基于新型蠕變試驗(yàn)儀的瀝青蠕變性能研究

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1、基于新型蠕變試驗(yàn)儀的瀝青蠕變性能研究1緒論1.1研究背景及研究意義據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，截至2012年底我國擁有公路總里程達(dá)到了423.75萬公里，瀝青路面占總里程的15.15%(約合64.19萬公里）⑴。然而隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)代交通對于路面質(zhì)量的要求日益提高，迅猛增長的交通量、車輛的大型化及嚴(yán)重的超載使得很多浙青路面出現(xiàn)了早期損壞，嚴(yán)重降低了浙青路面的使用壽命。涵青路面的常見的病害主要有永久變形、低溫開裂、疲勞幵裂、老化、松散磨損、泛油和反射裂縫[2]，盡管各種路面病害是交通荷載，自然環(huán)境和路面材料長期綜合作用產(chǎn)生的結(jié)果，但不合理的路面設(shè)計(jì)方法和劣質(zhì)

2、的施工理當(dāng)成為姻青路面各種病害產(chǎn)生的主要原因。因此，釆用適宜的理論建?立科學(xué)的瀝青路面設(shè)計(jì)方法，對減少瀝青路面損害、延長路面使用周期，提高其路用性能，及推進(jìn)我國道路事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。瀝青及浙青混合料的力學(xué)性能與其材料組成有很大關(guān)系，沏青混合料的力學(xué)特性直接影響瀝青路面的路用性能。瀝青作為一種典型的粘彈性材料，其粘彈性能使得瀝青混合料成為一種顆粒性的粘彈性材料?，F(xiàn)今，基于粘彈性理論的瀝青和浙青混合料的粘彈性行為及路用性能研究已經(jīng)成為了研究浙青路面的一個(gè)趨勢。上世紀(jì)90年代，美國的公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（SHRP)提出了基于瀝青路用性能分級（P

3、G)的道路瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，PG分級的核心是依賴于沏青的粘彈性對瀝青進(jìn)行分級。SHRPPG分級的推出在全世界范圍內(nèi)引起了強(qiáng)烈的反響，PG分級成果促進(jìn)各國紛紛修訂自己的瀝青技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)在多數(shù)國家開始采用具有明確粘彈性力學(xué)依據(jù)的沏青技術(shù)指標(biāo)來代替或者簡化針入度分級指標(biāo)體系，如我國最新出版的《公路工程浙青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011)己經(jīng)補(bǔ)充了瀝青彎曲蠕變勁度試驗(yàn)及涵青流變性質(zhì)試驗(yàn)等，測試瀝青及瀝青混合料粘彈性性質(zhì)的試驗(yàn)方法。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代末Jongepier和Kuilmaii[3]進(jìn)行了基于流變學(xué)的涵青混合料的

4、試驗(yàn)研究，第一次提出了浙青膠泥可以作為粘彈性體來使用的理論。但是后期的很長一段時(shí)間內(nèi)這種理論并沒有引起相關(guān)研究者的關(guān)注，直至80年代末美國SHRP研究提出浙青PG分級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，浙青的粘彈性性能成為了道路材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題[4]。SHRPPG性能規(guī)范中提出采用動態(tài)剪切流變儀（DSR)評價(jià)瀝青結(jié)合料高溫穩(wěn)定性的指標(biāo)，分別對原樣瀝青及RTFOT后殘留浙青試樣進(jìn)行動態(tài)剪切試驗(yàn)，以G*/sin5作為評價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)的溫度控制為高溫設(shè)計(jì)溫度，剪切速率為l0rad/s約等于1.59Hz的頻率，規(guī)定滿足下列要求：SHRP浙青結(jié)合料路用性能規(guī)范通過釆用彎

5、曲流變儀對瀝青進(jìn)行低溫彎曲螺變試驗(yàn)來評價(jià)浙青結(jié)合料的低溫抗裂性能。BBR試驗(yàn)結(jié)合動態(tài)剪切試驗(yàn)便可以評價(jià)瀝青結(jié)合料從低溫到高溫很大溫度范圍內(nèi)的勁度模量的全部信息。BBR試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度與路面所在區(qū)域的使用溫度有關(guān)，從理論上講，它必須在當(dāng)?shù)氐淖畹驮O(shè)計(jì)溫度下進(jìn)行，其中Readsha值表示。m值為螺變勁度隨時(shí)間的變化率，為勁度對數(shù)和時(shí)間對數(shù)曲線上t=60s處的切線斜率。..2試驗(yàn)儀器與試驗(yàn)方法2.1浙青旋轉(zhuǎn)剪切螺變試驗(yàn)儀浙青旋轉(zhuǎn)剪切孺變試驗(yàn)儀（以下簡稱螺變試驗(yàn)儀）[24]主要由試驗(yàn)平臺組件，加載系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，如圖2.1和2.2所示。對于溫度

6、控制方法暫時(shí)采用將蠕變試驗(yàn)儀的整體置于溫控箱的方式進(jìn)行控溫。圖2.1和圖2.2中的組件代號分別代表：1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，？串口轉(zhuǎn)換器，3號試驗(yàn)臺，4二號試驗(yàn)臺，5變頻器，6扭矩傳感器，7固定軸，8固定支座，9夾具，10浙青試件，11門架，12卸載拉線，13卸載軸，14聯(lián)軸器，15鋼制試模，16平衡塊，17位移傳感器，18加載軸，19加載拉線，20加載枝碼，21剎車器，22微型電機(jī)，23位移傳感器拉線，24位移測量拉線。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)和控制軟件組成，用于控制加載系統(tǒng)的加載、接收扭矩傳感器與位移傳感器的測量信息，并且對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的初

7、步處理。接口轉(zhuǎn)換器的器的作用是將不同的數(shù)據(jù)接口（RS232和RS485)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)接口，并將各USB接口集成。浙青試件釆用圓形截面，浙青的厚度依據(jù)試驗(yàn)要求選用，本試驗(yàn)的參考DSR的試件規(guī)格，擁青厚度定為2imn,直徑定為30mm。鋼制試模釆用圓柱體鋼材加工制成，鋼制試模的一端表面光滑，用于粘結(jié)浙青試件，另一端通過夾具與旋轉(zhuǎn)軸或加載在軸連接。夾具用于把制好的浙青試件和鋼制試模固定在蠕變試驗(yàn)儀上。.2.2采用試驗(yàn)儀的試驗(yàn)方法浙青試件的制備釆用質(zhì)量控制法，首先根據(jù)《公路工程瀝青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)測定浙青的密度，然

8、后根據(jù)浙青試件的尺寸，計(jì)算一個(gè)浙青試件所需要的浙青質(zhì)量，如本試驗(yàn)采用的浙青試件厚度為2mm，直徑為30rnm，假設(shè)浙青的密度為Ig/cm3，則一個(gè)浙青試件所需要的浙