路面材料直接拉伸试验试件、模具、试验夹具及试验方法

技术领域

本发明涉及工程检测试验技术领域，特别是涉及路面材料直接拉 伸试验试件、模具、试验夹具及试验方法。

技术背景

直接拉伸试验是获取路面材料抗拉性能最直接、最有效的方法， 但目前路面材料还没有规范的直接拉伸试验方法和装置。针对沥青混 合料直接拉伸试验，有学者采用环氧树脂将拉头粘结在小梁试件的两 端，对拉头施加一定荷载，测得试件的抗拉强度；国外有研究者将 MTS试验机与Haas试验系统相结合，测试“八字”形状试件的抗拉强 度；国内也有不少研究人员针对直接拉伸试验容易产生偏心的缺点对 小梁直接拉伸试验作了进一步改进，利用环氧树脂把试件粘结在拉头 上，用球形铰接装置连接拉头和试验仪器，防止试验过程中出现偏心。 水泥稳定碎石材料的抗拉性能一般通过劈裂或弯曲等间接拉伸试验 获取，虽然间接拉伸试验有试验规程，操作简单，但严格来说不是水 泥稳定碎石直接拉伸性能的真实表征。

对于沥青混合料直接拉伸试验采用环氧树脂将试件两端与拉头 粘结在一起，该方法程序复杂，工作量大，试验结束后不易清除拉头 上的环氧树脂，且粘结剂易污染环境，对人体健康也有一定的危害， 总之，该方法费力费时且不环保。沥青混合料“八字”形状试件直接拉 伸试验，虽然解决了环氧树脂粘结法的程序复杂，效率低及环境污染 问题，但是该方法在加载时容易在试件的变截面处产生应力集中，导 致试件破坏于变截面处，试验成功率低。

因此，有必要开发出一种结构合理、操作便捷且能准确测试路面 材料的试件形式、成型模具和试验夹具，便于在试验机上进行直接拉 伸试验。

发明内容

本发明为解决现有路面材料直接拉伸试验的不足，提供一种结构 合理、操作便捷，环保高效、测试精准的沥青混合料直接拉伸试验试 件、试件成型模具和试验夹具，以及水泥稳定碎石直接拉伸试验试件、 试件成型模具和试验夹具。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明为一种路面材料直接拉伸试验试件，所述拉伸试验试件由 上至下依次为上夹持段、上过渡段、拉伸段、下过渡段和下夹持段； 其中，所述拉伸试验试件的各截面的厚度相等，截面宽度从所述拉伸 段到所述上夹持段和所述下夹持段逐渐增大；上过渡段两侧面设置为 圆弧，弧面与预定破坏段的两侧面平滑过渡，下过渡段两侧面设置为 圆弧，弧面与预定破坏段的两侧面平滑过渡。

优选的，所述拉伸试验试件为哑铃型各截面等厚度的拉伸试件。

本发明还提供一种用于制备上述路面材料直接拉伸试验试件的 成型模具，所述成型模具包括模具腔体，一对轮碾成型板块、内嵌条 和内嵌块，一对所述轮碾成型板块上分别设有用于安装所述内嵌条和 内嵌块的限位槽与限位腔；其中，所述模具腔体的形状与所述拉伸试 验试件的形状一致。

优选的，所述模具腔体为2个连续的布置，所述限位槽设置于所 述模具腔体之间，所述限位腔设置于所述模具腔体的两侧。

优选的，所述内嵌条的形状为长方体薄板，嵌于2个所述模具腔 体的中部；所述内嵌块的形状与所述拉伸试验试件的一侧面的上过渡 段、拉伸段和下过渡段所围成的闭合曲线形状一致。

本发明还提供一种用于试验拉伸上述路面材料直接拉伸试验试 件的夹具，所述夹具包括上部夹具和下部夹具，其中所述上部夹具、 所述下部夹具分别安装于所述试验机中；所述拉伸试验试件夹持于所 述上部夹具和下部夹具之间。

