CN102519812B - 沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，包括以下步骤：先根据沥青路面结构的层厚或沥青混合料的规格成型拟进行单轴动载试验用的测试试件；确定单轴动载试验用的压头尺寸；利用压头对测试试件进行循环单轴动载试验，获得该测试试件的变形-荷载次数曲线；最后根据变形-荷载次数曲线测算出该测试试件的动稳定度及变形速率；再根据测算出的动稳定度及变形速率即可评价出沥青路面结构或沥青混合料的高温稳定性。本发明的评价方法具有步骤简单、测试设备投入小、测试操作方便、测量结果准确可靠等优点。

Description

沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法

技术领域

本发明涉及一种建筑结构及建筑材料的性能评价方法，尤其涉及一种建筑结构及建筑材料的高温稳定性的性能评价方法。

背景技术

近20年来，我国公路建设发展迅猛，但由于我国高等级公路建设起步晚、技术力量储备少、优质材料不足、气候特征复杂和交通量大、超载严重等原因，导致我国沥青路面在建成通车后就相继出现车辙、开裂、泛油、坑槽等早期损坏，其中，由于路面结构与沥青混合料的高温稳定性不足而引起的车辙是沥青路面较为普遍、危害较大的破坏现象。目前尚缺乏有效的对沥青路面结构高温稳定性进行评价的方法和手段，现今对沥青混合料的高温稳定性评价主要采用车辙试验与蠕变试验。车辙试验由于加载方式、试件中应力分布状况及变形数据采集方面的不足，目前只能作为沥青混合料高温稳定性的工程经验模拟试验，不能获得沥青混合料的力学参数，也不能对路面结构的高温稳定性进行评价，不能用于理论研究及车辙预估；而蠕变试验的试件内每一点的受力状态完全一致，这与路面中不同位置的沥青混合料的受力状态不同的特点存在差异，因此蠕变试验只适合研究在特定力学状态(荷载和围压)下的材料性能。有鉴于此，本领域需要有研发一种可靠性好、精度高、且又能体现路面实际受力状况的高温稳定性评价方法，以更加科学客观地评价沥青路面结构和沥青混合料的高温稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种步骤简单、测试设备投入小、测试操作方便、测量结果准确可靠的沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，包括以下步骤：

(1)根据所述沥青路面结构的层厚或沥青混合料的规格成型拟进行单轴动载试验用的测试试件；

(2)确定所述单轴动载试验用的压头尺寸；

(3)利用所述压头对所述测试试件进行循环单轴动载试验(对于同一沥青路面结构或同一沥青混合料来说，一般至少进行3轮循环单轴动载平行试验)，获得该测试试件的变形-荷载次数曲线(可采用位移感应器测定并记录每次加载后测试试件的变形值)；

(4)根据所述的变形-荷载次数曲线测算出该测试试件的动稳定度及变形速率；再根据测算出的动稳定度及变形速率即可评价出沥青路面结构或沥青混合料的高温稳定性。动稳定度越大、变形速率越小，则沥青路面结构或沥青混合料的高温稳定性越好；动稳定度越小、变形速率越大，则沥青路面结构或沥青混合料的高温稳定性越差。

上述的沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，所述压头尺寸优选通过如下方法步骤确定：首先，结合所述沥青路面结构的厚度或沥青混合料的公称粒径，选取不同厚度或公称粒径倍数下对应的压头尺寸大小，使压头尺寸大于所述沥青路面结构的厚度，并使压头尺寸为所述沥青混合料公称粒径的3倍以上(一般初步拟定三种以上不同直径大小的压头即可)，然后通过有限元方法计算出各压头下所述测试试件内的应力分布状况；再将计算出的各应力分布状况与实际轮载下沥青路面结构的应力分布(同样可通过有限元方法计算出来)进行对比，在二者应力状态一致的情形下，确定出压头的直径大小。

上述的沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，所述压头的直径优选为4cm～10cm。所述测试试件优选为板式试件。

上述的沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，所述循环单轴动载试验的试验条件优选为：温度控制在40℃～70℃，试验加载为间歇半正弦波加载(符合交通状况下受力状态)，单次加载时间0.02s～0.5s，单次卸载时间为0.1s～6s，加载的荷载压强大小为0.025MPa～1.782MPa。该荷载压强范围对应的荷载作用力的可选范围为0.2kN～14kN，施加荷载的大小可模拟欠载、正常荷载、超载等多种情形。

上述的沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，所述动稳定度及变形速率的测算方法主要是指：先根据所述的变形-荷载次数曲线，划分出迁移期和稳定期(应变迅速增大，应变速率随时间增长而逐渐减小的阶段为迁移期；应变增长稳定，应变速率基本保持不变的阶段为稳定期)；然后在稳定期所在的区间内任意选择两点A(n₁，d₁)和B(n₂，d₂)，其中，n₁、n₂分别为A点和B点对应的荷载次数，d₁、d₂分别为A点和B点对应的变形量(单位：mm)，再根据公式

