[发明专利]一种判断沥青疲劳裂纹萌生、扩展及断裂失效的识别方法

说明书

本发明公开了一种判断沥青疲劳裂纹萌生、扩展及断裂失效的识别方法。本发明是使用动态剪切流变仪对沥青试样进行扫描试验，采集扭矩T和偏转角数据，依次获得沥青的疲劳裂纹长度a以及沥青疲劳裂纹增长过程中的能量释放率G，最后根据沥青疲劳裂纹长度a随循环加载次数N的演化关系计算判别疲劳裂纹萌生过程和扩展过程的分界点，并将能量释放率G的峰值点作为沥青疲劳失效的临界点。本发明系统解决了目前沥青在动态剪切疲劳载荷作用下不同疲劳阶段的划分及疲劳失效临界点的判定问题，能够精细化研判沥青材料的疲劳过程及行为特性。

技术领域

本发明具体涉及一种判断沥青疲劳裂纹萌生、扩展及断裂失效的识别方法。

背景技术

在行车载荷的反复作用下，沥青路面会不可避免地出现疲劳开裂，疲劳裂缝的存在严重影响沥青路面的服役年限和驾驶舒适度，而沥青路面的抗疲劳开裂能力很大程度上受到沥青材料疲劳性能的制约，因此需要深入理解沥青材料内部微观缺陷的发展和演化过程，从而科学地对不同沥青材料的抗疲劳性能进行评价和区分。现有的沥青材料疲劳性能表征方法将各类微观缺陷对疲劳强度或寿命的综合影响通过“疲劳方程”或“损伤变量”等手段进行宏观整理分析，并未涉及沥青材料疲劳与断裂的力学机理及裂纹形核过程，从而导致对疲劳断裂过程缺乏精细化的认知与表征。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种判断沥青疲劳裂纹萌生、扩展及断裂失效的识别方法。本发明是是对沥青进行扫描试验(疲劳试验)过程中疲劳裂纹的萌生和扩展阶段加以区分，识别和判断材料发生疲劳失效的临界点，从而定量比较不同沥青材料在动态剪切荷载作用下的裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。

本发明的具体识别方法包括以下步骤：

(1)使用动态剪切流变仪对沥青试样进行扫描试验，采集扭矩T和偏转角数据；

(2)根据采集的扭矩T和偏转角数据按照公式(1)计算沥青的疲劳裂纹长度a，

其中，T为扭矩；偏转角；r₀为试样初始半径，4mm；h为试样高度，2mm；

(3)按照公式(2)进一步计算沥青疲劳裂纹增长过程中的能量释放率G，

其中，|G*|为动态剪切模量；e为自然对数的底数；c为裂尖塑性区修正系数；

(4)根据沥青疲劳裂纹长度a随循环加载次数N的演化关系计算判别疲劳裂纹萌生过程和扩展过程的分界点，并将能量释放率G的峰值点作为沥青疲劳失效的临界点。

优选的，本发明所述扫描试验为应变控制型时间扫描试验(传统疲劳试验)或线性振幅扫描试验(加速疲劳试验)。

进一步优选的，所述应变控制型时间扫描试验是使用动态剪切流变仪对平行板沥青试样进行应变控制型时间扫描试验，平行板直径为8毫米，平行板间隙为2毫米；应变水平为1％-10％，试验加载频率固定为10Hz，试验温度为20℃，当沥青试样的动态剪切模量衰减至初始值的10％时停止试验，每组样品做两次平行试验。

进一步优选的，所述线性振幅扫描试验是使用动态剪切流变仪对平行板沥青试样进行线性振幅扫描试验，平行板直径为8毫米，平行板间隙为2毫米，动态应变振幅的扫描范围从0.1％线性增长至30％，试验加载频率固定为10Hz，试验温度为20℃，扫描时间设计为5分钟、10分钟或15分钟。

优选的，当采用线性振幅扫描试验时，步骤(4)是根据公式(3)获得裂纹扩展速率da/dN，根据沥青裂纹扩展速率da/dN随能量释放率G的演化关系计算判别裂纹萌生过程和扩展过程的分界点，并将能量释放率G的峰值点作为沥青疲劳失效的临界点