一、背景与目的
疲劳损害是沥青混凝土路面主要的破坏形式之一,四点弯曲疲劳实验作为沥青混合料疲劳性能研究的标准试验,其实验精度和稳定性至关重要。我们采用IPC四点弯曲疲劳试验机。
二、试验准备
2.1试件准备:本次实验采用AC-20 型7%岩沥青改性沥青混合料,成型采用500x500x100mm特制大型轮碾成型机成型,采用高精度切割机制作50x63.5x380mm的梁形试件。
2.2试件尺寸测量:本次实验共制作6个试件,用游标卡尺测量试件的宽度和厚度,所有试件加工精度在5mm以内,任何测量值与平均值相差不大于1.5mm,符合规范要求(图1)。
图1本次实验混合料试件
2.2 试件体积参数:
试件表面孔隙率较大,经调查得知成型时大约有5-10%的混合料没有压入车辙板,故实际孔隙率比计算值偏大5-10%,我们把本次试件和孔隙率正常的试件做了对比(图2)。沥青混合料疲劳和弯曲性能较大程度上依赖于混合料的实际压实水平,而且疲劳试验的结果本身的离散性就比较大,异常的孔隙率将无法得到理想的实验结果,此次试验只能简单对比不同设备所测得的疲劳曲线趋势,无法进行更进一步的精确分析。
图2 和标准试件对比
三、试验设备
本次实验设备采用IPC气动独立式四点弯曲疲劳试验机。可根据实验要求输出不同频率、不同振幅的偏正弦加载波形。并保证每次加载循环结束时,使试件回到原点。试件夹持系统采用三等分间距布设夹头,夹头中心间距119mm,梁跨距为357mm,各种试验参数均符合规范要求。
图3,实验选用设备
四、实验步骤
图4.IPC试验机实际测试
4.1试件养生:发现该试验机温控箱有问题,只能在空气中进行试验,试验温度19℃。
4.2实验参数选择:采用偏正弦加载模式,200微应变,10HZ频率,弯曲劲度模量下降到初始弯曲劲度模量的50%为实验终止条件。
4.3开始实验:为保持试验机数据稳定可靠,以100循环为初始弯曲劲度模量,整个实验过程应变控制准确,应力跳动较大,验证了孔隙率过大的推测。
4.4报告:
a.沥青混合料类型 、集料公称大粒径 、沥青含量 、集料来源 、沥青品种 、沥青混合料板块试件的制作日期 、孔隙率 。
b.实验条件参数:采用偏正弦加载模式,目标拉应变200微应变,加载频率10HZ,失效条件为弯曲劲度模量下降到初始弯曲劲度模量的50%,试验温度19℃。
c.实验曲线
d.实验结果:(每个实验至少3次平行试验,应计算标准差,舍弃离散性大的试件)
(1)初始进度模量5702.1Mpa,同批试件初始模量相差很大。因为本次试验的合作单位实验任务繁重,等待了数周时间才有机会做测试。试件在运输及存放过程中可能受到了较大扰动,所以初始模量发生很大下降。以后实验要尽量避免试件的扰动。
(2)因为时间关系也没有做完整个试验,但获得了200000以上的数据样本,可以比较有效的拟合曲线得到回归方程y = -638.4ln(x) + 5632.1,拟合度R² = 0.9914。可估计破坏循环数约为77万次。
五、数据分析
记录了200000循环数据。因为数据量的增加,拟合程度比较理想,达到了R² = 0.9914,基本可以比较准确的预估弯曲劲度模量的发展。根据回归方程y = -638.4ln(x) + 5632.1可估计破坏循环数约为77万次。