[发明专利]路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法及装置

说明书

本发明公开了一种路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法及装置。利用MTS多功能材料测试系统对试件进行劈裂加载试验，推导出路面材料试件在劈裂加载时的拉伸模量与压缩模量计算公式；在试件前后的水平径向和竖直径向的中心分别贴上电阻应变片，测得试件中心位置的平均拉应变和平均压应变后，利用位移传感器测得试件水平径向的变形，代入公式即可得到材料的劈裂模量、拉伸模量和压缩模量测试结果。利用本发明通过一次试验即可同时测得材料的三种模量，提高了路面材料模量测试的精确度及试验效率，降低了室内试验测试的成本，并可为考虑材料拉、压模量差异的耐久性路面科学设计提供准确的设计参数。

技术领域

本发明涉及道路工程领域路用材料模量室内测试技术方法，尤其涉及半刚性基层材料和沥青混合料的拉伸、压缩、劈裂回弹模量测试装置及方法。

背景技术

现阶段我国沥青路面设计方法采用结构层材料各向同性假设的弹性层状体系理论，在路面结构设计时简单采用无侧限抗压回弹模量作为设计参数。然而经大量试验证明，路用半刚性基层材料和沥青混合料均表现出拉、压模量不等的各向异性性质，且一般抗压模量远大于抗拉模量。在路面结构层的实际受力中，一般同时存在拉应力区与压应力区，尤其是采用水泥稳定碎石材料的半刚性基层，一般处于上部受压、下部受拉的应力状态。因此在进行路面力学计算时简单地采用较大的抗压回弹模量作为材料结构设计参数，将导致高估路面材料的力学性能，从而使得设计计算结果存在较大误差，偏于不安全，严重影响实际路面的使用性能与使用寿命。

现行规范中采用沥青混合料抗压回弹模量，且要求按此模量计算得出的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，而该容许拉应力则是通过沥青混合料劈裂试验测得的劈裂强度除以抗拉强度结构系数而得；所以，抗压回弹模量与劈裂强度这两个参数的选取就存在不对应关系，这也是当前沥青路面设计规范中的一个不足之处，需进行适当修改或完善。

现行路面材料试验规程中材料模量的测试方法，主要有抗压回弹模量测试，劈裂回弹模量测试，弯拉回弹模量测试。抗压回弹模量测试主要分为顶面法或承载板法，两者均是在无侧限单向受压状态下进行试验；弯拉回弹模量试验，虽然考虑到了路面结构层材料实际处于上部受压、下部受拉的应力状态，但模量计算的理论是基于混合料拉、压模量相同的假设，且没有考虑剪切作用对挠度的影响，导致计算出的弯拉模量误差较大，不能准确地反应材料的真实力学性能；劈裂回弹模量是一种间接拉伸试验，其应力状态与路面结构层真实应力状态较为接近。

因此，本发明针对现有沥青路面设计的缺陷和试验规程的不足，考虑材料拉、压模量不同的本构关系，进而为开展精准化的路面力学分析提供了参数依据；这对节约路面材料室内试验成本，提高路面材料模量测试的准确性及试验效率，以及提高沥青路面结构设计的精度具有重要意义。

发明内容

针对现行路面材料试验规程中材料模量的测试方法均是以拉、压模量相同的各向同性假设为前提的，带来与实际的材料特性存在较大出入的问题，本发明旨在提供一种可在路面材料真实应力状态下同时测量材料静态或动态拉伸模量、压缩模量、劈裂模量的同步测试装置及测试方法，以期获得路面材料真实应力状态下的拉伸模量、压缩模量、劈裂模量，从而更好地指导工程实践，提高我国路面结构设计的精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

路面材料拉伸、压缩、劈裂回弹模量同步测试方法，包括如下步骤：

S1制成试件后，确定好试件正面的水平径向位置，以及背面的竖直径向位置，并做好标记；然后在试件正面的水平径向位置和背面的竖直径向位置分别贴上相应方向的应变片，其中每个应变片的中点均要与所在面的中心重合；将应变片连接到应变采集仪；

S2将按照步骤S1准备好的试件放在MTS多功能材料测试系统的劈裂试验支座上，并调整使劈裂试验的压头与试件初步接触；