一种评价温热循环下沥青混合料性能影响的试验装置及方法

本发明属于公路工程沥青及沥青混合料试验装置技术领域，具体涉及到一种用于 评价温热循环下沥青混合料性能影响的试验装置及方法。

沥青路面具有表面平整、噪音低、耐磨及行车舒适安全等优点，因此被广泛的应用 于新建或改建的公路项目，特别是高速公路的建设。然而由于沥青路面长期受到外界环境 的影响，会导致路用性能和耐久性出现不同程度的衰减，大大缩减了沥青路面的服役年限。

温度是导致沥青路面性能衰减的重要因素之一，特别是在夏季，由于白天和夜间 的较大温差，会使沥青路面不断遭受高温与低温的交替作用，导致沥青路面出现温度疲劳 破坏，若处治不当，在降水、交通荷载作用下会进一步导致沥青路面出现车辙、坑槽，松散等 病害，从而降低沥青路面的服务功能和使用寿命。然而，现阶段道路行业关于温热循环作用 对沥青混合料性能影响的研究较少，除在评价混合料高温稳定性时考虑了温热循环的影 响，其他指标均未涉及到温热循环对沥青混合料性能指标的影响。因此，研究沥青混合料在 温热循环下对其性能影响分析具有深远的意义。

针对温热循环作用对沥青混合料性能影响问题，现有技术仍有不足之处，本发明 提供了出一种可以实现沥青混合料温热循环处理的试验装置及评价温热循环下沥青混合 料性能影响的试验方法，从而可以为工程实践提供切实可行的指导意见，达到提高沥青道 路的路用性能、节约后期投资成本及延长道路使用寿命的目的。

一种沥青混合料温热循环处理装置包括支撑系统、升降系统、温热交变箱、玻璃外 罩，底座用来支撑整个机构装置。

支撑系统由立柱和横梁组成。

立柱连接底座，用来支撑横梁和升降系统。横梁可以悬吊升降系统。

升降系统由电动机、传动带、从动轮、钢索、样品箱、载物台和控制器组成。

电动机通过传动带带动从动轮转动，电动机的转向不同可以实现从动轮上环绕的 钢索收缩和释放，继而实现样品箱的升降。样品箱内的载物台可用来放置试验试件。控制器 可控制电动机的工作状态及转向。

温热交变箱由外壳、回弹卡钉、进水管、变温水槽、传感器、承重台、出水管、石棉垫 片和调温器组成。

外壳可以实现温热交变箱在与外界隔离形成一个透明、恒温和封闭的系统。回弹 卡钉保证洋品箱能自由的进出温热交变箱。经调温器处理的纯净水先沿进水管进入变温水 槽中，再经出水管回流至调温器内，实现对载物台上的试件进行温热循环处理。石棉垫片可 以使变温水槽中的水受热均匀，还可以避免变温水槽直接接触调温器，对中空杯起保护作 用。传感器可以用来识别样品箱是否放置到承重台上，同时还可以测试变温水槽内的水温 并反馈给调温器，以便于进行温度调节。调温器主要是对温热交变箱进行温度控制，并使温 热交变箱内的温度满足试验所需值。

调温器由电源开关、温度调节开关、时间控制开关和显示屏组成。

电源开关可以控制调温器的工作状态。温度调节开关可以设置温热试验所需温度 的上限和下限。时间控制开关可设置调温器从温度的下限升温到上限及从温度的上限降温 到下限完成一次温热循环的工作时长。显示屏可以显示任意时刻温热交变箱内的温度、工 作总时长和温热循环次数。

本发明的试验方法及评价指标：

1.温热循环对沥青混合料水稳定性影响的试验研究

(1)试验方法

此试验方法主要包括试件的预处理、试件的温热循环处理和试件的性能测试三个 方面。

试件的预处理：

取静压成型直径为101.6mm、高度为63.5mm的圆柱体15个，均分为五组，记为第1 组、第2组、第3组、第4组、第5组，其中第1组作为空白样，不进行温热循环处理，剩余的四组 试件放入塑料袋中并用细绳将塑料袋袋口扎紧，将塑料袋(试件)平放于15℃的恒温箱中以 待进一步的温热循环处理。

试件的温热循环处理：

首先，打开调温器的电源开关，通过温度调节开关将温度上限设为40℃、下限设为 15℃，同时通过时间控制开关将温度由15℃升温到40℃及从40℃降温到15℃的时间均设置 为3h，即完成一次温热循环的总时长为6h。此时调温器开始工作直至传感器反馈到显示屏 上的温度为15℃，即温热交变箱此时的温度为15℃。

