一种再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度评价方法

摘要

本发明属于道路工程领域，公开了一种再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度评价方法。本发明包括试件制备，即从成型的再生骨料沥青复合材料中切取半圆柱形试件；试件加载，即在设定温度环境下对试件施加固定速率的竖向荷载；数据采集，即采集试件从开始加载至完全断裂过程的时间序列图片；数据处理，即对时间序列图片进行处理，导出相邻两张图片的裂缝位移和速度；裂缝发展速度计算，即通过公式按照观察点水平位移

说明书

技术领域

本发明专利属于道路工程领域，具体涉及一种再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度评价方法。

背景技术

建筑垃圾经过特定加工工艺得到的再生骨料，可用于制备沥青复合材料，适用于铺筑不同层位、不同等级路面，是促进建筑垃圾高效利用、降低天然沙石开采量的重要途径。

再生骨料本身缺陷以及取代率都会对沥青复合材料的使用性能、裂缝扩展中的力学行为有着明显的影响。目前国内外对再生骨料沥青复合材料的制备与性能等方面展开了不少相关的研究，但性能测试结果差异性较大，对再生骨料沥青复合材料力学性能研究较少，且目前的性能试验研究均没有涉及再生骨料在沥青复合材料裂缝扩展行为的影响。再生骨料在沥青复合材料裂缝扩展中的具体行为，是对其强化的前提，也是提高其利用率的基础。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度评价方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度评价方法，包括：

步骤1、从压实成型的再生骨料沥青复合材料中切取标准试件；

步骤2、在设定温度环境下对上述标准试件施加固定速率的纵向位移；

步骤3、采集标准试件从开始加载至完全断裂过程的裂缝时间序列图片；

步骤4、对上述时间序列图片进行处理，导出相邻两张图片的裂缝位移和速度；

步骤5、按照裂缝起裂点发展速度-时间曲线的第一阶段、第二阶段计算裂缝发展速度。

进一步地，步骤1中，压实成型的再生骨料沥青复合材料为直径100～150mm，高度60～170mm，空隙率控制在4～7％的圆柱体形再生骨料沥青复合材料；切取标准试件时，将圆柱体形再生骨料沥青复合材料沿中心轴线纵向切开形成的半圆柱体切片作为标准试件，标准试件侧面中央预留与底面平行的10～20mm深的切缝。

进一步地，步骤2中，设置25～60℃的温度环境，使用压力机对标准试件施加固定速率的纵向位移，加载时标准试件为三点受力模式，加载至标准试件完全破坏为止。

进一步地，步骤3中，采集标准试件从开始加载至完全断裂过程的裂缝时间序列图片，包括：拍摄前对标准试件侧面(切缝所在面)打磨平整，通过高速摄像机记录裂纹尖端扩展过程中标准试件表面散斑变形，提取沥青复合材料动态断裂特征参数，数据导出前将拍摄的视频通过视频编辑软件进行剪辑并导出成裂缝时间序列图片，保证1s视频至少导出25帧图片。

进一步地，步骤4中，对裂缝时间序列图片进行处理，应在序列图片两侧分别选择一个起始点，同时选择固定间隔的图片进行处理，相邻图片间的时间间隔不小于0.2s，最后选择观察点并导出位移-时间数据。

进一步地，步骤4中，导出相邻两张图片的裂缝位移和速度，并对其求导得到裂缝一侧起裂点水平位移速度-时间曲线。

进一步地，步骤5中，按照裂缝起裂点发展速度-时间曲线的第一阶段、第二阶段计算裂缝发展速度，裂缝发展速度V由公式1计算得到。

式中：V为再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度；

L为T时刻的观察点水平位移；

T为正式开始断裂至目标断裂点的总时间，应保证T

T

T

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明充分考虑了再生骨料对沥青复合材料抗裂性能的影响，通过裂缝发展速度V建立起再生骨料取代率与裂缝扩展行为的联系。获得的数据准确，处理效率高，操作简便，对于不同级配的再生骨料沥青复合材料有较好的区分度。

