沥青混合料抗剪强度测试试件、测试装置及方法

技术领域

本发明涉及抗剪强度测试技术领域，特别是涉及一种沥青混合料抗剪强度测试试件、测试装置及方法。

背景技术

国内测试沥青混合料抗剪强度的方法为三轴仪法与单轴贯入法，下面详细介绍两种测试沥青混合料抗剪强度的试验方法。

三轴仪法：沥青混合料剪切强度三轴仪法是给受压的圆柱形沥青混合料试件周围施加围压来模拟混合料真实受力情况，具体做法是用橡皮膜包裹住试件后放入压力室中，通过压缩空气给试件施加围压，然后通过活塞施加轴压，使试件在轴向产生偏应力差发生塑性破坏。然后通过计算法或作图法来确定抗剪强度参数c（试件的粘结力，单位kPa），φ值（滑动面内摩擦角，单位°）；

其中，计算法计算过程如下：确定c，φ和相关系数r，r应大于0.99。

其中：c —试件的粘结力(kPa)；

φ —内摩擦角(°);

m —按照下式计算；

式中：n—试验中围压级数；

—各级莫尔圆圆心的横坐标，即(/>

各级莫尔圆的半径，即(/>

—按下式计算；

—按下式计算；

作图法：以主应力

然而三轴仪法的计算和作图过程十分繁琐、复杂，不利于快速测试；这种测试方法的主要问题是通过这种方式施加的围压远小于路面在车载作用下的真实受力，且确定抗剪强度参数c，φ的过程较为复杂。

单轴贯入法：单轴贯入试验是将标准尺寸的圆形压头（大压头直径为42mm，小压头直径和高度分别为28.5mm和50mm）压入直径为150mm，高度为100mm的沥青混合料中，试验温度为60℃。加载速率为1mm/min，初始接触压力为0.05kN。当应力降为应力极值点的90%时，停止加载，记录应力和位移，并按照相应的公式计算标准高度沥青混合料的抗剪强度，这种方法的主要缺点为单轴贯入过程中试件主要为受压，压头的周边存在受剪区域，但测试出来的贯入强度是混合料抗压和抗剪的总和，无法精确反应沥青混合料的抗剪性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种沥青混合料抗剪强度测试试件、测试装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高测试结果的精准性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种沥青混合料抗剪强度测试试件，包括：所述试件整体呈柱形，所述试件沿高度方向设置有贯通的直柱形孔。

优选的，所述试件的横截面呈圆环状。

本发明还提供了一种用于对如上所述的沥青混合料抗剪强度测试试件进行测试的测试装置，包括：下剪切环、上压盘、测距仪和压力机；所述上压盘用于设置于所述试件的顶面，所述下剪切环用于设置于所述试件的底面上并对所述试件进行支撑，所述下剪切环投影于第一水平面上的正投影呈环形，形成第一投影，所述上压盘投影于所述第一水平面上的正投影为第二投影，所述第二投影位于所述第一投影所围合的区域内，且不与所述第一投影重叠；所述压力机用于驱动所述上压盘沿垂直于所述第一水平面且朝向所述下剪切环的方向匀速移动，所述测距仪用于测量所述试件顶面待测点处的变形量，所述待测点正投影于所述第一水平面上的投影点位于所述第一投影和所述第二投影之间，所述压力机还能够记录所述压力机对所述上压盘所施加的最大加载力的数值。

优选的，还包括外限位筒和内限位筒，所述外限位筒套设于所述试件外，所述内限位筒内嵌于所述直柱形孔内，所述外限位筒用于限制所述试件向外移动，所述内限位筒用于限制所述试件向内移动。

优选的，所述内限位筒与所述上压盘固定连接。

优选的，所述上压盘为圆盘，所述下剪切环为圆环盘。

优选的，所述测距仪为激光测距仪，设置有三个所述测距仪，三个所述测距仪分别用于测量所述试件顶面上三个所述待测点处的变形量，三个所述待测点均位于第一圆周上，所述上压盘的外边沿位于第二圆周上，所述下剪切环的内边沿位于第三圆周上，所述第一圆周所在的柱形面位于所述第二圆周所在的柱形面和所述第三圆周所在的柱形面之间。

