CN102879266B - 无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机结合料稳定材料室内单轴压缩弹性模量试验方法及装置，属于道路工程试验领域。该方法中，用压力机对无机结合料稳定材料圆柱体试件按单调加载方式连续均匀地施加轴向压力，直至达到试件所能承受的最大作用力，加载过程中，利用设置在圆柱体试件侧面中间段的轴向位移传感器测量试件中间段的轴向变形量，并根据应力-应变曲线在加载初期的线性范围确定试件的单轴压缩弹性模量值。与现有试验方法相比，本发明的无机结合料稳定材料室内单轴压缩弹性模量试验方法消除了端面效应的不利影响，具有测量精度高、再现性好、测试简单等特点，有很好的推广应用价值。

Description

无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法
技术领域
本发明涉及道路工程试验领域，具体地说是一种无机结合料稳定材料室内单轴压缩弹性模量试验方法。
背景技术
无机结合料稳定材料在我国公路路面建设中起着举足轻重的作用，其作为路面结构的主要承重层，决定着路面使用寿命的长短。材料的弹性模量作为路面结构主要设计参数，其取值的准确性对路面结构设计的合理性和经济性具有重要影响。
现有无机结合料稳定材料室内抗压回弹模量试验方法，试件轴向变形测量点位于试件顶底面，采用逐级加荷卸荷的加载方式。加载过程中由于试件端面效应的影响，使测得的试件顶底面轴向变形大于实际的轴向变形，从而使测得的弹性模量小于材料的实际弹性模量，加上复杂的逐级加荷卸荷的加载方式，试验的重复性差，难以得出真实、可靠和一致的结果。
如何快速准确测得无机结合料稳定类材料的真实弹性模量已经成为公路交通行业亟待解决的焦点问题之一。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种测量精度高、再现性好、操作简便的无机结合料稳定材料室内单轴压缩弹性模量试验方法。利用该试验方法能得到反映无机结合料稳定材料真实应力-应变关系的压缩弹性模量。
本发明的技术任务是按以下方式实现的：无机结合料稳定材料室内单轴压缩弹性模量试验方法，其特点是：用压力机对无机结合料稳定材料圆柱体试件按单调加载方式连续均匀地施加轴向压力，直至达到试件所能承受的最大作用力，
加载过程中，利用设置在圆柱体试件侧面中间段的轴向位移传感器测量试件中间段的轴向变形量，并根据应力-应变曲线在加载初期的线性范围确定试件的单轴压缩弹性模量值。
加载过程中，从开始加载起，历时30~60秒达到试件所能承受的最大作用力。
三个轴向位移传感器通过夹具安置于试件侧面中部，轴向位移传感器与试件端面垂直，且沿试件圆周方向等间距安置（即每两个轴向位移传感器相距120°），加载过程中，试件中间段的压缩变形量落入轴向位移传感器的测量范围内，试件中间段的轴向变形量为三个轴向位移传感器测得压缩变形的平均值。
所述夹具主要由刚性环、定位螺栓和可拆卸螺杆构成。
两个刚性环分别通过定位螺栓固定在试件侧面中间段，可拆卸螺杆设置在两个刚性环之间，用于确定两刚性环初始间距，即试件轴向变形测量点间距。
所述定位螺栓的端部优选为半球形，以免螺栓贯入到试件内部，影响测试精度。
两个刚性环的初始间距即试件轴向变形测量点的间距优选为试件高度的0.45~0.5倍。
加载过程中采用微机自动记录试件在开始加载后每隔0.001s所承受的荷载和产生的轴向变形。
按0.25~0.35最大作用力时的应力和应变确定其弹性模量值。
所述圆柱体试件的直径与高度之比为1:1.2~1:1.8，试件直径为100mm~150mm。
室内采用振动或静压成型圆柱体试件，现场通过钻芯制备圆柱体试件，圆柱体试件应满足设计强度要求。
本发明的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法与现有技术相比具有以下突出的有益效果：
1、中间段变形测量法克服了现有试验方法顶底面变形测量的端面效应问题，得到了反映真实应力-应变关系的压缩弹性模量；
2、以单调线性加载取代现有试验方法逐级加荷卸荷的加载方式，提高了测量精度、试验结果再现性好、操作简便，试验周期短。
附图说明
附图1是本发明单轴压缩弹性模量试验装置结构示意图；
附图2是本发明单轴压缩弹性模量试验传感器安装正视图；
附图3是本发明单轴压缩弹性模量试验传感器安装俯视图；
附图4是本发明实施例中荷载—应变曲线图。
具体实施方式
参照说明书附图以具体实施例对本发明的无机结合料稳定材料室内单轴压缩弹性模量试验方法及装置作以下详细地说明。
实施例：
试验装置：
如附图1所示，试验过程所涉及的试验装置及部件主要为加载设备、加载盘1、LVDT传感器2、刚性环3、定位螺栓4、可拆卸螺栓5及控制***。
试验步骤：
a)试验试件制备加工
采用振动或静压成型设备成型或在现场钻芯制备直径100mm~150mm、直径与高度之比为1:1.2~1:1.8的圆柱体试件，经过室内或现场养生，成型或钻芯试件需要达到设计强度要求。
b)应变传感器安装
如附图2、3所示，两个刚性环3分别通过三个定位螺栓4固定在圆柱体试件6中部，两个刚性环3的初始间距（即轴向变形测量点的间距）为试件高度的0.45~0.5倍。三个LVDT传感器2通过刚性环3安装于试件6中部的侧面。LVDT传感器2与试件端面垂直，且沿试件圆周方向等间距安置（即每2个相距120°）。定位螺栓4端部为半球形以免贯入到试件6内部。加载过程中，三个LVDT传感器2测得压缩变形的平均值即为试件中间段的平均轴向变形量                                                ，由此得到应变ε。
可拆卸螺栓5设置在两刚性环3之间。可拆卸螺栓5位于两刚性环3之间部分的长度与LVDT传感器2测量点的间距相同，用于确定两个刚性环3的初始间距。
c)施加荷载及数据采集与处理
加载盘1采用硬质钢板或经处理过的高强度铝板，直径等于或大于试件6的直径。两个加载盘1分别置于试件6的底部和顶部，用来将荷载从加载设备传递给试件6。需要加载设备采用单调加载方式按照设定的加载速度连续均匀地施加荷载，加载过程中不得停顿。
加载速度的确定：加载前估计试件能承受的最大作用力，然后做加载试验使试件30~60s内破坏，由此确定加载速度。
数据采集：试验过程中，控制***采用微机控制，记录试件在开始加载后每隔0.001s所承受的荷载和产生的轴向变形，并绘制荷载—应变曲线，如附图4所示。
根据图4中的曲线记录的数据得到和0.3时对应的应变。
数据处理：根据采集的数据，弹性模量可由公式i计算得到。
公式i:        
                  ：试件弹性模量，MPa；
               ：试件承受的最大作用力，N；
：荷载达到0.3时对应的应变值，无量纲；              
：试件直径，mm。