和计算出所述测试试件在n₂-n₁范围内的动稳定度DS及测试试件在n₂-n₁范围内的变形速率DR。动稳定度DS的单位为：次/mm；变形速率的单位为：mm/次。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的技术方案既可对沥青路面结构层进行高温稳定性评价，又可对沥青混合料进行高温稳定性评价，通用性强，适用范围广；

(2)相比现有的车辙试验测试法，本发明评价方法中的加载方式更接近实际情况，更有利于保证测试结果的准确性。

另外，本发明的评价方法中测试装置能为测试试件提供围压，能够更加接近于路面的实际受力状况；本发明的测试装置也相对简单、便宜，测试过程简单明确，评价结果稳定可靠。

附图说明

图1为本发明实施例中绘制的变形-荷载次数曲线图。

图2为本发明实施例中循环单轴动载试验装置的主视图。

图3为本发明实施例中循环单轴动载试验装置的俯视图。

图例说明：

1、环境箱承台；2、球形钢珠；3、压头；4、水平孔槽；5、橡胶垫；6、试模；7、环境箱；8、位移感应器；9、磁力架；10、加载杆；11、加载头；12、升降杆。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例：

一种如图2、图3所示的应用于本发明评价方法中的可模拟轮胎荷载作用的循环单轴动载试验装置，该循环单轴动载试验装置包括一环境箱7，环境箱7内置放有一可变厚度的组合式试模6，试模6上方对应设置有一试验加载装置。该试验加载装置包括与试验机相连的加载杆10、压头3和安装于压头3上的位移感应装置。加载杆10的端部设有一加载头11，加载头11与加载杆10的本体部分螺纹连接。

本实施例中，加载杆10端部的加载头11和压头3的顶部均设成球冠状的凹槽，加载头11通过置放于前述两凹槽间的球形钢珠2与压头3的顶部相衔接。本实施例中的压头3呈一圆台状，其底面为一圆形的加载面，加载面上覆设有一橡胶垫5，橡胶垫5的硬度在60℃时维持在78度(JIS)。压头3通过橡胶垫5作用于待测的板式试件表面中心，板式试件由试模6固定，试模6放置在环境箱7中的环境箱承台1上。

本实施例的位移感应装置包括一对位移感应器8和磁力架9(分别位于加载杆10的两侧)，位移感应器8的一端(即测试端)安装于压头3背面开设的水平孔槽4内(并可根据试验实际操作情况上下调节和移动位移感应器的安装位置)，位移感应器8的另一端通过磁力架9连接在环境箱7的升降杆12上。

一种本发明的沥青路面结构(或沥青混合料)高温稳定性的评价方法，包括以下步骤：

(1)按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T0703-1993方法成型测试试件，对于本实施例模拟沥青路面结构的试件按照各面层材料及其厚度分层压实成型(对于评价沥青混合料的试件可采用5cm厚试模成型)，本实施例的测试试件为平面尺寸30cm×30cm的板式试件，至少成型三个平行试件，成型好的测试试件置于室温中冷却，12小时后可用。

(2)初步拟定4cm、7cm、8cm、10cm四种直径大小的压头3，计算各尺寸压头下上述板式试件内的应力分布状况，再对比分析不同直径的压头下板式试件与实际轮载下路面结构的应力分布(通过有限元方法计算实际轮载下多种典型路面结构内应力分布状况)，在二者应力状态一致的情形下，结合沥青路面结构的厚度和沥青混合料公称粒径要求，确定出本实施例所采用的压头的合适直径D为10cm。

(3)开始进行定点循环单轴动载试验，采用上述直径为10cm的压头3，压头下方加垫有直径10cm、厚1.5cm的橡胶垫5，橡胶硬度78±2(JIS60℃)，确保压头3与橡胶垫5重合且位置在测试试件表面中心，试验温度为60℃(将试件和压头3控温于60℃环境箱7中，确保试件的保温时间在7h以上，如果是测试沥青混合料，则保温5h以上即可)，开启试验机，使加载杆10端部的加载头11与球形钢珠2接触，由加载试验机提供所需要模式的加载力，加载力传导到压头3的加载面上，并通过橡胶垫5作用于待测的板式试件的中心；通过试验机控制加载力的大小，标准轴载对应的压强为0.7MPa，则根据压头尺寸计算出施加的加载力大小为5.5kN，为模拟路面实际情况；试验过程中采用带间歇时间的半正弦波加载，单次加载时间0.1s，间歇时间1.8s(即单次卸载时间)，加载的荷载压强大小为0.7MPa(0.025MPa～1.782MPa均可)，该荷载压强范围对应的荷载作用力为5.5kN(0.2kN～14kN)，重复进行3轮本步骤的循环单轴动载平行试验。采集试验过程中受压区试件每次加/卸载的变形数据，将采集的变形量数据作为纵坐标，作用次数作为横坐标绘制出如图1所示的变形-荷载次数曲线。

