CN105067420A - 一种薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法 - Google Patents
一种薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法，将薄层沥青混合料罩面材料并分为对照组和试验组，对照组中的试件直接进行劈裂实验，对试验组中的试件进行循环冲击、水损坏和温度变化的试验模拟试件在真实路面上的正常损耗，然后对试验组试件进行劈裂实验，通过对照组和试验组劈裂实验分别计算的劈裂强度得出的冲击动容损伤度的大小来评价薄层沥青混合料罩面材料的耐久性，冲击冻融损伤度越小表明该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强、更能够保证自身结构强度的完整性；反之亦然。本发明的评价方法设计合理、易于操作、数据结论真实可靠，可应用于所有薄层沥青混合料罩面类型中进行耐久性评价。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土桥面的评价技术领域，具体涉及到一种薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法。
背景技术
对普通沥青混合料水稳定性的评价方法主要依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)中介绍的冻融劈裂试验。该试验按标准击实方法成型得到沥青混合料(马歇尔)试件，试件高度为63.5mm，随后将沥青混凝土试件浸入水中，在自然渗透或者真空负压的作用下，使水浸入到沥青混凝土的空隙中；对试件进行冷冻，空隙中的水结冰后体积膨胀11％，对混凝土造成强度破坏；再将试件放入60℃的水中一定试件，进行充分地融化，从而完成一次冻融循环。冻融循环可以对沥青混凝土试件的强度造成一定破坏，是沥青混凝土的强度下降，上述各种试验方法均以冻融前后的劈裂强度比值为评价指标，强度下降少者为优。
薄层沥青混合料罩面是结构厚度薄于一般路面的路面结构形式，主要应用于高等级公路、市政道路的抗滑表层等。在路面的实际使用情况下，行驶作用与水、温度等环境因素相耦合是对路面的主要损害方面，由于罩面结构的厚度薄，自然降水在耦合作用下，极易渗透入沥青混凝土层内部，造成对混凝土结构本身的反复冲刷，尤其是在多雨的夏季，路面温度相对较高，又进一步促进了水对沥青的乳化作用，更加速了对混凝土结构冲刷破坏与侵蚀；薄层沥青混合料罩面结构的厚度减薄导致其温度敏感性提高，低温条件下面层底部最大温度应力急剧增大；厚度减薄还导致在行车荷载路面产生反复垂直冲击和水平剪切作用下，极易出现结构疲劳损伤。因此，模拟实际路面的行车和温度环境，评价薄层沥青混合料罩面结构在冲击荷载、环境温度变化和水侵蚀因素下的耐受情况对薄层沥青混合料罩面的研究和应用具有重要的作用。
薄层沥青混合料罩面抵抗荷载、水、温度耦合作用的性能对磨耗层路用性能的发挥至关重要，但对于薄层沥青混合料罩面，目前尚无评价其耐久性能的方法。
发明内容
为了克服现有技术所存在的不足，本发明提供了一种方法合理、贴近实际、结果可靠、能够真实反映薄层沥青混合料罩面应用在路面上受到荷载、环境温度和水损坏的实际情况，为研究薄层沥青混合料罩面的耐久性提供参考依据的薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是由以下几个步骤组成：
1)取样试件并分组
按照沥青混合料配合设计方法和马歇尔试验方法拌合沥青混合料，取孔隙率相同、尺寸为φ101.6mm×30mm的薄层沥青混合料罩面圆柱体试件4只，将4只试件中部切割为等高度的2份，每份4只，记为对照组和试验组；
2)对照组进行劈裂试验
对对照组中试件做劈裂试验，由下式计算每只试件的劈裂强度TS：
TS＝0.00628×P/h(1)
式(1)中TS为劈裂强度，p为试件最大试验荷载，h为试件厚度；
取对照组中4只试件劈裂强度TS的平均值TS0；
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中试件放入-12℃～-8℃的低温冰箱中冷冻23.5～24.5小时；
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-12℃～-8℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸大于等于试件上表面尺寸的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次；
c)室温，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置15～25分钟，恢复常压状态静置20～40分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻15～17小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温22～26小时，取出放入常温水槽中静置2小时；
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1；
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D：
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中，D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
本发明在步骤1)中所述的薄层沥青混合料罩面圆柱体试件包括所有薄层沥青混合料罩面类型。
本发明的薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法将薄层沥青混合料罩面材料并分为对照组和试验组，对照组中的试件直接进行劈裂实验，对试验组中的试件进行循环冲击、水损坏和温度变化的试验模拟试件在真实路面上的正常损耗，然后对试验组试件进行劈裂实验，通过对照组和试验组劈裂实验分别计算的劈裂强度得出的冲击动容损伤度的大小来评价薄层沥青混合料罩面材料的耐久性，冲击冻融损伤度越小表明该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强、更能够保证自身结构强度的完整性；反之亦然。本发明的评价方法设计合理、易于操作、数据结论真实可靠，可应用于所有薄层沥青混合料罩面类型中进行耐久性评价。
具体实施方式
现结合试验数据和实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。
实施例1
本实施例以常用的薄层沥青混合料罩面类型AC-10为例，评价该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力。
评价方法步骤如下：
1)取样试件并分组
表1薄层罩面沥青混合料AC-10的级配
| 筛孔尺寸(mm) | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 97.5 | 70 | 51.5 | 32 | 26 | 17 | 10 | 5 |
按照表1所示的级配和5.5％的油石比拌合沥青混合料，拌合后的沥青混合料放入马歇尔试验所用的圆柱体试模中，对圆柱体试模双面各击实75次成型，常温下存放24小时脱模，取孔隙率相同、尺寸为φ101.6mm×60mm的圆柱体试件4只，将4只试件由中部切割为等高度的2份，每份4只，每只试件的尺寸为φ101.6mm×30mm，分别标记为对照组和试验组。
2)对照组进行劈裂试验
测量对照组试件的初始厚度，将对照组试件置于25℃恒温水浴箱保温2小时，对对照组中的4只试件做劈裂试验，由下式计算每只试件的劈裂强度TS：
TS＝0.00628×P/h(1)
式(1)中TS为劈裂强度，p为试件最大试验荷载，h为试件厚度。
取对照组中4只试件劈裂强度TS的平均值TS0。
表2对照组试件劈裂试验数据表
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中的4只试件放入-10℃的低温冰箱中冷冻24小时。
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-10℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸为φ101.6mm的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次。
