一种服务形状记忆合金恢复沥青路面变形研究的试验方法与流程

1.本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种服务形状记忆合金恢复沥青路面变形研究的试验方法。


背景技术：

2.在气候条件、行车荷载等多重因素作用下，沥青路面会发生变形，甚至疲劳破坏。因而研究与应用快速、高效、少干扰技术或工艺修复沥青路面技术已成为近几年来道路工程领域研究的方向之一。近几年来，国内少数研究人员已开始将具有变形恢复功能的形状记忆合金材料应用于沥青路面，以期恢复沥青路面变形、修复沥青路面病害等。然而，目前未有关于形状记忆合金应用于沥青路面研究的统一、标准性试验方法。


技术实现要素：

3.针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种体系全面且实施简单的服务形状记忆合金恢复沥青路面变形研究的试验方法。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
5.一种服务形状记忆合金恢复沥青路面变形研究的试验方法，包括以下步骤：在样品成型模具内交替铺设沥青混凝土与布设多根形状记忆合金丝，且邻近所述样品成型模具顶底两侧的为沥青混凝土层，待至所述样品成型模具填满后，按照常规工序成型、脱模，制备预设尺寸的试验样条；将上述试验样条在高于形状记忆合金丝材相变温度的温度环境下，由两端向中间弯曲至预设的变形率后，在低于零摄氏度的温度环境下冷却定型；采用电触发弯曲加工后的试验样条所夹设的形状记忆合金丝测试试验样条的形变恢复情况。
6.在一些技术方案中，所述试验样条弯曲加工完成的标准为满足微变形、较大变形及出现微裂痕变形三种情况中的一种或多种。
7.在一些技术方案中，所述试验样条微变形的变形率为1％-2％；较大变形的变形率为2％-8％；所述出现微裂痕变形为试验样条弯曲加工过程中刚出现微裂纹时的变形率。
8.在一些技术方案中，所述试验样条弯曲加工过程中微变形、较大变形及出现微裂痕变形时的变形率采用以下公式计算获得：
[0009][0010]
其中，δi为变形率；l0为弯曲变形前试验样条的初始长度；li为弯曲变形后试验样条的长度，所述l0与li的单位为：mm。
[0011]
在一些技术方案中，所述的采用电触发弯曲加工后的试验样条所夹设的形状记忆合金丝测试试验样条的形变恢复情况具体采用测试仪器，所述测试仪器通过电脉冲测试线分别与延伸出试验样条两端的形状记忆合金丝端部电连接。
[0012]
在一些技术方案中，所述测试仪器的通电电流满足以下公式：
[0013]
其中，
[0014]
c为单根形状记忆合金丝的比热常数，为535j/kg
·
k；
[0015]
s为单根形状记忆合金丝的端面面积，所述形状记忆合金丝的端面直径为1.5
×
10-4
m；
[0016]
ρ为单根形状记忆合金丝的密度，为6500kg/m3；
[0017]
δt为从环境温度到触发形状记忆合金丝发挥形变恢复作用温度之间的差值，单位℃；
[0018]
ε为单根形状记忆合金丝的电阻率，为0.8
×
10-6
ω
·
m；
[0019]
t为通电时间，单位为s。
[0020]
在一些技术方案中，所述的多根形状记忆合金丝为间隔均匀分布至模长方向的多组，脱模后沿相邻两组之间中线线性切割，制得多个预设尺寸的试验样条。
[0021]
在一些技术方案中，相邻组别之间的间隔距离为10-20mm，任一组别内分布有四根形状记忆合金丝，每根形状记忆合金丝的两端延伸出试验样条的总长度为40-100mm，且每组形状记忆合金丝的端部齐平。
[0022]
在一些技术方案中，所述试验样条为长方体，且弯曲加工前的长度介于100-160mm之间，宽度介于20-40mm之间，高度介于20-50mm之间。
[0023]
在一些技术方案中，所述沥青混凝土由骨料与沥青混合拌制而成，所述骨料的颗粒直径不高于10mm。
[0024]
本发明采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
[0025]
1.设计包含样条制备、变形加工及触发机制在内的多环节全面性测试体系，形成关于形状记忆合金应用于沥青路面研究的统一、标准性试验方法；
[0026]
2.通过在样品成型模具内交替铺设沥青混凝土与布设形状记忆合金丝，形成具有稳定构造的试验样条，在一些技术方案中，采用间隔布设的方式一次制备多个试验样条，操作简单，制备效率提升；
[0027]
3.采用高温弯曲变形、低温定型的变形加工工艺，实施简单，在一些技术方案中，提出了弯曲加工完成的标准：微变形、较大变形及出现微裂痕变形，并针对变形率设计计算公式及阈值范围；
[0028]
4.采用电触发机制测试试验样条的形变恢复情况，成本节约且操作便利，在一些技术方案中，还提出了电触发电流值的计算公式，测试结果准确可靠。
附图说明
[0029]
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图及其标记作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0030]
图1为本发明实施例电触发机制的平面示意图；
[0031]
图2为本发明实施例所述的试验样条的侧面示意图；
[0032]
