[发明专利]沥青混合料动态拉伸、压缩模量及泊松比的同步测试方法

说明书

本发明公开了一种沥青混合料动态拉伸、压缩模量及泊松比的同步测试方法，将沥青混合料劈裂试件安置在加载测试系统的劈裂金属夹具中，在试件端面安置水平和竖直径向位移传感器，在规定的温度和频率下对试件施加竖向动态压缩荷载，本发明根据劈裂试验二维平面应力状态下的胡克定律，推导出了沥青混合料的动态压缩模量和动态拉伸模量的解析表达式，根据动态压缩模量与泊松比两者之间的关系模型，通过迭代计算同步确定沥青混合料动态压缩模量、动态拉伸模量及泊松比的方法，大幅提高了试验效率和准确性，有利于进一步科学、可靠的评价沥青混合料在二维应力条件下的动态响应特性，具有很好的应用推广价值。

技术领域

本发明属于道路工程沥青路面领域，尤其涉及一种沥青混合料动态压缩、拉伸模量及泊松比的同步测试方法。

背景技术

沥青混合料的模量和泊松比是沥青路面力学分析与结构设计中的最重要参数，其取值大小会直接影响沥青路面结构响应分析、服役性能评价及寿命预估。我国现行的《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)为假设路面材料各向同性的弹性层状设计体系，并规定采用单轴动态压缩模量来表征沥青混合料在路面结构中各方向的模量状态。沥青混合料作为一种由矿料、沥青和空隙组成的非均质各向异性材料，相关研究已表明其拉伸模量与压缩模量在数值上存在较大的差异性。在上部行车荷载作用下，沥青路面结构内部的应力分布状态较为复杂，沥青面层底部一般处于竖向受压、水平受拉的应力状态。然而设计规范中采用单轴压缩模量计算沥青层层底拉应力，并以此进一步确定沥青层的疲劳开裂寿命；这显然存在输入的材料压缩参数与计算的结构拉伸应力两者不匹配、不对应的矛盾，因此设计规范中的模量取值方法具有一定的不合理性。

沥青混合料在劈裂模式下其试件中心点处于拉、压二维应力状态，与沥青层层底的受力状态较为相似，因此劈裂状态下的模量试验是测定沥青混合料材料参数的理想模式。传统劈裂试验可以同时测定模量和泊松比，但其模量和泊松比计算方法均是基于材料各向同性的理想假设，所测定拉伸模量等于压缩模量。鉴于此，近年有研究提出了劈裂模式下基于材料各向异性的拉、压模量同步确定方法，然而该方法测定的为沥青混合料的静态拉、压模量，其数值远小于动态模量，这也不符合路面材料从静态研究向动态研究转变的发展趋势。此外，该方法在计算拉、压模量过程中，须依靠经验提前确定沥青混合料的泊松比，而非直接计算确定；泊松比人为取值的大小会显著影响最终的拉、压模量。沥青混合料的泊松比作为一个重要的黏弹参数存在较为复杂时温依赖特性，但近年的相关研究已表明泊松比与动态压缩模量之间可建立良好的相关性。显然单纯依靠经验难以准确选取沥青混合料在不同温度和频率下的泊松比；因此现有劈裂模式下的拉、压模量同步测试方法在该问题上存在一定的局限性。

鉴于目前劈裂模式下的拉、压模量同步测试方法无法测定沥青混合料动态拉、压模量的不足以及计算过程中泊松比须人工确定的缺陷，本发明根据沥青混合料压缩动态模量与泊松比两者间的相关性，开发出一种劈裂模式下沥青混合料动态拉伸、压缩模量及泊松比的同步测试方法，从而有利于更合理、准确的评价沥青混合料的在复杂二维应力状态下力学响应特性，对提高沥青路面力学分析精度和结构设计可靠性具有重要意义

发明内容

为了克服现有沥青混合料劈裂模式下拉、压模量同步测试方法无法开展动态试验及泊松比须人工取值等诸多不足，本发明根据沥青混合料的动态压缩模量与泊松比之间已有的关系模型，提出了一种沥青混合料劈裂模式下的动态拉伸、压缩模量及泊松比的同步确定方法，从而有利于进一步完善沥青混合料的材料参数体系。

一种沥青混合料动态压缩、拉伸模量及泊松比的同步测试方法，包括如下步骤：

(1)准备沥青混合料圆柱体劈裂试件；

(2)将沥青混合料圆柱体劈裂试件横卧固定于加载设备系统的劈裂金属夹具的上、下弧形条状压条中；

(3)在沥青混合料圆柱体劈裂试件的两个端面的水平径向和竖直径向分别固定有位移传感器,同一端面的位移传感器呈十字垂直相交状且中点与端面的圆心重合；