專利名稱：一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于路面工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種路面結(jié)構(gòu)層在反復(fù)荷載作用下的層間的 拉拔疲勞實驗裝置及測試方法，具體一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試 方法。
背景技術(shù)：
路面結(jié)構(gòu)是一種由不同材料組合而成的多層復(fù)合體系，由于材料差異使不同結(jié)構(gòu) 層之間的變形無法達到一致和協(xié)調(diào)，因此一般要求在結(jié)構(gòu)層之間鋪撒粘層油和透層油，希 望通過這種層間結(jié)合措施達到不同結(jié)構(gòu)層變形協(xié)調(diào)的目的。在行車荷載作用下，路面結(jié)構(gòu) 內(nèi)部尤其是層間結(jié)合部位容易較大的拉拔應(yīng)力和應(yīng)變，反復(fù)的拉拔應(yīng)力和應(yīng)變導(dǎo)致層間粘 結(jié)層由于疲勞而斷裂，路面結(jié)構(gòu)層隨之出現(xiàn)脫層，繼而出現(xiàn)裂縫、坑槽、推移甚至基層損壞 等病害，嚴重影響路面的正常使用性能以及使用壽命。目前國內(nèi)外對于路面結(jié)構(gòu)的層間拉拔疲勞尚無人進行研究，而對于結(jié)構(gòu)層層間的 拉拔疲勞試驗也無人涉及，同時現(xiàn)行規(guī)范對于層間拉拔疲勞沒有具體規(guī)定，這導(dǎo)致目前道 路結(jié)構(gòu)設(shè)計與實際使用嚴重不符，即路面結(jié)構(gòu)在實際使用過程中并沒有一直處于完全連續(xù) 狀態(tài)，那么如何能夠有效表征路面結(jié)構(gòu)層間拉拔疲勞特性是保證路面能夠正常使用而需要 解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試方法， 以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的有效表征路面結(jié)構(gòu)層間拉拔疲勞特性是保證路面能夠正常使用而 需要解決的問題，該方法可操作和重復(fù)性強，實驗結(jié)果穩(wěn)定，平行實驗結(jié)果離散型小。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于測試路面層間拉拔疲勞試 件的夾具，包括相互扣套的上組合件和下組合件，所述的上組合件為一對C形板對接組成 的矩形框，矩形框的下端面上開設(shè)有下通孔，矩形框內(nèi)側(cè)面上均設(shè)置有豎直的凸棱；所述下 組合件為一對相同的U形框連接形成的U形框，U形框的上端面中部上開設(shè)有上通孔，上通 孔和下通孔形狀相同且上通孔位于下通孔之上與其相對設(shè)置，上端面兩側(cè)開設(shè)有與凸棱相 互嵌套且能滑動配合的凹槽。上述的凸棱截面為三角形，凹槽為對應(yīng)的三角槽。上述的上通孔和下通孔為孔徑相同的方形孔。上述U形框的下部開口端設(shè)置有底座。使用上述夾具測試路面層間拉拔疲勞試件的測試方法通過以下步驟實現(xiàn)
(1)、首先根據(jù)層間粘結(jié)層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大??；
(2)、制作試件可采用靜壓法、錘擊法或旋轉(zhuǎn)壓實方法制成圓形或者矩形組合試件，也 可以利用現(xiàn)場鉆心取樣的試件；
(3)、將試件11、夾具在環(huán)境溫控箱中進行保溫；(4)、進行層間拉拔強度試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2)之間的孔 中，并將夾具與試件11用螺絲擰緊，通過凸棱將上組合件(1)和下組合件(2)位置擺放正 確，并放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結(jié)合 面處產(chǎn)生均勻分布的垂直拉應(yīng)力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件11破壞為止， 此時得到的荷載除以層間接觸面積，即可達到該條件下層間拉拔極限強度；