Claims (8)

1.无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于：用压力机对无机结合料稳定材料圆柱体试件按单调加载方式连续均匀地施加轴向压力，直至达到试件所能承受的最大作用力，
加载过程中，利用设置在圆柱体试件侧面中间段的轴向位移传感器测量试件中间段的轴向变形量，并根据应力-应变曲线在加载初期的线性范围确定试件的单轴压缩弹性模量值，
所述试件中间段的轴向变形量的测量方法：三个轴向位移传感器通过夹具安置于试件侧面中部，轴向位移传感器与试件端面垂直，且沿试件圆周方向等间距安置，加载过程中，试件中间段的压缩变形量落入轴向位移传感器的测量范围内，试件中间段的轴向变形量为三个轴向位移传感器测得压缩变形的平均值。
2.根据权利要求1所述的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于，加载过程中，从开始加载起历时30~60秒达到试件所能承受的最大作用力。
3.根据权利要求1所述的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于，所述夹具主要由刚性环、定位螺栓和可拆卸螺杆构成，
两个刚性环分别通过定位螺栓固定在试件侧面中间段，可拆卸螺杆设置在两个刚性环之间，用于确定两刚性环初始间距。
4.根据权利要求3所述的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于，两个刚性环的初始间距为试件高度的0.45~0.5倍。
5.根据权利要求1所述的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于，加载过程中采用微机自动记录试件在开始加载后每隔0.001s所承受的荷载和产生的轴向变形。
6.根据权利要求1所述的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于，按0.25~0.35最大作用力时的应力和应变确定其弹性模量值。
7.根据权利要求1所述的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于，所述圆柱体试件的直径与高度之比为1:1.2~1:1.8，试件直径为100mm~150mm。
8.根据权利要求7所述的无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法，其特征在于，室内采用振动或静压成型圆柱体试件，现场通过钻芯制备圆柱体试件，圆柱体试件应满足设计强度要求。
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