[发明专利]动态剪切荷载作用下沥青发生疲劳失效的识别方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，它涉及一种判断道路沥青在动态剪切荷载作用下发生疲劳失效的识别方法。

背景技术

沥青路面由于行车轮载的反复作用会发生疲劳开裂，路面上的疲劳裂缝严重影响着道路行车的舒适和安全。沥青抗疲劳性能的优劣对于沥青路面抵抗疲劳裂缝的能力有着重要的贡献，因此需要科学、有效的对不同沥青材料的抗疲劳性能进行评价和区分。控制应变的线性振幅扫描试验(即线性应变扫描试验)是目前国际上常用的沥青加速疲劳规范试验方法^[1]，该方法自2010年提出后，关于试验过程中沥青发生疲劳失效的临界点判别问题一直处于研究状态，还没有很好的指标和参数来表征和区分不同沥青抗疲劳性能的优劣。

发明内容

本发明的目的是对沥青加速疲劳试验过程中材料发生疲劳失效的临界点进行判断和识别，从而定量的比较不同沥青材料在动态剪切荷载作用下的疲劳寿命。本发明的具体实施过程和分析方法如下。

动态剪切荷载作用下沥青发生疲劳失效的识别方法，其特征在于应用动态剪切流变仪对平行板沥青试样在5℃～30℃任一温度下，完成控制应变的线性振幅扫描试验，动态应变振幅的扫描范围从0.1％线性增大至30％，动态加载频率为10Hz，扫描时间设计为5-15分钟；而后依据试验中所采集到的剪切应力τ和剪切应变γ数据，计算虚剪切应变γ^R指标和试验过程中材料所存储的虚应变能指标W^R_s；最后，将试验过程中存储虚应变能W^R_s的峰值点作为沥青疲劳失效的临界点，该特征点所对应的循环加载次数N即为沥青在此温度、加载频率和加载速率下的疲劳寿命N_f。

进一步，通过改变线性应变扫描试验的扫描时间产生不同的加载速率，相同应变扫描范围、试验温度和加载频率条件下，不同加载速率下所识别的沥青疲劳寿命也将不同。

进一步，扫描时间设计为5分钟。

进一步，扫描时间设计为10分钟或15分钟。

更为具体的：

(1)应用动态剪切流变仪对平行板沥青试样进行线性应变扫描试验，按照该试验的规范要求^[1]，剪切应变从0.1％线性增长至30％，试验加载频率固定为10Hz，试验温度可选5℃～30℃任一温度，扫描时间设计为5分钟。

(2)通过控制扫描时间可以改变试验过程中所施加的动态剪切加载速率，在保持应变扫描范围、试验温度和和加载频率不变的条件下，本发明还进行了扫描时间为10分钟和15分钟的对比试验。

(2)试验完成后，对试验数据按照如下程序进行分析；

i.根据动态剪切流变仪采集到的剪切应变(γ)数据按照公式(1)计算虚剪切应变(γ^R)指标，其中|G^*|₀为在此特定温度和加载频率下沥青试样无损伤状态的线粘弹性动态剪切模量，可通过线性应变扫描试验前的一个小应变单点动态试验测试而得；

γ^R＝γ·|G^*|₀(1)

ii.对动态剪切流变仪采集到的剪切应力(τ)数据在虚剪切应变(γ^R)坐标下进行分析，见附图1所示；按照公式(2)对每个数据点计算试验过程中材料存储的虚应变能(W^R_s)指标，即附图1中虚线部分面积；

iii.以计算得到的存储虚应变能(W^R_s)数值为纵坐标，对沥青试样施加的循环加载次数(N)为横坐标作图，见附图2所示，取W^R_s峰值点作为沥青发生疲劳失效的临界点，即可确定在此特定温度、加载频率和加载速率下沥青试样的疲劳寿命(N_f)。

(3)在动态剪切流变仪采集到的剪切应力(τ)和循环加载次数(N)关系图中将确定的疲劳寿命(N_f)进行标注，见附图3所示。

参考文献