c)室温，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置20分钟，恢复常压状态静置30分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻16小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温24小时，取出放入常温水槽中静置2小时。
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1。
表3试验组试件劈裂试验数据表
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
表4冲击冻融损伤度计算数据表
结论：冲击冻融损伤度D用于评价薄层沥青混合料罩面耐久性，冲击冻融损伤度D数值越小表征了该薄层沥青混合料AC-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强，更能够保证自身结构强度的完整性；反之，冲击冻融损伤度D数值越大则表征该薄层沥青混合料AC-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力较差。
实施例2
本实施例以常用的薄层沥青混合料罩面类型AC-10为例，评价该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力。
评价方法步骤如下：
步骤1)、2)与实施例1相同。
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中的4只试件放入-12℃的低温冰箱中冷冻23.5小时。
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-12℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸为φ102mm的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次。
c)室温，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置15分钟，恢复常压状态静置20分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻15小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温22小时，取出放入常温水槽中静置2小时。
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1。
表5试验组试件劈裂试验数据表
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
表6冲击冻融损伤度计算数据表
结论：冲击冻融损伤度D用于评价薄层沥青混合料罩面耐久性，冲击冻融损伤度D数值越小表征了该薄层沥青混合料AC-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强，更能够保证自身结构强度的完整性；反之，冲击冻融损伤度D数值越大则表征该薄层沥青混合料AC-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力较差。
实施例3
本实施例以常用的薄层沥青混合料罩面类型AC-10为例，评价该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力。
评价方法步骤如下：
步骤1)、2)与实施例1相同。
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中的4只试件放入-8℃的低温冰箱中冷冻24.5小时。
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-8℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸为φ105mm的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次。
c)室温，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置25分钟，恢复常压状态静置40分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻17小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温26小时，取出放入常温水槽中静置2小时。
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1。
表7试验组试件劈裂试验数据表
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
表8冲击冻融损伤度计算数据表
结论：冲击冻融损伤度D用于评价薄层沥青混合料罩面耐久性，冲击冻融损伤度D数值越小表征了该薄层沥青混合料AC-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强，更能够保证自身结构强度的完整性；反之，冲击冻融损伤度D数值越大则表征该薄层沥青混合料AC-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力较差。
实施例4
本实施例以常用的薄层沥青混合料罩面类型SMA-10为例，评价该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力。
评价方法步骤如下：
1)取样试件并分组
表9薄层罩面沥青混合料SMA-10的级配
| 筛孔尺寸(mm) | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 90 | 44 | 24 | 22 | 19 | 16 | 13 | 9 |
按照表5所示的级配和6.5％的油石比拌合沥青混合料，拌合后的沥青混合料放入马歇尔试验所用的圆柱体试模中，对圆柱体试模双面各击实50次成型，常温下存放24小时脱模，取孔隙率相同、尺寸为φ101.6mm×60mm的圆柱体试件4只，将4只试件由中部切割为等高度的2份，每份4只，每只试件的尺寸为φ101.6mm×30mm，分别标记为对照组和试验组。
2)对照组进行劈裂试验
测量对照组试件的初始厚度，将对照组试件置于25℃恒温水浴箱保温2小时，对对照组中的4只试件做劈裂试验，由下式计算每只试件的劈裂强度TS：
TS＝0.00628×P/h(1)
式(1)中TS为劈裂强度，p为试件最大试验荷载，h为试件厚度。
取对照组中4只试件劈裂强度TS的平均值TS0。
表10对照组试件劈裂试验数据表
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中的4只试件放入-10℃的低温冰箱中冷冻24小时。
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-10℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸为φ101.6mm的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次。
c)室温，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置20分钟，恢复常压状态静置30分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻16小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温24小时，取出放入常温水槽中静置2小时。
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1。
表11试验组试件劈裂试验数据表
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
表12冲击冻融损伤度计算数据表
结论：冲击冻融损伤度D用于评价薄层沥青混合料罩面耐久性，冲击冻融损伤度D数值越小表征了该薄层沥青混合料SMA-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强，更能够保证自身结构强度的完整性；反之，冲击冻融损伤度D数值越大则表征该薄层沥青混合料SMA-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力较差。
