专利名称：混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法
技术领域：
本发明属于浙青与矿料粘附性测试技术领域，具体涉及一种混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法。
背景技术：
水煮法是中国当前检验浙青与大于13. 2毫米(mm)的粗矿料表面粘附性，及评定粗矿料抗水剥离能力的一种最直接的试验测试方法。该方法具体为，将裹覆浙青油膜的矿料置于保持微沸状态的水中，浸煮3分钟(min)后，将矿料从水中取出，观察矿料颗粒上浙青油膜的剥离程度，并按表I评定其粘附性等级。 表I 浙青与矿料粘附性等级
_试验后矿料表面沥青膜剥落情况_粘附性等级
沥青膜完全保存，剥离面积百分率接近于O5
沥青膜少部分为水所移动，厚度不均匀，剥离面积百分率少于
4
10%
沥青膜局部明显为水所移动，基本保留在矿料表面上，剥离面积
3
百分率少于30%
沥青膜大部分为水所移动，局部保留在矿料表面上，剥离面积百
2
分率人130%
沥青膜完全为水所移动，矿料基本裸露，沥青全部浮于水面上_I现有技术中的这种水煮法主要存在以下缺陷，(一)试验技巧不容易掌握，对水的微沸状态的理解与掌握因人而异；(二)浙青的剥离面积采用目测的方式确定，浙青剥离面积很难准确估计，试验结果主观性较强；(三)由于浙青矿料间的粘附强度与油膜厚度、温度(高温及低温)及矿料接触面上承受的荷载效应类别都存在明显的关系，而且混合料中相邻矿料粘接效果不仅与浙青矿料间粘附强度有关，同时与浙青自身粘结强度有关。所以，采用水煮法不能实现上述的各种状态下接触面上细观强度包括浙青矿料间粘附强度、浙青结合料自身粘结强度的定量测试。

发明内容
本发明的目的是针对上述现有方法的不足，提出一种容易掌握的、测试手段客观的、可以实现各种状态下接触面上细观强度包括浙青矿料间粘附强度、浙青结合料自身粘结强度的定量测试的，混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下一种混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，包括以下步骤步骤i :以测力装置对矿料试模施加拉伸或剪切破坏荷载，矿料试模接触面破坏时，试验停止，读取拉伸或剪切破坏荷载大小；步骤ii :将破坏后的矿料试模接触面进行网格划分，累加计算矿料试模接触面上的粘附失效区面积、粘结失效区面积和矿料接触面面积；步骤iii :在厚层油膜范畴内测试并分析结合料粘结强度与油膜厚度基本关系，推算薄层油膜及中厚层油膜条件下的结合料粘结强度；步骤iv :将测得的拉伸或剪切破坏荷载及各失效区面积分别代入式(I)和(2)，分 别计算矿料试模接触面总体拉伸或剪切强度、浙青与矿料表面拉伸或剪切粘附强度、浙青结合料拉伸或剪切粘结强度；RtXSt=F(I)RaXSa+RcXSc=F(2)上述式(I)和(2)中F为拉伸或剪切破坏荷载；St为矿料接触面面积；Sa为粘附失效区面积；s。为粘结失效区面积；Rt为矿料接触面总体拉伸或剪切强度；Ra为浙青矿料间拉伸或剪切粘附强度；R。为浙青结合料自身拉伸或剪切粘结强度。在上述技术方案中，在所述步骤i之前，还包括以下的预加载步骤将矿料试模安置于液压测力装置上，预先加压，后清零，消除试验模具自重对试验结果的影响。在上述技术方案中，在所述预压步骤之前，还包括以下的形成矿料试模的步骤将试验中所用浙青进行加热，同时将设计的试验模具放置加热箱中进行预热；将少部分浙青转移至滴管中，为防止在转移浙青过程中浙青凝固，将滴管连同其中的浙青置于加热箱中继续加热至少10分钟，确保浙青处于热熔态；将滴管中浙青滴落至经过预热的矿料试模表面采用经过预热的刃片将浙青平均摊平于矿料试模表面，将存有浙青膜的矿料试模再一次加热，然后与另一已预热矿料试模粘接;将粘接完成的矿料试|旲在室温内静直，直到完全冷却，然后将矿料试|旲放直于所需的试验环境内，时间为至少4个小时。