优选的，所述上部夹具包括上标尺梁、一对上夹持板与球铰连接 杆，一对所述上夹持板滑动连接于所述上标尺梁，所述球铰连接杆的 一端螺接于所述上标尺梁的中部。

优选的，所述上标尺梁的表面周缘设有上空心环道，一对所述上 夹持板滑动连接于所述上空心环道。

优选的，所述下部夹具包括下标尺梁，以及滑动连接于所述下标 尺梁的一对下夹持板。

优选的，所述下标尺梁的表面周缘设有下空心环道，一对所述下 夹持板滑动连接于所述下空心环道。

优选的，设有上定位螺钉，一对所述上夹持板上分别设有与所述 上定位螺钉螺接的上定位孔；夹持时，所述上定位螺钉与所述上标尺 梁紧密抵接。

优选的，所述球铰连接杆的另一端与所述试验机连接。

优选的，所述下标尺梁通过螺钉与所述试验机连接。

本发明再提供一种利用上述路面材料直接拉伸试件的夹具的试 验方法，所述方法包括以下步骤：

S1、试验前将所述下部夹具的下标尺梁通过螺丝与试验机连接， 然后装上一对下夹持板，通过螺帽将下夹持板固定于下标尺梁上的某 一位置上；

S2、将上部夹具的球铰连接杆连接到试验机上，通过螺丝将上 标尺梁与球铰连接杆连接，再装上一对上夹持板，通过螺帽将上夹持 板固定于上标尺梁上的某一位置；

S3、将制备好的所述路面材料直接拉伸试件装于上部夹具和下 部夹具之间，并通过微调试验机，使得上述试件与上部夹具、下部夹 具位置对应；若返现上述试件的位置并不居中，可调节上夹持板或下 夹持板的位置，使杉树试件处于拉伸的正中位置；

S4、启动试验机，开始试验，直至上述试件被拉断，然后分别 松开上夹持板、下夹持板，取出拉断试件，保存数据；

S5、取第二个试件，安装步骤1-4进行安装，并进行重复试验， 直至测试完所有上述试件。

本发明的有益效果在于：

1、采用等厚度哑铃型试件无需胶粘，可降低试验操作的复杂性， 提高效率；试件过渡段采用圆弧设计可消除试件变截面处的应力集中， 保证应力均匀传递，控制试件破坏面基本处于试件中部，提高试验的 成功率。

2、沥青混合料试件成型模具不仅可以确保试件的构型和尺寸精 度，而且该成型模具基于车辙试件模具进行设计，试件成型仪器直接 采用轮碾成型机，方便快捷。

3、水泥稳定碎石试件成型模具可确保试件的构型和尺寸精度， 且拆装方便，工作效率高。

4、路面材料直接拉伸试验夹具可调节大小，便于试件的装卸， 提高试验效率，且该模具通用于沥青混合料直接拉伸试验试件和水泥 稳定碎石直接拉伸试验试件，应用范围广，节约成本；另外，连接杆 的球铰设计可使连接杆在一定范围内自由转动，以消除试件受拉时的 偏心。

附图说明

图1是沥青混合料直接拉伸试验试件的结构示意图；

图2是沥青混合料直接拉伸试验试件成型模具的装配图；

图3是沥青混合料直接拉伸试验试件成型模具底板上限位槽示 意图；

图4是路面材料直接拉伸试验上部夹具结构示意图；

图5是路面材料直接拉伸试验下部夹具结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的哑铃型各截面等厚度的沥青混合料抗拉试 件可分为三个特征段：夹持段A1(按图1方位处于上部的夹持段A1为 上夹持段、处于下部的为下夹持段)、过渡段A2(按图1方位处于上部 的过渡段A1为上过渡段、处于下部的为下过渡段)和拉伸段A3。拉伸 段A3的宽度为L，长度为2.7L，过渡段A2圆弧的曲率半径为1.7L，夹 持段A1的长度为0.79L。试件各位置处的截面厚度相等，厚度均等于 0.79L，截面宽度由拉伸段A3的L逐渐增大到到夹持段A1的2.3L。过 渡段端面设置为圆弧，与拉伸段平滑连接，消除了夹持段与拉伸段之 间变截面处的应力集中。拉伸段A3的横截面最小，试验时该段的应 力最大，增加了试件在拉伸段破坏的概率。

如图2、图3所示，本发明为一种沥青混合料直接拉伸试验试件 的成型模具，设有模具腔体B4，所述成型模具包括一对轮碾成型板 块B1、内嵌条B3和内嵌块B2，一对所述轮碾成型板块B1上分别 设有用于安装所述内嵌条B3和内嵌块B2的限位槽B3'与限位腔B2'。

如图2、图3所示，所述模具腔体B4为2个连续的布置，所述 限位槽B3'设置于所述模具腔体B4之间，所述限位腔B2'设置于所述 模具腔体B4的两侧。

优选的，所述内嵌条的形状为长方体薄板，嵌于2个所述模具腔 体的中部；所述内嵌块的形状与所述拉伸试验试件的一侧面的上过渡 段、拉伸段和下过渡段所围成的闭合曲线形状一致。

