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基于空心圆柱沥青混合料试件的扭转剪切试验研究
| 论文题名： | 基于空心圆柱沥青混合料试件的扭转剪切试验研究 |
| 关键词： | 沥青路面;沥青混合料;抗剪性能;应力状态 |
| 摘要： | 流动失稳型车辙是沥青路面常见病害之一，其主要原因是沥青混合料抗剪强度不足。扭转剪切试验可有效模拟沥青路面结构在移动车辆荷载作用下的剪应力变化特点，为研究沥青混合料抗剪性能提供了新的试验方法。论文基于空心圆柱体试件及扭转剪切试验，旨在研究复杂应力状态下沥青混合料的抗剪性能。 首先，结合课题组研制的扭转剪切试验装置特点及其适用范围，确定空心圆柱体试件尺寸为φ75mm*φ30mm*100mm（外径*内径*高），并特制相应便于拆卸组装的内外双筒试模。 其次，采用静压法成型空心圆柱体沥青混合料试件。利用100kN千斤顶施压，按20MPa控制静压应力，压力传感器监测压力大小为74.2kN；一端施加静压1.5min，然后上下翻转试件再静压1.5min。沥青混合料入模温度设定为140℃；因采用两次静压致使试件成型时间延长，采用提高试模预热温度并监测试模表面温度的方法进行控制；对成型后的试件两端面进行打磨修整；测量试件空隙率并采用内围压加载试验获取试件抗拉强度，以检验空心圆柱体试件的成型质量。 然后，为研究温度对沥青混合料抗剪性能的影响，在40℃、50℃、60℃条件下进行纯扭剪切试验研究。采用恒温水浴箱+特制水槽组成的恒温水浴循环系统保持试验温度，利用扭剪试验装置施加纯扭荷载，扭转角速率为0.059rad/s，获得时间-扭矩曲线、时间-角位移曲线，为后续压扭试验、三轴扭剪试验提供温度、加载限值等参数条件。 最后，进行空心圆柱沥青混合料试件压扭试验研究，采用两种试验方案： （1）30℃、40℃、50℃条件下进行围压+扭转剪切试验。30℃时，设置0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa内围压；40℃时，设置0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa内围压；50℃时，设置0.1MPa、0.2MPa内围压。在内围压达到预定值后施加扭矩直至破坏，获得不同温度和围压条件下的时间-扭矩曲线、时间-角位移曲线。 （2）在60℃条件下，进行围压+轴压+扭矩三轴扭剪试验，含两种试验方式：变轴压+恒定围压+扭转压扭试验和变围压+恒定轴压+扭转压扭试验，前者围压保持0.5MPa不变，目标轴压分别为400N、500N、700N；后者目标轴压设置为600N，围压分别为0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa。 根据获得的角位移-时间、扭矩-时间等原始数据曲线，利用记录的绝对时间进行数据插值计算，获得空心圆柱体沥青混合料试件纯扭、压扭及三轴扭剪试验的应力应变曲线；通过应力应变曲线，获得破坏应力、破坏应变、剪切模量及最大应力、最大应变等力学性能参数。研究结果表明： （1）依据标准单面静压成型的沥青混合料空心试件，其上、下两端的密实度相差较大，采用双面压实并延长压实时间，可获得较好的成型效果。 （2）通过20℃、40℃、60℃条件下的单内围压试验，测得沥青混合料试件的最大破坏拉应力分别为1.38MPa、0.552MPa、0.138MPa，与同等条件下沥青混合料纯拉伸试验结果基本一致，相比于钻芯取样等方法，双面静压成型空心圆柱沥青混合料试件方法简单、切实可行。 （3）在相同温度及扭转加载速率下，随内围压增加，试件最大破坏剪应力减小，但最大破坏剪应变及剪切模量变化不大，沥青混合料试件在达到最大破坏剪应变时破坏，符合第二强度理论（最大拉应变破坏理论）。 （4）外围压对沥青混合料最大破坏剪应力、最大破坏剪应变、剪切模量等均无影响；轴压增大会使沥青混合料最大破坏剪应力增大，最大破坏剪应变和剪切模量不受影响；轴压加载速率增大会使沥青混合料的最大破坏剪应力减小。 |
| 作者： | 陈杰 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李玉华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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