在上述技术方案中，所述步骤iii具体的说是首先将厚层油膜的矿料试模进行拉伸或剪切破坏，按照粘结失效区面积S。等于矿料接触面面积St来计算结合料粘结强度与油膜厚度基本关系；然后按照与厚层油膜相同的结合料粘结强度与油膜厚度基本关系，推算薄层油膜及中厚层油膜条件下的结合料粘结强度。在上述技术方案中，所述步骤i中的测力装置为液压测力装置。本发明的有益效果是本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，实现了在不同温度、不同力学效应(拉伸效应和剪切效应)下，包括浙青与矿料间粘附强度、浙青结合料自身粘结强度、矿料接触面总体强度，上述三项细观强度的定量测试。采用本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，可以明确下述一些状态对接触面细观强度的影响规律，如浙青改性、浙青老化、系列浙青抗剥落剂、矿料表面改性措施、纤维增强措施等。基于定量测试可以确定最佳的矿料接触面细观强度增强措施。矿料接触面细观强度与混合料宏观路用性能紧密相关，本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，对提高混合料矿料接触面细观强度意义重大，为以后进一步提高混合料抗裂及抗松散能力的相关研究工作奠定基础。


图I和图2是本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法的一种具体实施方式
的原理示意图；图3和图4是本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法的另外一种具体实施方式
的原理示意图。
具体实施方式
本发明的发明思想是由于矿料接触面的破坏是混合料中矿料颗粒相分离进而造成破坏的最根本形式。矿料接触面上共有两种破坏形式，一为浙青从矿料表面剥离形成浙青矿料表面粘附失效；二为浙青结合料自身开裂形成结合料粘结失效。两种失效状态分别对应浙青矿料间粘附强度、浙青结合料自身的粘结强度。失效形式与试验温度、接触面上油膜厚度、浙青的性质均有很大相关性。浙青矿料间粘附强度及浙青结合料自身粘结强度同样与力学效应、温度、油膜厚度、浙青性质紧密相关。由此可见，矿料间粘附强度及结合料自身粘结强度的影响因素复杂，采用现有技术中的水煮法显然不能进行有效准确的评价。本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，实现了在不同温度、不同力学效应(拉伸效应和剪切效应)下，包括浙青与矿料间粘附强度、浙青结合料自身粘结强度、矿料接触面总体强度，上述三项细观强度的定量测试。下面结合附图对本发明做进一步详细描述。为了便于理解，下面结合具体实例来说明本发明图I和图2显示了本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法的一种具体实施方式
。以图I、图2所示，矿料接触面在拉伸荷载作用下发生接触面破坏，接触面面积为St，破坏后的接触面上存在粘附失效区Sa及粘结失效区S。。当Sa为O时，矿料接触面为粘结失效破坏；当S。为O时，矿料接触面为粘附失效破坏；当sa& S。都不为O时，矿料接触面上同时存在粘结失效破坏与粘附失效破坏。定义矿料接触面总体拉伸强度为Rt，浙青与矿料表面拉伸粘附强度为Ra，浙青结合料自身拉伸粘结强度为R。，则拉伸破坏荷载F与矿料接触面总体拉伸强度Rt的关系可以用式(I)表达，拉伸破坏荷载F与拉伸粘附强度Ra、粘附失效区面积Sa、拉伸粘结强度R。、粘结失效区面积S。的关系可以用式(2)表达。Rt X St=F( I)RaXSa+RcXSc=F(2)式中拉伸破坏荷载F可以采用液压测力装置直接测得，根据矿料接触面破坏形式调查的结果可知，接触面上为厚层油膜时，接触面破坏形式完全为浙青结合料粘结失效破坏，即Sa=0，S。= St。此时公式(3)可以改写成如下形式，见式(3)。