进一步的，限位槽与限位腔的深度为3mm，以便固定内嵌块和 内嵌条而不发生滑动。

如图4、图5所示，本发明为一种哑铃型路面材料直接拉伸试件 的夹具，具有哑铃型的路面材料直接拉伸试件，以及用于拉伸所述路 面材料直接拉伸试件的试验机，包括上部夹具C和下部夹具C，其 中所述上部夹具C、所述下部夹具D分别安装于所述试验机中；所述路面材料直接拉伸试件夹持于所述上部夹具C和下部夹具D之间。

进一步的，如图4所示，所述上部夹具C包括上标尺梁C1、一 对上夹持板C2与球铰连接杆C3，一对所述上夹持板C2滑动连接于 所述上标尺梁C1，所述球铰连接杆AC3的一端螺接于所述上标尺梁 C1的中部。

更进一步的，所述上标尺梁的表面周缘设有上空心环道，一对所 述上夹持板滑动连接于所述上空心环道。

进一步的，如图4所示，所述下部夹具D包括下标尺梁D1，以 及滑动连接于所述下标尺梁D的一对下夹持板D2。

优选的，所述下标尺梁的表面周缘设有下空心环道，一对所述下 夹持板滑动连接于所述下空心环道。

为了实现将对上夹持板、下夹持板固定在上标尺梁和下标尺梁中， 本发明设有上定位螺钉，一对所述上夹持板上分别设有与所述上定位 螺钉螺接的上定位孔；夹持时，所述上定位螺钉与所述上标尺梁紧密 抵接。同理，可以设置下定位螺钉用于与一对下夹持板固定。

优选的，所述球铰连接杆的另一端与所述试验机连接。

优选的，所述下标尺梁通过螺钉与所述试验机连接。

优选的，所述上标尺梁、所述下标尺梁的表面分别设有刻度，使 所述上夹持板、所述下夹持板可以精确调整夹持的位置，让所述路面 材料直接拉伸试件始终保持在所述上标尺梁和所述下标尺梁的中部， 保证试验的准确性。

优选的，本发明中的球铰连接杆是连接于上部夹具的标尺梁和试 验机之间，且球铰连接杆在一定范围内可自由转动，从而消除路面材 料直接拉伸试件被拉伸时的偏心。

需要指出的是，本发明除了沥青材料外，也同样适用于水泥稳定 碎石直接拉伸试验试件，其制备模具、试件形状、试验夹具与试验方 法与本发明所陈述的基本一致；可以预见的，根据本领域技术常规技 术人员依据实际的条件所作出的变更同样属于本发明的保护范围之 内。

试验例

本实施例以沥青混合料为例，说明沥青混合料直接拉伸试验强度 测试方法实施方式，需要指出的是，该实施例仅仅用于进一步解释本 发明，但不代表对材料的限制。

1、沥青混合料类型为SBS改性沥青混合料，级配选取AC-13， 通过马歇尔试验确定最佳油石比为5.2％；

2、将配制好的沥青混合料装入设计的成型模具中，采用液压式 车辙试样成型机碾压成型，在室温下冷却至少12小时后脱模，试件 尺寸为长×宽(夹持段)×高为400mm×145mm×50mm；

3、将沥青混合料直接拉伸试验上下夹具分别连接到MTS万能 材料试验机上，先将两夹持板的距离调大，然后装上试件，通过调节 两个夹持板，使其正好与试件贴合；

4、调整好试验条件和参数，开始试验，并记录试验结果；

5、试件破坏后，调松夹持板取出试件，然后装入下一个试件， 重复上述步骤继续下一个试验，直到测试完毕。

为了突出本发明的优越性，同时开展了采用环氧树脂胶粘的沥青 混合料直接拉伸试验，试验结果如表1所示。

表1沥青混合料直接拉伸强度试验结果

环氧树脂胶粘法在粘结完试件与拉头后，需养生一天，这个过程 中沥青混合料试件势必会产生蠕变，对试验结果产生一定的影响，且 一组拉头对应一个试件，一次需准备多组拉头，在进行下一次试验时， 还需清除拉头上的环氧树脂胶，费时费力。与环氧树脂胶粘法相比， 本发明的沥青混合料直接拉伸试验法操作简单，方便高效，节约成本。

从试验结果可以看出，本发明的沥青混合料直接拉伸试验法得到 的强度的变异系数比环氧树脂胶粘法的小，环氧树脂胶粘法得到的拉 伸强度的变异系数是本发明试验法的2倍左右，本发明的沥青混合料 直接拉伸试验有效消除了试件变截面处的应力集中，消除了偏心应力， 控制了试件破坏面基本处于试件中部，使测试结果更精确。

本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请， 任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可 能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界 定的范围为准。