[发明专利]疲劳损伤与触变因素对沥青模量影响的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及沥青模量的测试方法。

背景技术

沥青的疲劳性能对沥青路面的使用性能有重要影响。根据损伤理论，沥青发生疲劳后性能是不可恢复的。然而，作为一种典型的粘弹性材料，受粘弹特性的影响，沥青的力学行为及疲劳特性具有特殊性。沥青具有触变性，即：荷载作用下，沥青内部微观结构的变化同样可以引起模量的降低而不导致任何损伤的产生。这使得重复荷载作用下沥青模量的降低并不完全是由于损伤引起的，还包含着触变性的影响。因此现有的沥青疲劳过程中动态模量的检测方法有局限性，准确测试疲劳过程中由于损伤引起的模量变化情况对于分析沥青的疲劳特性具重要意义。

发明内容

本发明是要解决现有的采用损伤理论分析循环荷载作用下沥青疲劳特性具有局限性的技术问题，而提供疲劳损伤与触变因素对沥青模量影响的分离方法。

本发明的疲劳损伤与触变因素对沥青模量影响的分离方法按以下步骤进行：一、用动态剪切流变仪测试沥青在应变扫描模式下循环荷载的应变、相位角及动态模量数据，然后以相位角为横作标，以动态模量为纵作标绘制动态模量与相位角关系标准曲线；二、控制初始应变为0.5％～4％，测定沥青在该应变条件下的初始动态模量|G^*|，以及相位角θ、动态模量|G^*|随作用时间t变化的数据，以相位角θ为横作标，以动态模量|G^*|为纵作标绘制动态模量|G^*|与相位角θ关系曲线；再将应变按2％～4％的步长增加，测定沥青在相应的应变条件下相位角θ、动态模量|G^*|随作用时间t变化的数据，以相位角θ为横作标，以动态模量|G^*|为纵作标绘制不同应变条件下动态模量|G^*|与相位角θ关系曲线；并找出各关系曲线上偏离直线段的转折点所对应的相位角、动态模量，根据每条曲线得到一组应变、相位角θ、动态模量|G^*|数据；三、在步骤二得到的多组相位角、动态模量及其应变值中，找到一组值，使其应变值最大且动态模量|G^*|与相位角θ关系曲线上偏离直线段的转折点之前的部分与步骤一中标准曲线重合，则以该偏离直线段的转折点作为触变性影响区的分界点，在此分界点之前为触变性影响区，在此分界点之后为触变性和损伤共同影响区；四、将步骤三所得的分界点所在的动态模量|G^*|与相位角θ关系曲线上的直线部分，用拟合，其中为步骤二中初始应变条件下测定的沥青初始动态模量单位为MPa；为触变性影响下的动态模量，其单位为MPa，t为荷载作用时间，单位为s；k、α、β为拟合系数，得出k、α、β的值；五、用动态剪切流变仪测试沥青的动态模量然后用进行拟合，其中D为损伤因子，拟合后得到D值，于是将沥青的动态模量分离成两部分，其中为触变性影响下的模量，为损伤导致的模量的降低值。

在应变控制模式下沥青的疲劳过程如图1所示。图中纵作标为动态模量，第Ⅰ阶段为触变性影响区，该阶段动态模量的降低完全是由触变性影响的，无损伤产生；第Ⅱ阶段为半稳定阶段，在该阶段微观裂纹形成并不断发展；第Ⅲ阶段为破坏阶段，在该阶段内宏观裂纹形成并迅速发展。其中第Ⅰ阶段之后，触变性仍然起作用。在第Ⅰ阶段向Ⅱ阶段变化时，出现一个偏离直线段的转折点；本发明中利用动态模量与相位角关系曲线的转折点作为触变性影响区的分界点。并不是所有控制应变下的转折点均为触变性影响区的分界点，而是结合应变扫描的动态模量与相位角关系曲线进行确定，即：当疲劳试验和应变扫描试验的动态模量与相位角关系曲线在转折点之前的部分重合区域达到最大时，该转折点为触变性影响区的分界点。触变性影响区为沥青疲劳过程的第Ⅰ阶段，当沥青进入第Ⅱ阶段后，沥青性能的变化受触变性和损伤共同作用的影响，并且随着荷载作用次数的增加触变性对沥青的影响逐渐减低，而损伤对沥青的影响不断增加。

本发明沥青疲劳过程中动态模量的检测方法是将疲劳过程中触变性的影响分离，避免了疲劳研究过程中触变性的干扰，使得分离后的疲劳曲线能更准确地反应沥青的疲劳特性。

附图说明