RcXSt=F(3)浙青稳定碎石混合料开裂及松散病害发生时矿料接触面会存在两种破坏状态，一为浙青从矿料表面剥离形成浙青与矿料粘附失效；二为浙青结合料自身开裂形成结合料粘结失效。其中当矿料接触面油膜厚度为厚层油膜(O. 45mm)时，接触面发生浙青结合料粘结失效，当接触面为中厚层油膜(O. 25mm)及薄层油膜(O. 08mm)时，接触面上粘附失效破坏与粘结失效破坏同时存在。其中，厚层油膜是指油膜厚度大于等于O. 45mm的油膜；薄层油膜是指油膜厚度小于等于O. 08mm的油膜；中厚层油膜是指油膜厚度大于O. 08mm小于O. 45mm的油膜。在厚层油膜条件下，根据试验中拉伸破坏荷载F的大小及矿料接触面面积St可以求得浙青自身拉伸粘结强度R。，并根据粘结强度与接触面油膜厚度的基本关系采用厚度换算确定薄层油膜及中厚层油膜条件下浙青结合料自身的拉伸粘结强度。浙青自身的粘结强度与浙青品质及试验温度有关。所以在确定浙青拉伸粘结强度R。及精确测量接触面粘结失效区面积S。及粘附失效区面积Sa后根据式(I)及式(2)即可确定各状态下矿料接触面细观强度参数包括矿料接触面总体拉伸强度Rt、浙青矿料间拉伸粘附强度Ra、浙青结合料 自身拉伸粘结强度R。。本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，具体步骤如下第I步将试验中所用浙青进行加热，同时将设计的试验模具放置加热箱中进行预热。第2步将少部分浙青转移至滴管中，为防止在转移浙青过程中浙青凝固，将滴管连同其中的浙青置于加热箱中继续加热10分钟，确保浙青处于热熔态。第3步将滴管中浙青滴落至经过预热的拉伸矿料试模表面，拉伸矿料试模尺寸为2. OcmX I. 8cm，采用经过预热的刃片将浙青平均摊平于矿料试模表面，将存有浙青膜的拉伸矿料试模再一次加热，然后与另一已预热拉伸矿料试模粘接。弟4步将粘接完成的拉伸矿料试|旲在室温内静直，直到完全冷却，然后将拉伸矿料试模放置于所需的试验环境内(高温或者低温)，时间为4个小时。第5步将经过温度处理的拉伸矿料试模安置于液压测力装置上，预先加压，后清零，消除试验模具自重对试验结果的影响。第6步正式加载，拉伸矿料试模，矿料接触面破坏时，试验自动停止。读取破坏荷载大小。第7步将破坏后的拉伸矿料试模接触面进行网格划分，采用游标卡尺量取各网格尺寸，累加计算粘附失效区面积及粘结失效区面积。第8步在厚层油膜范畴内测试并分析结合料粘结强度与油膜厚度基本关系，推算薄层油膜及中厚层油膜条件下结合料粘结强度。第9步将测得的拉伸破坏荷载及各失效区面积代入公式(I)和(2)，计算矿料接触面总体拉伸强度、浙青与矿料表面拉伸粘附强度、浙青结合料拉伸粘结强度。其中，公式
(I)和(2)分别为Rt X St=F(I)RaXSa+RcXSc=F(2)上述公式(I)和(2)中F为拉伸破坏荷载；St为矿料接触面面积；Sa为粘附失效区面积；s。为粘结失效区面积；Rt为矿料接触面总体拉伸强度；Ra为浙青矿料间拉伸粘附强度；R。为浙青结合料自身拉伸粘结强度。图3和图4显示了本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法的另外一种具体实施方式
。与上述具体实施方式
不同的是，本具体实施方式
中的矿料试模为剪切矿料试模，剪切矿料试模尺寸为2. OcmX I. Ocm0在具体步骤的第6步中，需要对剪切矿料试模进行剪切破坏，然后读取破坏荷载大小。在后续步骤中，计算矿料接触面总体剪切强度、浙青与矿料表面剪切粘附强度、浙青结合料剪切粘结强度的步骤，分别与上述具体实施方式