本发明还提供了一种抗剪强度测试方法，包括：步骤一：制备如上所述的试件；

步骤二：利用如上所述的测试装置来对所述试件进行剪力试验，所述压力机驱动所述上压盘向下移动，当应力值降至极值点的85%~95%时，停止加压，取压力机对上压盘施加的加载力最大时为试件的抗剪强度，其对应的位移为抗剪流值；

步骤三：按照下式计算沥青混合料的抗剪强度：

其中：

T为试验过程中的剪力的极值，kN；

A为受剪切区域的面积，mm

优选的，当所述试件的横截面呈圆环状时； A采用如下公式进行计算：

为所述试件中间柱形孔的直径；

为待测点处剪切区试件顶部至试件底部的距离，/>

是所述试件的抗剪流值，即为待测点对应的位移值，L为沥青混合料试件的高度。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的沥青混合料抗剪强度测试试件沿高度方向设置有贯通的直柱形孔，且进行试验时，直柱形孔所在的柱形面位于上压盘边沿所在的柱形面内，采用上述试件进行剪切破坏时，因为其并非实心结构，大大降低了其抗压能力，避免因试件的抗压强度过大而对抗剪强度的测量产生干扰，且通过抗剪强度测试方法能够快捷的计算出抗剪强度的数值，因此，本发明提供的方案能够提高测试效率以及精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例二提供的测试装置的部分结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的剖视图；

图4为实施例二提供的测试装置以及实施例一提供的试件的整体结构示意图；

图5为背景技术中利用作图法确定抗剪强度参数的莫尔圆包络线示意图；

图中：1、上压盘；2、试件；3、测距仪；4、固定板；5、支撑杆；6、转向器；7、外限位筒；8、下剪切环；9、激光；10、内限位筒；11、承台；12、数显屏；13、控制面板；14、液压加载系统；15、反力架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种沥青混合料抗剪强度测试试件、测试装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高测试效率以及精准度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图5为背景技术中利用作图法确定抗剪强度参数的莫尔圆包络线示意图；

实施例一

本实施例提供一种沥青混合料抗剪强度测试试件，包括：试件2整体呈柱形，试件2沿高度方向设置有贯通的直柱形孔，即直柱形孔的孔壁在一柱形面上。

本实施例提供的沥青混合料抗剪强度测试试件沿高度方向设置有贯通的直柱形孔，进行试验时，直柱形孔所在的柱形面位于上压盘1边沿所在的柱形面内，采用上述试件2进行剪切破坏时，因为其并非实心结构，大大降低了其抗压能力，避免因试件2的抗压强度过大而对抗剪强度的测量产生干扰，因此，本实施例提供的方案能够提高测试精准度。

进一步的，试件2的横截面呈圆环状，直柱形孔为圆柱形孔，试件2为圆环柱。

实施例二

本实施例提供了一种用于对实施例一所述的沥青混合料抗剪强度测试试件进行测试的测试装置，如图1~图4所示，包括：下剪切环8、上压盘1、测距仪3和压力机；上压盘1用于设置于试件2的顶面，直柱形孔所在的柱形面位于上压盘1边沿所在的柱形面内，下剪切环8用于设置于试件2的底面上并对试件2进行支撑，下剪切环8投影于第一水平面上的正投影呈环形，形成第一投影，上压盘1投影于第一水平面上的正投影为第二投影，第二投影位于第一投影所围合的区域内，且不与第一投影重叠；压力机用于驱动上压盘1沿垂直于第一水平面且朝向下剪切环8的方向匀速移动，测距仪3用于测量试件2顶面待测点处的变形量，待测点正投影于第一水平面上的投影点位于第一投影和第二投影之间，下剪切环8和上压盘1均为刚性板，优选为金属板，压力机用于记录上压盘1受到试件2的反作用力的最大值，压力机还能够记录压力机对上压盘所施加的最大加载力的数值，因为是匀速移动，所以最大加载力即为试件给予上压盘的最大反作用力，这就能够代表试件的抗剪强度。