附图说明

图1为本发明中再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度评价方法的主流程图。

图2为标准试样形貌(a)及三点受力时加载(b和c)示意图。

图3为右侧起裂点水平位移散斑示意图。

图4为右侧起裂点水平位移-时间曲线示意图，(a)为0％再生骨料取代率，(b)17％再生骨料取代率，(c)37％再生骨料取代率。

图5为右侧起裂点水平位移速度-时间曲线示意图，(a)为0％再生骨料取代率，(b)17％再生骨料取代率，(c)37％再生骨料取代率。

具体实施方式

下面结合实施例及附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本发明以JTGE-20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，对含再生骨料的沥青混合料裂缝扩展行为进行评价。该方法提出在设定温度环境下对标准试件施加固定速率的竖向位移，对高速摄像机记录的图片进行处理，分析计算并导出位移和速率参数，从而得到裂缝发展速度。该评价方法可以量化表征含有再生骨料的沥青复合材料的抗裂性能，对其级配设计起到指导作用。

本发明的思路是在设定温度环境下对标准试件施加固定速率的纵向位移，对高速摄像机记录的图片进行处理，分析计算并导出位移和速率参数，从而得到裂缝发展速度。

如图1所示，本发明中再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度评价方法，主要包括以下步骤：

(1)试件制备：从压实成型的再生骨料沥青复合材料中切取标准试件。

压实成型的再生骨料沥青复合材料是指直径100～150mm，高度60～170mm，空隙率控制在4～7％左右的圆柱形再生骨料沥青复合材料，将圆柱形再生骨料沥青复合材料从中心轴线一分为二，得到的半圆柱体切片作为标准试件，半圆柱体切片即标准试件侧面中央预留深度 10～20mm的与试件底面平行的切缝，如图2a。

(2)试件加载：在设定温度环境下对试件施加固定速率的竖向位移。

所述试件加载的过程中，设置25～60℃的温度环境，使用压力机对试件施加固定速率的纵向位移，加载时试件为三点受力模式，如图2b和图2c，加载至标准试件完全破坏为止。

(3)数据采集：采集试件从开始加载至完全断裂过程的时间序列图片。

所述数据采集的过程中，拍摄前需对标准试件的拍摄面即切缝所在的试件侧面打磨平整，通过高速摄像机记录裂纹尖端扩展过程中试件表面散斑变形，提取沥青复合材料动态断裂特征参数，数据导出前将拍摄的视频通过视频编辑软件进行剪辑并导出成裂缝时间序列图片，需保证1s视频至少导出25帧图片。

(4)数据处理：对裂缝时间序列图片进行处理，导出相邻两张图片的裂缝位移和速度。

对时间序列图片的处理应在序列图片两侧分别选择一个起始点，同时选择固定间隔的图片进行处理，相邻图片间时间间隔不小于0.2s，最后选择观察点并导出位移-时间数据。对导出的标准试件裂缝右侧起裂点的水平位移-时间曲线求导，得到裂缝右侧起裂点水平位移速度 -时间曲线(由摄像机捕捉到的只能是某一时间点的位移数据，跟据这些数据绘制位移-时间曲线，对位移-时间曲线求导得到速度-时间曲线，这两个曲线合在一起是步骤4所述的裂缝位移和速度)，如图3～5所示。

(5)裂缝发展速度计算：按照裂缝发展速度-时间曲线的第一阶段、第二阶段计算裂缝发展速度。

按照公式1对再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度V进行计算；

式中：V为再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度；

L为T时刻的观察点水平位移；

T为开始断裂至目标断裂点的总时间；

T

T

所述裂缝扩展指标计算过程中，根据位移速度-时间曲线得到的起裂第一阶段终止时间T

表1

综上可知，再生骨料沥青复合材料裂缝发展速度按本发明所提出的评价方法为0％取代率 <17％取代率<37％取代率。该评价方法可以量化表征含有再生骨料的沥青复合材料的抗裂性能，对其级配设计起到指导作用，为提高再生骨料的利用率打下了坚实的基础。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。