然后，打开玻璃外罩，将经预处理后的四组试件依次放在样品箱中的载样台上并 关闭玻璃外罩。此时控制器控制电动机进行正向转动，并通过传动带带动从动轮转动，同时 释放钢索至样品箱降落到温热交变箱中的承重台上，此时传感器将信号传至调温器开始进 行升温工作，对试件进行时长为3h的温度由15℃到40℃的升温处理。待试件经3h的升温处 理后，调温器进行降温工作开始对试件进行3h的降温处理。待试件完成3h的低温处理后，此 时温热交变箱的温度又变为原来的15℃，自此对试件完成一次温热循环处理。后续的温热 循环均重复以上流程直至所有的试件完成预定的温热循环处理次数。最后，控制器控制电 动机进行逆向转动，并通过传动带带动从动轮转动，同时收缩钢索至样品箱上升到初始位 置，此时传感器将信号传至调温器停止工作，打开玻璃外罩取出试件，关闭玻璃外罩结束试 件的温热循环处理过程。同时整个过程由控制器智能控制，无需人工操作。其中第2组试件 预设5次温热循环处理，第3组试件预设10次温热循环处理，第4组试件预设15次温热循环处 理，第5组试件预设20次温热循环处理。

最后，将经预定次数温热循环处理的试件放置在温度为25℃的烘箱中进行保温处 理，以备后续的性能测试试验使用。

试件的性能测试：

依照沥青混合料的残留稳定度试验规程，分别对未经温热循环处理的第1组试件、 经5次温热循环处理的第2组试件、经10次温热循环处理的第3组试件、经15次温热循环处理 的第4组试件和经20次温热循环处理的第5组试件进行残留稳定度试验研究，则经温热循环 后沥青混合料残留稳定度测试结果记为MS1、MS2、MS3、MS4和MS5。

(2)评价指标

利用试验测定的数据计算强度损失指数α，通过分析试验计算值的大小来反映冻 温热环下沥青混合料抗疲劳性能的影响程度。

其中：残留稳定度损失指数α＝1-MSi/MS1(i＝2,3,4,5)

残留稳定度损失评定标准

残留稳定度损失指数α 0～0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～0.75 0.75～1.0

评价指数 5 4 3 2 1

评价等级 优 良 中 差 极差

2.温热循环对沥青混合料抗拉度影响的试验研究

(1)试验方法

试件的预处理可参照“温热循环对沥青混合料水稳定性影响的试验研究”的预处 理过程，试件仍选用直径为101.6mm、高63.5mm的马歇尔试件15个，均分5组，每组3个。

试件的温热循环处理可参照“温热循环对沥青混合料水稳定性影响的试验研究” 中试件的温热循环处理过程。

试件的性能测试：

依照沥青混合料的间接拉伸试验规程，分别对未经温热循环处理的第1组试件、经 5次温热循环处理的第2组试件、经10次温热循环处理的第3组试件、经15次温热循环处理的 第4组试件和经20次温热循环处理的第5组试件进行间接拉伸试验研究，则经温热循环后沥 青混合料间接拉伸强度测试结果记为R1、R2、R3、R4和R5。

(2)评价指标

利用试验测定的数据计算强度损失系数β，通过分析试验计算值的大小来反映温 热环下沥青混合料抗拉性能的影响程度。

其中：强度损失系数β＝1-Ri/R1(i＝2,3,4,5)

抗拉强度损失评定标准

强度损失系数β 0～0.15 0.15～0.3 0.3～0.45 0.45～0.6 0.6～1.0

评价指数 5 4 3 2 1

评价等级 优 良 中 差 极差

图1为本发明的沥青混合料温热循环处理装置图。

在图1中，1为底座，2为玻璃外罩，3为立柱，4为温热交换箱，5为横梁，6为电动机，7 为传动带，8为从动轮，9为钢索，10为样品箱，11为载样台，12为控制器。

图2为本发明的温热交变箱装置图。

在图2中，4-1为外壳，4-2为进水管，4-3为回弹卡针，4-4为变温水槽，4-5为传感 器，4-6为承重台，4-7为出水管，4-8为石棉垫片，4-9为调温器，4-9-1为电源开关，4-9-2为 温度调节开关，4-9-3为时间控制开关，4-9-4为显示屏。