(5)、進行路面結(jié)構(gòu)層間拉拔疲勞試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2) 之間的孔中，并將夾具與試件用螺絲擰緊，通過凸棱將上部夾具和下部夾具位置擺放正確， 并放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結(jié)合面 處產(chǎn)生均勻分布的垂直拉應(yīng)力，施加荷載的大小根據(jù)直接拉拔強度試驗結(jié)果的0. Γ0. 9倍 范圍內(nèi)，實驗結(jié)束后，試件的層間結(jié)合部將會出現(xiàn)疲勞破壞，分析試驗過程中材料試驗機采 集的應(yīng)力或者應(yīng)變隨時間或者作用次數(shù)的變化數(shù)據(jù)，以此對層間拉拔疲勞進行分析。上述的步驟(3)中將試件以及夾具置于-15°c 20°C的環(huán)境箱中，保溫時間不少于 4個小時。上述的步驟(4)中通過傳力桿對試件進行加載，加載速率為lmm/min，直至試件破壞。上述的測試方法中通過凸棱將上下夾具組合在一起，并保證拉拔面與荷載方向垂直。本發(fā)明的此種結(jié)構(gòu)，夾具在試驗過程中能夠簡便、快速的反映出路面結(jié)構(gòu)層間的 拉拔疲勞情況，有利于試驗的正常進行，同時可以準確的反映出層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部粘結(jié)材料的 長期使用性能；通過上組合件和下組合件上下嵌套將試件固定在上通孔和下通孔上，并通 過傳力系統(tǒng)向試件下端施加豎向波形荷載，使粘結(jié)層出現(xiàn)均勻分布的拉應(yīng)力(應(yīng)變)，從而 得到試件疲勞拉拔應(yīng)力(應(yīng)變)與加載次數(shù)之間的關(guān)系，得到反映拉拔疲勞的特征參數(shù)。本發(fā)明的試驗方法具有以下優(yōu)點
1.試驗過程簡單，可操作和重復(fù)性強；
2.試驗測試結(jié)果穩(wěn)定，平行試驗結(jié)果離散型??；
3.實驗?zāi)軌蜉^好地模擬行車荷載反復(fù)作用下路面結(jié)構(gòu)層間的受力狀態(tài)；
4.本方法既能夠進行層間直接拉拔試驗，又能夠進行拉拔疲勞試驗，不需要添加任何 其他設(shè)備。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明上組合件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明下組合件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明受力示意圖； 圖5是本發(fā)明的實驗裝置圖。圖中1-上組合件，2-下組合件，3-C形板，4-上通孔，5-下通孔，6-凸棱，7-凹槽， 8-U形板，9-底座，10-螺絲，11-試件，12-傳力桿。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。參見圖1、圖2、圖3，包括相互扣套的上組合件1和下組合件2，所述的上組合件1為一對C形板3對接組成的矩形框，矩形框的下端面上開設(shè)有下通孔5，矩形框內(nèi)側(cè)面上均 設(shè)置有豎直的凸棱6 ；所述下組合件2為一對相同的U形框8連接形成的U形框，U形框的 上端面中部上開設(shè)有上通孔4，上通孔4和下通孔5形狀相同且上通孔4位于下通孔5之上 與其相對設(shè)置，上端面兩側(cè)開設(shè)有與凸棱6相互嵌套且能滑動配合的凹槽7。凸棱6截面 為三角形，凹槽7為對應(yīng)的三角槽。上通孔4和下通孔5為孔徑相同的方形孔。上組合件 1和下組合件2上下相互嵌套時，所述的下通孔5和上通孔4上下位于同一軸線上，所述的 凸棱6和凹槽7咬合在一起，可防止上組合件1和下組合件2在加載過程中產(chǎn)生橫向移動。 同時在下組合件2的U形板的開口端均設(shè)置有底座9。如圖4所示，本發(fā)明使用時，下組合件2的底座9部分通過四個螺絲10將其固定 在MTS (UTM)上，防止在加載過程中整個夾具發(fā)生橫向移動，然后把成型好的試件首先放入 下組合件2中，利用下組合件2的上通孔4將試件上部夾住，并通過側(cè)面的四個螺絲固定， 防止加載過程中試件與下組合件2產(chǎn)生豎向位移；再將能夠分開的上組合件1的兩C形板 3前后套在下組合件2中，如圖2所示，確保上組合件1內(nèi)側(cè)的凸棱6能夠與上組合件1前 后外側(cè)的凹槽7咬合，同時上組合件1底部下通孔5必須夾住試件下部，通過側(cè)面的四個螺 絲固定；整個安裝過程準備完畢后，利用MTS (UTM)在上組合件1上部施加豎向波形荷載， 此時在試件上表現(xiàn)為拉拔力即可進行拉拔疲勞試驗。本發(fā)明屬于路面結(jié)構(gòu)層專用拉拔疲勞夾具，通過上組合件1和下組合件2將試件 卡在夾具的上通孔4和下通孔5中，試件粘結(jié)層與加載方向垂直，在組合件頂端表面施加豎 向荷載時，試件粘結(jié)層內(nèi)部的力學(xué)狀態(tài)表現(xiàn)為拉拔力，能夠真實的反映路面結(jié)構(gòu)層的受力 情況。本發(fā)明的測試方法通過以下步驟實現(xiàn)