(4)根据所述的变形-荷载次数曲线划分出迁移期和稳定期；应变迅速增大、应变速率随时间增长而逐渐减小的阶段为迁移期；应变增长稳定、应变速率基本保持不变的阶段为稳定期；然后在稳定期所在的区间内任意选择两点A(n₁，d₁)和B(n₂，d₂)，其中，n₁＝2450、n₂＝3300分别为A点和B点对应的荷载次数，d₁＝1.20、d₂＝1.43分别为A点和B点对应的变形量(单位：mm)，再根据公式和

计算出所述测试试件在n₂-n₁范围内的动稳定度DS＝3696次/mm，测试试件在n₂-n₁范围内的变形速率DR＝2.6×10^-4mm/次。动稳定度DS的单位为：次/mm；变形速率的单位为：mm/次。

上述实施例的描述仅是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以不经过创造性的劳动，很容易地对这些实施例做出各种修改，并将其所包含的技术思想应用到其他实施例中。因此本发明的保护范围不限于以上实施例，对于未脱离本发明核心技术方案所做出的改进和规避都在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，包括以下步骤：

（1）根据所述沥青路面结构的层厚或沥青混合料的规格成型拟进行单轴动载试验用的测试试件；

（2）确定所述单轴动载试验用的压头尺寸；所述压头尺寸通过如下方法步骤确定：首先，结合所述沥青路面结构的厚度或沥青混合料的公称粒径，选取不同厚度或公称粒径倍数下对应的压头尺寸大小，使压头尺寸大于所述沥青路面结构的厚度，并使压头尺寸为所述沥青混合料公称粒径的3倍以上；然后用有限元方法计算出各压头下所述测试试件内的应力分布状况；再将计算出的各应力分布状况与实际轮载下沥青路面结构的应力分布进行对比，在二者应力状态一致的情形下，确定出压头的直径大小；所述压头的直径为4cm～10cm；所述测试试件为板式试件；

（3）利用所述压头对所述测试试件进行循环单轴动载试验，获得该测试试件的变形-荷载次数曲线；所述循环单轴动载试验是通过一可模拟轮胎荷载作用的循环单轴动载试验装置进行的，该循环单轴动载试验装置包括一环境箱，环境箱内置放有一可变厚度的组合式试模，试模上方对应设置有一试验加载装置；该试验加载装置包括与试验机相连的加载杆、压头和安装于压头上的位移感应装置；加载杆的端部设有一加载头，加载头与加载杆的本体部分螺纹连接；加载杆端部的加载头和压头的顶部均设成球冠状的凹槽，加载头通过置放于前述两凹槽间的球形钢珠与压头的顶部相衔接；压头呈一圆台状，其底面为一圆形的加载面，压头通过橡胶垫作用于待测的板式试件表面中心，板式试件由试模固定，试模放置在环境箱中的环境箱承台（1）上；位移感应装置包括一对位移感应器和磁力架，位移感应器的一端安装于压头背面开设的水平孔槽内，位移感应器的另一端通过磁力架连接在环境箱的升降杆上；

（4）根据所述的变形-荷载次数曲线测算出该测试试件的动稳定度及变形速率；再根据测算出的动稳定度及变形速率即可评价出沥青路面结构或沥青混合料的高温稳定性；动稳定度越大、变形速率越小，则沥青路面结构或沥青混合料的高温稳定性越好；动稳定度越小、变形速率越大，则沥青路面结构或沥青混合料的高温稳定性越差。

2.根据权利要求1所述的沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，其特征在于，所述循环单轴动载试验的试验条件为：温度控制在40℃～70℃，试验加载为间歇半正弦波加载，单次加载时间0.02s～0.5s，单次卸载时间为0.1s～6s，加载的荷载压强大小为0.025MPa～1.782MPa。

3.根据权利要求1或2所述的沥青路面结构或沥青混合料高温稳定性的评价方法，其特征在于，所述动稳定度及变形速率的测算方法主要是指：先根据所述的变形-荷载次数曲线划分出迁移期和稳定期，然后在稳定期所在的区间内任意选择两点A（n₁，d₁）和B（n₂，d₂），其中，n₁、n₂分别为A点和B点对应的荷载次数，d₁、d₂分别为A点和B点对应的变形量，再根据公式和

计算出动稳定度DS及变形速率DR。

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