[发明专利]一种非饱和多孔沥青混合料抗冻融性能的测试方法及冻胀应变的测试装置

说明书

本发明公开了一种非饱和多孔沥青混合料抗冻融性能的测试方法及冻胀应变的测试装置，该方法包括多孔沥青混合料饱和度的控制、冻胀应力测试、冻胀残余应变测试和冻融耗散能计算等四部分。按一个冻融循环下，相对应力与应变构成的二维直角坐标系内原点、冻胀应力峰值与抗拉强度比值点、残余冻胀应变与拉伸破坏应变比值点构成的三角形面积计算相对冻融耗散能。本发明通过相对冻融耗散能可定量的评价多孔沥青混合料在任一饱和度下的抗冻融性能，为寒冷地区多孔沥青混合料的优选提供分析手段。

技术领域

本发明属于多孔沥青路面耐久性评价领域，具体涉及一种非饱和多孔沥青混合料抗冻融性能的测试方法及冻胀应变的测试装置。

背景技术

随着交通事业发展，密级配沥青混合料AC、抗滑沥青混合料AK、沥青碎石AM、沥青玛蹄脂碎石SMA、多孔沥青混合料OGFC等相继出现，以这些混合料铺筑的沥青路面在各个时期、各种等级公路中发挥着重要作用。其中，多孔沥青混合料具有优异排水、降噪、抗滑、防眩光和除污功能，在多国的透水式、饱水式、排水降噪式路面中得到成功应用。但失败案例也很多，除了孔隙堵塞、松散、寒区除冰困难、冰雪地区带钉轮胎磨耗之外，降雨/雪后渗入孔隙中的水蒸发缓慢，长期滞留在混合料内引起的冻融损坏，已成主要病害之一。美国2016年统计表明，25个州目前不使用多孔沥青路面，其中北方19个州之前使用过，但由于其冬季过早冻融损坏，现在已不再使用。与美国类似，由于担心我国北方冻融循环对路面损坏，且受多雨南方有利于发挥其排水、抗滑优势的传统思维影响，多孔沥青路面主要应用在我国南方。但即便如此，全球气候异常也往往使南方地区出现大面积降雪和结冰天气，导致不可避免的冻融损坏。可见，冻融耐久性不足限制了多孔沥青混合料在寒冷地区的推广应用。

围绕多孔沥青混合料冻融耐久性不足的问题，近年来道路工作者在冻融循环过程的室内模拟方法、冻融后混合料性能衰减规律、冻融引起集料与沥青界面损伤等方面开展了一些研究，取得了一系列成果，并把多孔混合料的冻融损坏归结于两个阶段：第一，孔隙水饱和度(水与孔隙体积之比)较大情况下，孔隙水凝冰时体积膨胀，孔隙壁受到冰的冻胀压应力，若混合料受到约束，这种压应力得不到有效释放和消散，则在整个混合料结构内部产生冻胀应力，引起冻胀损伤；第二，冰融化为水后，混合料存在残余变形，抗冻融能力下降，同时水分侵蚀冻胀损伤的沥青砂浆或砂浆与集料界面，导致水损坏。可见，冻胀损伤是多孔混合料冻融耐久性不足的重要原因，而冻融耗散能是引起冻胀损伤的关键。

但是，对于如何控制其孔隙水饱和度、如何测试冻胀压力，如何计算多孔沥青混合料冻融中能量耗散，目前各个国家没有统一的标准方法，导致多孔混合料冻胀应力与受冻体积膨胀关系、受冻时降温速率对冻胀应力的影响规律、混合料空隙率和孔隙水含量对冻融耗散能的影响规律等等均没有开展深入分析。因此，发明一种简单、快捷的方法进行不同孔隙水饱和度下混合料冻融耗散能的测试，对于深入理解和准确把握多孔沥青混合料冻融损伤本质特征，提高多孔沥青混合料在冻融地区的推广应用具有重要价值。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供饱和度可控的多孔沥青混合料冻融耗散能的测试方法，发明包括两部分：多孔沥青混合料冻胀残余应变的测试装置及方法、基于直接拉伸试验的多孔沥青混合料相对冻融耗散能计算方法。其中，第一部分主要确定多孔沥青混合料孔隙水受冻结冰膨胀引起混合料冻胀应变量和应变率，以及冰融化引起混合料收缩应变量。第二部分是以确定的膨胀应变率作为直接拉伸试验的拉伸速率，通过多孔混合料的直接拉伸试验，获得拉伸应力与拉伸应变的曲线，并以第一部分确定的冻胀线应变在曲线上所对应的峰值应力σ作为冻胀应力，按一个冻融循环下，相对应力-应变构成的二维直角坐标系内原点、冻胀应力峰值与抗拉强度比值点、残余冻胀应变与拉伸破坏应变比值点构成的三角形面积计算相对冻融耗散能S，作为多孔沥青混合料抗冻融性能评价指标。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明的第一方面：