图3为本发明实施例样品成型模具内形状记忆合金丝布置示意图；
[0033]
图4为本发明实施例所述的试验样条的变形程度示意图。
[0034]
图中标注符号的含义如下：
[0035]
10-试验样条；20-形状记忆合金丝；30-测试仪器；40-电脉冲测试线；50-样品成型模具；61-微变形；62-较大变形；63-出现微裂痕变形。
具体实施方式
[0036]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0037]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0038]
形状记忆合金材料为具有形状记忆效应的功能材料，广泛应用于航天、机械、电子、医疗及日常生活等多个领域。本技术基于形状记忆合金材料在沥青路面变形恢复中的应用设计了包括样条制备、变形加工及触发机制在内的多环节全面性测试体系，形成统一、标准性的试验方法。
[0039]
请参阅图2与图3，在一具体的实施方式之中，给出了样条制备的具体操作步骤，包括：
[0040]
s1、采用常规拌制工艺拌制沥青混凝土，取全部沥青混凝土材料中的一半均匀铺设于样品成型模具50内；
[0041]
需要说明的是，该沥青混凝土由骨料与沥青混合拌制而成，且骨料的颗粒直径≤10mm；该样品成型模具50的长度为300mm，宽度为150mm。
[0042]
s2、然后以间隔布置多组的方式将形状记忆合金丝20分布至样品成型模具50长度方向，任意组别包含有模长方向20-30mm范围内的间隔均匀分布的四根形状记忆合金丝20，每根形状记忆合金丝20的两端延伸出试验样条10的总长度为40-100mm，且每组形状记忆合金丝20的端部齐平，相邻组别之间的间隔距离为10-20mm；
[0043]
s3、布置完形状记忆合金丝20后，用剩下的另一半沥青混凝土材料将样品成型模具50填满并按常规工序成型；
[0044]
s4、在样品成型后，将其从模具中脱出，并沿相邻两组形状记忆合金中间对称地线性切割，将整块样品加工成满足预设尺寸的试验样条10。
[0045]
需要说明的是，该试验样条10为长方体，且弯曲加工前的长度介于100-160mm之间，宽度介于20-40mm之间，高度介于20-50mm之间。
[0046]
该实施方式中，通过在样品成型模具50内交替铺设沥青混凝土与布设形状记忆合金丝20，形成具有稳定构造的试验样条10；采用间隔布设的方式一次制备多个试验样条10，操作简单，制备效率提升。
[0047]
请参阅图4，在另一具体的实施方式之中，示出了本技术试验样条变形加工达标的多种形态，分别为微变形61、较大变形62及出现微裂痕变形63。具体操作方式为：将制备所得的试验样条10在高于形状记忆合金丝材相变温度的温度环境下，由两端向中间弯曲至预设的变形率后，迅速将已弯曲变形的试验样条10置于零摄氏度以下的温度环境中冷却定
型，冷却时间至少为10min，进而获得测试所用的弯曲变形的试验样条10。
[0048]
在一较佳的实施方式中，试验样条10微变形的变形率为1％-2％；较大变形的变形率为2％-8％；出现微裂痕变形为试验样条10弯曲加工过程中刚出现微裂纹时的变形率。
[0049]
本技术还给出了前述变形率的具体计算公式：其中，δi为变形率；l0为弯曲变形前试验样条的初始长度；li为弯曲变形后试验样条的长度，l0与li的单位为：mm。
[0050]
该实施方式中，采用高温弯曲变形、低温定型的变形加工工艺，实施简单，并且提出了弯曲加工完成的标准：微变形61、较大变形62及出现微裂痕变形63，并针对变形率设计计算公式及阈值范围。
[0051]
请参阅图1，在又一具体的实施方式之中，示出了触发机制的具体构成，包括测试仪器30，该测试仪器30通过电脉冲测试线40分别与延伸出试验样条10两端的形状记忆合金丝20端部电连接，通过测试仪器30接通的电流施加至形状记忆合金端部一定的脉冲信号，从而测试弯曲变形的形状记忆合金对于试验样条10的形变恢复情况。
[0052]
在一较佳的实施方式之中，具体给出了该测试仪器的通电电流计算公式：
[0053]
其中，
[0054]
c为单根形状记忆合金丝的比热常数，为535j/kg
·
k；
[0055]
s为单根形状记忆合金丝的端面面积，所述形状记忆合金丝的端面直径为1.5
×
10-4
m；
[0056]
ρ为单根形状记忆合金丝的密度，为6500kg/m3；
[0057]
δt为从环境温度到触发形状记忆合金丝发挥形变恢复作用温度之间的差值，单位℃；
[0058]
ε为单根形状记忆合金丝的电阻率，为0.8
×
10-6
ω
·
m；
[0059]
t为通电时间，单位为s。
[0060]
该实施方式中，采用电触发机制测试试验样条10的形变恢复情况，成本节约且操作便利，并且还提出了电触发电流值的计算公式，测试结果准确可靠。
[0061]
本技术基于形状记忆合金材料在沥青路面变形恢复中的应用设计了包括样条制备、变形加工及触发机制在内的多环节全面性测试体系，提出了加工变形计算公式与范围，以及电触发通过电流值的计算公式，使得本领域技术人员仅仅依靠本技术即可实施形状记忆合金恢复沥青路面变形研究的试验，适于广泛推广应用，具有现实价值，且对本领域具有推动作用。
[0062]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。