实施例5
本实施例以常用的薄层沥青混合料罩面类型SMA-10为例，评价该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力。
评价方法步骤如下：
步骤1)、2)与实施例4相同。
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中的4只试件放入-12℃的低温冰箱中冷冻23.5小时。
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-12℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸为φ102mm的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次。
c)室温下，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置15分钟，恢复常压状态静置20分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻15小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温22小时，取出放入常温水槽中静置2小时。
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1。
表13试验组试件劈裂试验数据表
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
表14冲击冻融损伤度计算数据表
结论：冲击冻融损伤度D用于评价薄层沥青混合料罩面耐久性，冲击冻融损伤度D数值越小表征了该薄层沥青混合料SMA-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强，更能够保证自身结构强度的完整性；反之，冲击冻融损伤度D数值越大则表征该薄层沥青混合料SMA-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力较差。
实施例6
本实施例以常用的薄层沥青混合料罩面类型SMA-10为例，评价该薄层沥青混合料罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力。
评价方法步骤如下：
步骤1)、2)与实施例1相同。
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中的4只试件放入-8℃的低温冰箱中冷冻24.5小时。
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-8℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸为φ105mm的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次。
c)室温下，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置25分钟，恢复常压状态静置40分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻17小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温26小时，取出放入常温水槽中静置2小时。
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1。
表15试验组试件劈裂试验数据表
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
表16冲击冻融损伤度计算数据表
结论：冲击冻融损伤度D用于评价薄层沥青混合料罩面耐久性，冲击冻融损伤度D数值越小表征了该薄层沥青混合料SMA-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力越强，更能够保证自身结构强度的完整性；反之，冲击冻融损伤度D数值越大则表征该薄层沥青混合料SMA-10罩面材料抵抗荷载冲击和水温耦合作用的能力较差。
以不同的级配、筛孔通过率和沥青用量应用马歇尔试验方法制成的其他罩面类型的薄层沥青混合料均适用于实施例1的评价方法。
Claims (3)
1.一种薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法，其特征在于由以下步骤组成：
1)取样试件并分组
按照沥青混合料配合设计方法和马歇尔试验方法拌合沥青混合料，取孔隙率相同、尺寸为φ101.6mm×30mm的薄层沥青混合料罩面圆柱体试件4只，将4只试件中部切割为等高度的2份，每份4只，记为对照组和试验组；
2)对照组进行劈裂试验
对对照组中试件做劈裂试验，由下式计算每只试件的劈裂强度TS：
TS＝0.00628×P/h(1)
式(1)中TS为劈裂强度，p为试件最大试验荷载，h为试件厚度；
取对照组中4只试件劈裂强度TS的平均值TS0；
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中试件放入-12℃～-8℃的低温冰箱中冷冻23.5～24.5小时；
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-12℃～-8℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸大于等于试件上表面尺寸的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次；
c)室温，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置15～25分钟，恢复常压状态静置20～40分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻15～17小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温22～26小时，取出放入常温水槽中静置2小时；
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1；
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D：
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中，D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
2.根据权利要求1所述的薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法，其特征在于由以下步骤组成：
步骤1)、2)与权利要求1相同；
3)试验组进行循环冲击、水损坏、温度变化试验
a)将试验组中试件放入-10℃低温冰箱中冷冻24小时；
b)取出试件固定在钢制底座上并放入保温箱中，保温箱内保持-10℃的低温，在保温箱中以配重10kg、冲击面接触尺寸等于试件上表面尺寸的重锤由试件上方0.5m高处自由下落冲击试件表面30次；
c)室温，将试件放入中空容器中，加水浸没试件后封闭容器抽真空，容器在97.3kpa真空度静置20分钟，恢复常压状态静置30分钟，将容器中饱水试件取出由塑料袋包裹放入-18℃的低温冰箱中冷冻16小时，取出放入水温60℃的水浴箱中加热保温24小时，取出放入常温水槽中静置2小时；
4)试验组进行劈裂试验
对试验组中试件做劈裂试验，由(1)式计算每只试件的劈裂强度TS，取试验组中4只试件劈裂强度TS的平均值为TS1；
5)根据下式计算冲击冻融损伤度D：
D＝1-TS1/TS0(2)
式(2)中，D为冲击冻融损伤度，TS1为试验组中4只试件的平均劈裂强度，TS0为对照组中4只试件的平均劈裂强度。
3.根据权利要求1或2所述的薄层沥青混合料罩面耐久性的评价方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的薄层沥青混合料罩面圆柱体试件包括所有薄层沥青混合料罩面类型。
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