(1)、首先根據(jù)層間粘結(jié)層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大??；
(2)、制作試件可采用靜壓法、錘擊法或旋轉(zhuǎn)壓實方法制成圓形或者矩形組合試件，也 可以利用現(xiàn)場鉆心取樣的試件；
(3)、將試件11、夾具在環(huán)境溫控箱中進行保溫；
(4)、進行層間拉拔強度試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2)之間的孔 中，并將夾具與試件11用螺絲擰緊，通過凸棱將上組合件(1)和下組合件(2)位置擺放正 確，并放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結(jié)合 面處產(chǎn)生均勻分布的垂直拉應(yīng)力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件11破壞為止， 此時得到的荷載除以層間接觸面積，即可達到該條件下層間拉拔極限強度；
(5)、進行路面結(jié)構(gòu)層間拉拔疲勞試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2) 之間的孔中，并將夾具與試件用螺絲擰緊，通過凸棱將上部夾具和下部夾具位置擺放正確， 并放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結(jié)合面 處產(chǎn)生均勻分布的垂直拉應(yīng)力，施加荷載的大小根據(jù)直接拉拔強度試驗結(jié)果的0. Γ0. 9倍 范圍內(nèi)，實驗結(jié)束后，試件的層間結(jié)合部將會出現(xiàn)疲勞破壞，分析試驗過程中材料試驗機采 集的應(yīng)力或者應(yīng)變隨時間或者作用次數(shù)的變化數(shù)據(jù)，以此對層間拉拔疲勞進行分析。步驟(3)中將試件以及夾具置于_15°C 20°C的環(huán)境箱中，保溫時間不少于4個小時。步驟(4)中通過傳力桿對試件進行加載，加載速率為lmm/min，直至試件破壞。測試方法中通過凸棱將上下夾具組合在一起，并保證拉拔面與荷載方向垂直。
實施例
1.采用旋轉(zhuǎn)壓實方法制作直徑為150mm的浙青混合料大馬歇爾試件，同時采用擊實方 法制作直徑為150mm的水泥穩(wěn)定碎石試件。在水泥穩(wěn)定碎石表面涂刷透層油及封層材料， 之后將浙青混合料大馬歇爾試件放置在涂刷透層油的水泥穩(wěn)定碎石試件之上，并采用壓力 機進行靜壓成型。將試件靜置12小時以上，方可進行下一步實驗操作。同一組試樣個數(shù)不 少于3個。2.將試件、拉拔疲勞用的夾具放置在25°C環(huán)境箱中，保溫時間不少于6小時。3.將試件放入拉拔疲勞夾具當中。應(yīng)確保試件的受拉面與加載面垂直。4.進行層間拉拔強度試驗。通過上部夾具對試件進行加載，加載速率 為lmm/min，直至之間破壞為止。試驗結(jié)束后，將得到如圖3所示的荷載-變形關(guān)系 曲線，試件的破壞荷載可以取極限荷載的80%。由此得出試件的層間拉拔強度為=0.9S (￡)，其中P為試件的破壞荷載，A為試件的橫截面積。為了保證實驗結(jié)果的準確
性，進行了 3次平行試驗，試驗結(jié)果見表1。本試驗采用直徑為150mm的圓柱形芯樣，其中浙 青混凝土試件高100mm，水泥穩(wěn)定碎石試件高100mm，層間粘結(jié)材料為改性乳化浙青。表1路面結(jié)構(gòu)層間拉拔強度
權(quán)利要求
1.一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，包括相互扣套的上組合件(1)和下組 合件(2)，所述的上組合件(1)為一對C形板(3)對接組成的矩形框，矩形框的下端面上開設(shè) 有下通孔(5)，矩形框內(nèi)側(cè)面上均設(shè)置有豎直的凸棱(6);所述下組合件(2)為一對相同的U 形框(8)連接形成的U形框，U形框的上端面中部上開設(shè)有上通孔(4)，上通孔(4)和下通孔 (5)形狀相同且上通孔(4)位于下通孔5之上與其相對設(shè)置，上端面兩側(cè)開設(shè)有與凸棱(6) 相互嵌套且能滑動配合的凹槽(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，其特征在于 