沥青混合料在荷载作用下总应变如何精确测量和区分

以下是关于如何精确测量和区分沥青混合料在荷载作用下可恢复与不可恢复应变的方法：

一、试验设备与原理

1. 试验设备

   引伸计：

   可用于测量试件在荷载作用下的应变。它通过精确测量试件在受力过程中的长度变化来确定应变。对于沥青混合料试件，应选择精度合适的引伸计，其精度一般能达到0.001mm甚至更高。

   例如，在三轴试验中，将引伸计安装在试件的合适位置，能够实时记录试件在加载和卸载过程中的长度变化。

   传感器系统：

   包括压力传感器和位移传感器。压力传感器用于精确测量施加在试件上的荷载大小，位移传感器则用于测量试件的整体变形。

   这些传感器需要具备高精度和高灵敏度，能够准确反映微小的荷载和位移变化。在现代试验设备中，传感器的精度可以达到千分之一甚至更高的测量精度。

2. 原理依据

   根据流变学理论，可恢复应变包括弹性应变和粘弹性应变，这些应变在卸载后会逐渐恢复。不可恢复应变则包括粘性和塑性应变，在卸载后会保留下来形成永久变形。

   在试验中，通过对加载 - 卸载曲线的分析来区分这两种应变。当加载时，应变随着荷载增加而增大；卸载时，应变会有一部分立即恢复（瞬时弹性应变），还有一部分随时间逐渐恢复（粘弹性应变），剩余部分就是不可恢复应变。

二、试验方法

1. 加载 - 卸载循环试验

   加载过程：

   以一定的加载速率对沥青混合料试件施加荷载，记录加载过程中的应力 - 应变数据。加载速率的选择要根据实际工程情况和研究目的确定，例如在模拟车辆快速行驶对路面的作用时，加载速率可能较高。

   在加载过程中，根据应力 - 应变曲线的变化，可以观察到不同阶段的应变发展情况。如在加载初期的弹性阶段，应变与应力近似成正比；随着荷载增加进入粘弹性阶段，应变增长速率会逐渐变化。

   卸载过程：

   当达到预定的荷载水平后，以一定的卸载速率进行卸载。卸载过程中同样要精确记录应力 - 应变数据。

   通过对比加载和卸载曲线，可以确定可恢复应变和不可恢复应变。可恢复应变是卸载曲线中应变恢复部分，不可恢复应变是加载达到最大应变与卸载后最终剩余应变的差值。

2. 长期观测与时间因素考虑

   蠕变试验中的应变区分：

   在蠕变试验中，对沥青混合料施加恒定荷载，长时间观测应变的发展。蠕变曲线包括迁移期、稳定期和破坏期。

   在迁移期和稳定期，应变主要由可恢复的粘弹性应变和不可恢复的粘性应变组成。通过在不同时间点停止试验并进行卸载操作，可以测量不同时刻的可恢复和不可恢复应变。例如，在稳定期某一时刻卸载，立即恢复的应变是弹性应变，随时间缓慢恢复的是粘弹性应变，剩余的是不可恢复应变。

   松弛试验中的应变分析：

   松弛试验是保持应变不变，观测应力随时间的衰减。虽然主要关注的是应力的变化，但也可以结合应变情况进行分析。

   在松弛试验过程中，可以通过在不同时间点对应变进行微调并观测应力和应变的响应，来判断可恢复和不可恢复应变的比例。例如，当对应变进行微小增加时，如果应力有较大的响应，说明可恢复应变在总应变中所占比例较大。

三、数据处理与分析

1. 数据拟合与模型建立

   利用试验得到的应力 - 应变数据，可以采用流变学模型进行拟合。例如，对于可恢复应变部分，可以采用广义麦克斯韦模型；对于不可恢复应变部分，可以采用宾汉姆模型等。

   通过模型拟合，可以得到模型参数，这些参数能够更精确地描述可恢复和不可恢复应变的特性。例如，广义麦克斯韦模型中的弹性模量和粘弹性松弛时间等参数，可以反映可恢复应变部分的弹性和粘弹性特性。

2. 误差分析与修正

   在测量和数据处理过程中，不可避免地会存在误差。误差来源包括试验设备的精度、试验环境的波动（如温度、湿度）等。

   需要对误差进行分析，例如通过多次重复试验来评估测量结果的重复性和稳定性。对于误差较大的数据点，可以采用数据平滑、剔除异常值等方法进行修正。同时，在计算可恢复和不可恢复应变时，要考虑误差对结果的影响，给出合理的误差范围。