[发明专利]沥青混合料圆柱体试件多轴加载试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试道路材料力学性能的技术领域，尤其是指一种沥青混合料圆柱体试件多轴加载试验装置及其试验方法。

背景技术

目前最新版的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中沥青混合料的试验方法主要包括：单轴压缩、单轴拉伸、小梁弯曲和劈裂试验等。试验过程中，沥青混合料试件处于单轴或双轴应力状态。而实际沥青路面中，沥青混合料处于多轴受力状态，承受压缩、拉伸、剪切的交互作用。因此，现有沥青混合料的试验装置与方法无法模拟实际沥青路面材料的多轴受力状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种沥青混合料圆柱体试件多轴加载试验装置及其试验方法，能模拟车轮荷载对实际路面材料的作用力，使得试件处于多轴受力状态，承受压缩、拉伸、剪切的交互作用。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其沥青混合料圆柱体试件多轴加载试验装置，包括有水平轴、水平加载板、水平导杆、水平加载油缸、橡胶轮胎、液压马达、铅垂方向加载装置以及机架，其中，所述水平轴的一端通过轴承联结在机架的第一端板上，其另一端通过轴承联结在水平加载板上，可自由转动；所述沥青混合料圆柱体试件固定在水平轴上，并可随水平轴转动，其轴线与水平轴的轴线在同一方向上；所述水平加载板滑动安装在固定于机架上的水平导杆上，可沿水平导杆做水平方向运动，并可由水平加载油缸对其加载，使其对水平轴上的沥青混合料圆柱体试件施加水平方向拉伸或压缩荷载；所述水平导杆的轴线与水平轴的轴线在同一方向上；所述橡胶轮胎设置在水平轴的上方，可接触水平轴上的沥青混合料圆柱体试件的外表面，由液压马达驱动通过摩擦力推动沥青混合料圆柱体试件随水平轴转动；所述铅垂方向加载装置设置在橡胶轮胎的上方，可对所述橡胶轮胎施加铅垂方向荷载，从而实现对水平轴上的沥青混合料圆柱体试件施加铅垂方向荷载。

所述机架包括有第一端板、第二端板、第三端板、顶板、底板，其中，所述第一端板、第二端板、第三端板竖直摆放，并在水平轴的轴线方向上依次间隔排开；所述第一端板和第二端板之间连接有顶板和底板，并组合形成有一容置空间，所述水平轴、橡胶轮胎、液压马达分别置于该容置空间内，且所述水平轴的一端通过轴承联结在第一端板上，其另一端穿过第二端板后通过轴承联结在竖直的水平加载板上；所述铅垂方向加载装置的下部穿过顶板来对橡胶轮胎施加铅垂方向荷载；所述第二端板和第三端板之间连接有上下对置的水平导杆，所述水平加载板滑动安装在该上下对置的水平导杆上，并由固定在第二端板和第三端板上的多个水平加载油缸对其加载。

所述沥青混合料圆柱体试件的直径D为100mm～200mm，其长度L为直径D的1.0～4.0倍。

所述橡胶轮胎的直径为沥青混合料圆柱体试件直径的0.5～4倍，轮胎压力为0.5～1.5MPa，胎面宽度为5～50mm。

所述沥青混合料圆柱体试件的两端分别通过抱箍固定在水平轴上。

所述橡胶轮胎为充气的橡胶轮胎。

所述水平加载板的两端通过采用水平限位套管滑动安装在上下对置的水平导杆上，以使其能在水平导杆上做水平方向运动。

所述第二端板上安装有供水平轴穿过的水平限位套管；所述顶板上安装有供铅垂方向加载装置下部穿过的铅垂方向限位套管。

所述沥青混合料圆柱体试件采用击实法、静压法或旋转压实法制作；或是采用在轮碾法制作的板块状试件中钻取的圆柱体试件；或是采用在路面中钻取圆柱体的芯样。

本发明所述沥青混合料圆柱体试件多轴加载试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)测定沥青混合料圆柱体试件所能承受的最大拉伸或压缩荷载，试验温度为0℃～30℃，采用与多轴加载试验相同直径和长度的沥青混合料圆柱体试件，测定其能承受的最大拉伸和压缩荷载M；

2)在水平轴上安装沥青混合料圆柱体试件，采用与步骤1)相同的试验温度，将试验室的环境温度控制在试验温度±0.1℃范围内，加载前，保温时间为90min～120min；

3)通过水平加载油缸对水平加载板加载，从而通过水平轴对沥青混合料圆柱体试件施加水平方向拉伸或压缩荷载Q，Q的取值为M的0.1～0.8倍；

4)通过铅垂方向加载装置在橡胶轮胎上施加铅垂方向荷载P，从而使施加的铅垂方向荷载P能够作用在沥青混合料圆柱体试件的中部，P的取值为Q的0.1～0.7倍；

5)启动液压马达，使橡胶轮胎随水平轴单向旋转，转速为1r/s～100r/s；