进一步的，测试装置还包括外限位筒7和内限位筒10，外限位筒7套设于试件2外，内限位筒10内嵌于直柱形孔内，外限位筒7用于限制试件2向外移动，内限位筒10用于限制试件2向内移动，防止组成试件2的沥青混合料在试验时向内侧和外侧垮塌，影响其测量的准确度。

进一步的，内限位筒10与上压盘1固定连接。

进一步的，上压盘1为圆盘，下剪切环8为圆环盘。

进一步的，测距仪3为激光测距仪，设置有三个激光测距仪，三个激光测距仪分别用于测量试件2顶面上三个待测点处的变形量，三个待测点均位于第一圆周上，上压盘1的外边沿位于第二圆周上，下剪切环8的内边沿位于第三圆周上，第一圆周所在的柱形面位于第二圆周所在的柱形面和第三圆周所在的柱形面之间，现有的单轴测量剪力的设备均是利用机械位移传感器来进行检测点的位移测量，本申请利用激光测距仪来进行测量，通过激光测距仪来克服机械位移传感器具有的量程短、精度低、对测试过程水平度和稳定性要求高等缺点，具体的，激光测距仪没有量程的限制，因此可以适用于对破坏性抗剪试验中试件破坏产生的大位移进行测量；而机械式传感器由于测试量程的限制，在破坏性试验过程中往往出现位移已经达到传感器的最大值，但力还没有达到峰值。另外，在试验过程中，机械式传感器与试件的接触端往往由于被测试件的表面发生了倾斜而滑移，出现位移值的突变，而激光测距仪不与试件接触，也就不存在滑移现象，因此，激光测距仪工作稳定。

进一步的，压力机主要包括承台11、反力杆、反力架15、液压加载系统14以及数显屏12，压力机的主要功能是提供加载力和数据记录。

进一步的，每个激光测距仪均能够发射出的两束激光9，两束激光9均对准待测点，一束激光9为垂直于发射面，另一束激光9与发射面有一定角度，此角度随被测点的变化而改变，两激光束的交点即为被测点，通过两束激光9的相对高度来获取被测表面的位移信息，激光测距仪所检测的位移数据以及压力机的加载力数据将由数显屏12显示出来。

进一步的，激光测距仪设置于固定板4上，固定板4设置于转向器6上，转向器6设置于支撑杆5上，支撑杆5固定设置于外限位筒7的外壁上，转向器6用于调节激光测距仪的位置。

实施例三

本实施例提供了一种抗剪强度测试方法，包括：步骤一：制备如实施例一所述的试件2；

步骤二：利用如实施例二所述的测试装置来对试件2进行剪力试验，压力机驱动上压盘1向下移动，当应力值降至极值点的85%~95%时，停止加压，取压力机对上压盘1施加的加载力最大时为试件2的抗剪强度，其对应的位移为抗剪流值；

步骤三：按照下式计算沥青混合料的抗剪强度：

其中：

T为试验过程中的剪力的极值，kN；

A为受剪切区域的面积，mm

本实施例提供的抗剪强度测试方法通过破坏性试验记录上压盘1受到试件2的反作用力最大值和对应的位移值，提出沥青混合料的抗剪强度快速测试方法和评价指标。

进一步的，当试件2的横截面呈圆环状时； A采用如下公式进行计算：

为试件2中间柱形孔的直径；

为试验完毕后，试件2待测点沿着试件2轴向至试件2原底面所在平面之间的距离，/>

是试件2的抗剪流值，即为待测点对应的位移值，L为沥青混合料试件2的高度。

进一步的，压力机对上压盘1的加载速率为1mm/min，即每分钟向下推动下压盘移动1mm，且在推动上压盘1下移的同时实时记录其加载力，加载力即为上压盘1受到试件2的反作用力，因此，加载力最大时即试件2的抗剪强度。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。