所述的凸棱(6)截面為三角形，凹槽(7)為對應(yīng)的三角槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，其特征在 于所述的上通孔(4)和下通孔(5 )為孔徑相同的方形孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，其特征在于 所述U形框(8)的下部開口端設(shè)置有底座(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的測試方法通過以下步驟實現(xiàn)(1)、首先根據(jù)層間粘結(jié)層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大??；(2)、制作試件可采用靜壓法、錘擊法或旋轉(zhuǎn)壓實方法制成圓形或者矩形組合試件，也 可以利用現(xiàn)場鉆心取樣的試件；(3)、將試件(11)、夾具在環(huán)境溫控箱中進行保溫；(4)、進行層間拉拔強度試驗將試件(11)放置在上組合件(1)和下組合件(2)之間的 孔中，并將夾具與試件(11)用螺絲擰緊，通過凸棱(6)將上組合件(1)和下組合件(2)位置 擺放正確，并放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿(12)將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對 層間結(jié)合面處產(chǎn)生均勻分布的垂直拉應(yīng)力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件(11) 破壞為止，此時得到的荷載除以層間接觸面積，即可達到該條件下層間拉拔極限強度；(5)、進行路面結(jié)構(gòu)層間拉拔疲勞試驗將試件(11)放置在上組合件(1)和下組合件 (2)之間的孔中，并將夾具與試件用螺絲擰緊，通過凸棱將上部夾具和下部夾具位置擺放 正確，并放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿(12)將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層 間結(jié)合面處產(chǎn)生均勻分布的垂直拉應(yīng)力，施加荷載的大小根據(jù)直接拉拔強度試驗結(jié)果的 0.廣0.9倍范圍內(nèi)，實驗結(jié)束后，試件的層間結(jié)合部將會出現(xiàn)疲勞破壞，分析試驗過程中材 料試驗機采集的應(yīng)力或者應(yīng)變隨時間或者作用次數(shù)的變化數(shù)據(jù)，以此對層間拉拔疲勞進行 分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的步驟(3)中將試件以及夾具置于_15°C 20°C的環(huán)境箱中，保溫時間不少 于4個小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的步驟(4)中通過傳力桿對試件進行加載，加載速率為lmm/min，直至試件 破壞。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的測試方法中通過凸棱將上下夾具組合在一起，并保證拉拔面與荷載方向垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試方法。目前國內(nèi)外對于路面結(jié)構(gòu)的層間拉拔疲勞尚無人進行研究。本發(fā)明包括相互扣套的上組合件和下組合件，上組合件為一對C形板對接組成的矩形框，矩形框的下端面上開設(shè)有下通孔，矩形框內(nèi)側(cè)面上均設(shè)置有豎直的凸棱；下組合件為一對相同的U形框連接形成的U形框，U形框的上端面中部上開設(shè)有上通孔，上通孔和下通孔形狀相同且上通孔位于下通孔之上與其相對設(shè)置，上端面兩側(cè)開設(shè)有與凸棱相互嵌套且能滑動配合的凹槽。本發(fā)明通過上組合件和下組合件將試件固定后向試件下端施加豎向波形荷載，使粘結(jié)層出現(xiàn)均勻分布的拉應(yīng)力，由試件疲勞拉拔應(yīng)力與加載次數(shù)得到反映拉拔疲勞的特征參數(shù)。
文檔編號G01N3/04GK102128745SQ20101061496
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者李剛, 王爭軍, 陳團結(jié) 申請人:中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司