基于新型蠕变试验仪的沥青蠕变性能研究

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1、基于新型蠕变试验仪的沥青蠕变性能研究1绪论1.1研究背景及研究意义据相关统计，截至2012年底我国拥有公路总里程达到了423.75万公里，沥青路面占总里程的15.15%(约合64.19万公里）⑴。然而随着社会的发展，现代交通对于路面质量的要求日益提高，迅猛增长的交通量、车辆的大型化及严重的超载使得很多浙青路面出现了早期损坏，严重降低了浙青路面的使用寿命。涵青路面的常见的病害主要有永久变形、低温开裂、疲劳幵裂、老化、松散磨损、泛油和反射裂缝[2]，尽管各种路面病害是交通荷载，自然环境和路面材料长期综合作用产生的结果，但不合理的路面设计方法和劣质

2、的施工理当成为姻青路面各种病害产生的主要原因。因此，釆用适宜的理论建?立科学的沥青路面设计方法，对减少沥青路面损害、延长路面使用周期，提高其路用性能，及推进我国道路事业的发展具有重要的意义。沥青及浙青混合料的力学性能与其材料组成有很大关系，沏青混合料的力学特性直接影响沥青路面的路用性能。沥青作为一种典型的粘弹性材料，其粘弹性能使得沥青混合料成为一种颗粒性的粘弹性材料。现今，基于粘弹性理论的沥青和浙青混合料的粘弹性行为及路用性能研究已经成为了研究浙青路面的一个趋势。上世纪90年代，美国的公路战略研究计划（SHRP)提出了基于沥青路用性能分级（P

3、G)的道路沥青技术标准，PG分级的核心是依赖于沏青的粘弹性对沥青进行分级。SHRPPG分级的推出在全世界范围内引起了强烈的反响，PG分级成果促进各国纷纷修订自己的沥青技术指标。现在多数国家开始采用具有明确粘弹性力学依据的沏青技术指标来代替或者简化针入度分级指标体系，如我国最新出版的《公路工程浙青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011)己经补充了沥青弯曲蠕变劲度试验及涵青流变性质试验等，测试沥青及沥青混合料粘弹性性质的试验方法。1.2国内外研究现状20世纪70年代末Jongepier和Kuilmaii[3]进行了基于流变学的涵青混合料的

4、试验研究，第一次提出了浙青胶泥可以作为粘弹性体来使用的理论。但是后期的很长一段时间内这种理论并没有引起相关研究者的关注，直至80年代末美国SHRP研究提出浙青PG分级的技术标准后，浙青的粘弹性性能成为了道路材料领域研究的热点问题[4]。SHRPPG性能规范中提出采用动态剪切流变仪（DSR)评价沥青结合料高温稳定性的指标，分别对原样沥青及RTFOT后残留浙青试样进行动态剪切试验，以G*/sin5作为评价指标，试验的温度控制为高温设计温度，剪切速率为l0rad/s约等于1.59Hz的频率，规定满足下列要求：SHRP浙青结合料路用性能规范通过釆用弯

5、曲流变仪对沥青进行低温弯曲螺变试验来评价浙青结合料的低温抗裂性能。BBR试验结合动态剪切试验便可以评价沥青结合料从低温到高温很大温度范围内的劲度模量的全部信息。BBR试验的试验温度与路面所在区域的使用温度有关，从理论上讲，它必须在当地的最低设计温度下进行，其中Readsha值表示。m值为螺变劲度随时间的变化率，为劲度对数和时间对数曲线上t=60s处的切线斜率。..2试验仪器与试验方法2.1浙青旋转剪切螺变试验仪浙青旋转剪切孺变试验仪（以下简称螺变试验仪）[24]主要由试验平台组件，加载系统及计算机控制系统组成，如图2.1和2.2所示。对于温度

6、控制方法暂时采用将蠕变试验仪的整体置于温控箱的方式进行控温。图2.1和图2.2中的组件代号分别代表：1计算机控制系统，？串口转换器，3号试验台，4二号试验台，5变频器，6扭矩传感器，7固定轴，8固定支座，9夹具，10浙青试件，11门架，12卸载拉线，13卸载轴，14联轴器，15钢制试模，16平衡块，17位移传感器，18加载轴，19加载拉线，20加载枝码，21刹车器，22微型电机，23位移传感器拉线，24位移测量拉线。计算机控制系统，由计算机和控制软件组成，用于控制加载系统的加载、接收扭矩传感器与位移传感器的测量信息，并且对测量数据进行一定的初

7、步处理。接口转换器的器的作用是将不同的数据接口（RS232和RS485)转换为USB数据接口，并将各USB接口集成。浙青试件釆用圆形截面，浙青的厚度依据试验要求选用，本试验的参考DSR的试件规格，拥青厚度定为2imn,直径定为30mm。钢制试模釆用圆柱体钢材加工制成，钢制试模的一端表面光滑，用于粘结浙青试件，另一端通过夹具与旋转轴或加载在轴连接。夹具用于把制好的浙青试件和钢制试模固定在蠕变试验仪上。.2.2采用试验仪的试验方法浙青试件的制备釆用质量控制法，首先根据《公路工程沥青及浙青混合料试验规程》(JTGE20-2011)测定浙青的密度，然

8、后根据浙青试件的尺寸，计算一个浙青试件所需要的浙青质量，如本试验采用的浙青试件厚度为2mm，直径为30rnm，假设浙青的密度为Ig/cm3，则一个浙青试件所需要的浙