中的计算矿料接触面总体剪切强度、浙青与矿料表面拉伸粘附强度、浙青结合料拉伸粘结强度的步骤相同，故在此不再赘述。采用本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，可以明确下述一些状态对接触面细观强度的影响规律，如浙青改性、浙青老化、系列浙青抗剥落剂、矿料表面改性措施、纤维增强措施等。基于定量测试可以确定最佳的矿料接触面细观强度增强措施。 矿料接触面细观强度与混合料宏观路用性能紧密相关，本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，对提高混合料矿料接触面细观强度意义重大，为以后进一步提高混合料抗裂及抗松散能力的相关研究工作奠定基础。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤i :以测力装置对矿料试模施加拉伸或剪切破坏荷载，矿料试模接触面破坏时，试验停止，读取拉伸或剪切破坏荷载大小； 步骤ii :将破坏后的矿料试模接触面进行网格划分，累加计算矿料试模接触面上的粘附失效区面积、粘结失效区面积和矿料接触面面积； 步骤iii :在厚层油膜范畴内测试并分析结合料粘结强度与油膜厚度基本关系，推算薄层油膜及中厚层油膜条件下的结合料粘结强度； 步骤iv :将测得的拉伸或剪切破坏荷载及各失效区面积分别代入式(I)和(2)，分别计算矿料试模接触面总体拉伸或剪切强度、浙青与矿料表面拉伸或剪切粘附强度、浙青结合料拉伸或剪切粘结强度； RtXSt=F(I) RaXSa+RcXSc=F(2) 上述式(I)和(2)中F为拉伸或剪切破坏荷载；St为矿料接触面面积；Sa为粘附失效区面积；S。为粘结失效区面积；Rt为矿料接触面总体拉伸或剪切强度；Ra为浙青矿料间拉伸或剪切粘附强度；R。为浙青结合料自身拉伸或剪切粘结强度。
2.如权利要求I所述的定量测试方法，其特征在于，在所述步骤i之前，还包括以下的预加载步骤 将矿料试模安置于液压测力装置上，预先加压，后清零，消除试验模具自重对试验结果的影响。
3.如权利要求2所述的定量测试方法，其特征在于，在所述预加载步骤之前，还包括以下的形成矿料试模的步骤 将试验中所用浙青进行加热，同时将设计的试验模具放置加热箱中进行预热； 将少部分浙青转移至滴管中，为防止在转移浙青过程中浙青凝固，将滴管连同其中的浙青置于加热箱中继续加热至少10分钟，确保浙青处于热熔态； 将滴管中浙青滴落至经过预热的矿料试模表面采用经过预热的刃片将浙青平均摊平于矿料试模表面，将存有浙青膜的矿料试模再一次加热，然后与另一已预热矿料试模粘接； 将粘接完成的矿料试模在室温内静置，直到完全冷却，然后将矿料试模放置于所需的试验环境内，时间为至少4个小时。
4.如权利要求I所述的定量测试方法，其特征在于，所述步骤iii具体的说是 首先将厚层油膜的矿料试模进行拉伸或剪切破坏，按照粘结失效区面积S。等于矿料接触面面积St来计算结合料粘结强度与油膜厚度基本关系； 然后按照与厚层油膜相同的结合料粘结强度与油膜厚度基本关系，推算薄层油膜及中厚层油膜条件下的结合料粘结强度。
5.如权利要求I至4中的任意一项所述的定量测试方法，其特征在于，所述步骤i中的测力装置为液压测力装置。
全文摘要
本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，包括以下步骤读取拉伸或剪切破坏荷载大小；计算矿料试模接触面上的粘附失效区面积、粘结失效区面积和矿料接触面面积；在厚层油膜范畴内测试并分析结合料粘结强度与油膜厚度基本关系，推算薄层油膜及中厚层油膜条件下的结合料粘结强度；计算矿料试模接触面总体拉伸或剪切强度、沥青与矿料表面拉伸或剪切粘附强度、沥青结合料拉伸或剪切粘结强度。本发明的混合料矿料接触面细观强度的定量测试方法，实现了在不同温度、不同力学效应(拉伸效应和剪切效应)下，包括沥青与矿料间粘附强度、沥青结合料自身粘结强度、矿料接触面总体强度，上述三项细观强度的定量测试。
文档编号G01N19/04GK102830062SQ20121035925
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者郑传峰, 赵大军, 王磊, 郑一峰, 侯广亚, 许晓慧 申请人:吉林大学