使用的扭剪装置，其特征在于：所述扭剪装置包括底座、设置在底座上的扭剪机构，所述扭剪机构包括连杆、转轴、轴承座、固定座和转轴座，所述轴承座和转轴座均设置在底座上，所述转轴转动安装在轴承座上，且转轴的一端朝向固定座设置，转轴的另一端上安装与转轴垂直设置的连杆，所述转轴座安装在转轴朝向固定座的一端上，且转轴座的中线与转轴轴心为同心设置，所述转轴座上设置有沥青混合料铺装层，所述固定座上设置有下承层，所述沥青混合料铺装层与下承层之间设置有粘接层，转轴、转轴座、沥青混合料铺装层、粘接层和下承层为同一轴心设置，所述连杆与万能试验机的压杆配合。

2.根据权利要求1所述的一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置，其特征在于：所述转轴座与沥青混合料铺装层和固定座与下承层之间分别设置有限位固定机构。

3.根据权利要求2所述的一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置，其特征在于：所述限位固定机构为抱箍。

4.根据权利要求1所述的一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置，其特征在于：所述转轴座与沥青混合料铺装层连接的一端采用凹凸槽设置，沥青混合料铺装层与转轴座匹配的一端采用与转轴座配合的凸凹槽设置。

5.一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置的沥青混合料层间疲劳性能评价方法，其特征在于：根据权利要求1所述的试验装置，其具体方式为：

6.根据权利要求5所述的沥青混合料层间疲劳性能评价方法，其特征在于：根据步骤(1)-(7)，实验过程中获得的数据包括静态数据和动态数据，

7.根据权利要求6所述的沥青混合料层间疲劳性能评价方法，其特征在于：根据公式计算得到剪应力τmax和剪应变γmax，

技术总结本发明涉及公路工程技术领域，尤其是一种基于扭剪特性的沥青混合料层间疲劳性能试验装置及其评价方法，包括万能试验机和与万能试验机配合使用的扭剪装置，所述扭剪装置包括底座、设置在底座上的扭剪机构，所述扭剪机构包括连杆、转轴、轴承座、固定座和转轴座，所述轴承座和转轴座均设置在底座上，所述转轴转动安装在轴承座上，所述转轴座安装在转轴朝向固定座的一端上，所述转轴座上设置有沥青混合料铺装层，所述固定座上设置有下承层，所述连杆与万能试验机的压杆配合，本发明能够以模拟不同温度、不同频率下的应力、应变作用模式时层间的水平扭剪力抗疲劳性能。技术研发人员：蒋锦毅,张镕选,杨凯,杨杰,陈莲冲,郭晓刚,兰新星,田花蔓,冯雪静,单洋受保护的技术使用者：浙江交通职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/9/26