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施一：温热循环对沥青混合料水稳定性影响的试验研究

(1)试验方法

此试验方法主要包括试件的预处理、试件的温热循环处理和试件的性能测试三个 方面。

试件的预处理：

取静压成型直径为101.6mm、高度为63.5mm的圆柱体15个，均分为五组，记为第1 组、第2组、第3组、第4组、第5组，其中第1组作为空白样，不进行温热循环处理，剩余的四组 试件放入塑料袋中并用细绳将塑料袋袋口扎紧，将塑料袋(试件)平放于15℃的恒温箱中以 待进一步的温热循环处理。

试件的温热循环处理：

首先，打开调温器4-9的电源开关4-9-1，通过温度调节开关4-9-2将温度上限设为 40℃、下限设为15℃，同时通过时间控制开关4-9-2将温度由15℃升温到40℃及从40℃降温 到15℃的时间均设置为3h，即完成一次温热循环的总时长为6h。此时调温器4-9开始工作直 至传感器4-5反馈到显示屏4-9-4上的温度为15℃，即温热交变箱4此时的温度为15℃。

然后，打开玻璃外罩2，将经预处理后的四组试件依次放入样品箱10中的载样台11 上并关闭玻璃外罩2。此时控制器12控制电动机6进行正向转动，并通过传动带7带动从动轮 8转动，同时释放钢索9至样品箱10降落到温热交变箱4中的承重台4-6上，此时传感器4-5将 信号传至调温器4-9开始进行升温工作，对试件进行时长为3h的温度由15℃到40℃的升温 处理。待试件经3h的升温处理后，调温器4-9进行降温工作，开始对试件进行3h的降温处理。 待试件完成3h的低温处理后，此时温热交变箱4的温度又变为原来的15℃，自此对试件完成 一次温热循环处理。后续的温热循环均重复以上流程直至所有的试件完成预定的温热循环 处理次数。最后，控制器12控制电动机6进行逆向转动，并通过传动带7带动从动轮8转动，同 时收缩钢索9至样品箱10上升到初始位置，此时传感器4-5将信号传至调温器4-9停止工作， 打开玻璃外罩2取出试件，关闭玻璃外罩2结束试件的温热循环处理过程。同时整个过程由 控制器12智能控制，无需人工操作。其中第2组试件预设5次温热循环处理，第3组试件预设 10次温热循环处理，第4组试件预设15次温热循环处理，第5组试件预设20次温热循环处理。

最后，将经预定次数温热循环处理的试件放置在温度为25℃的烘箱中进行保温处 理，以备后续的性能测试试验使用。

试件的性能测试：

依照沥青混合料的残留稳定度试验规程，分别对未经温热循环处理的第1组试件、 经5次温热循环处理的第2组试件、经10次温热循环处理的第3组试件、经15次温热循环处理 的第4组试件和经20次温热循环处理的第5组试件进行残留稳定度试验研究，则经温热循环 后沥青混合料残留稳定度测试结果记为MS1、MS2、MS3、MS4和MS5。

(2)评价指标

利用试验测定的数据计算强度损失指数α，通过分析试验计算值的大小来反映冻 温热环下沥青混合料抗疲劳性能的影响程度，其试验计算结果可参照表1。其中：残留稳定 度损失指数α＝1-MSi/MS1(i＝2,3,4,5)

残留稳定度损失评定标准

残留稳定度损失指数α 0～0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～0.75 0.75～1.0

评价指数 5 4 3 2 1

评价等级 优 良 中 差 极差

实施二：温热循环对沥青混合料抗拉性能影响的试验研究

(1)试验方法

试件的预处理可参照“温热循环对沥青混合料水稳定性影响的试验研究”的预处 理过程，试件仍选用直径为101.6mm、高63.5mm的马歇尔试件15个，均分5组，每组3个。

试件的温热循环处理可参照“温热循环对沥青混合料水稳定性影响的试验研究” 中试件的温热循环处理过程。

试件的性能测试：

依照沥青混合料的间接拉伸试验规程，分别对未经温热循环处理的第1组试件、经 5次温热循环处理的第2组试件、经10次温热循环处理的第3组试件、经15次温热循环处理的 第4组试件和经20次温热循环处理的第5组试件进行间接拉伸试验研究，则经温热循环后沥 青混合料间接拉伸强度测试结果记为R1、R2、R3、R4和R5。

(2)评价指标

利用试验测定的数据计算强度损失系数β，通过分析试验计算值的大小来反映温 热环下沥青混合料抗拉性能的影响程度，其试验计算结果可参照表2。

其中：强度损失系数β＝1-Ri/R1(i＝2,3,4,5)

表2抗拉强度损失评定标准

强度损失系数β 0～0.15 0.15～0.3 0.3～0.45 0.45～0.6 0.6～1.0

评价指数 5 4 3 2 1

评价等级 优 良 中 差 极差