CN105241761A - 一种沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及“一种沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法”属于道路建设及养护技术领域。本评价方法中，分别成型45°斜剪试件与圆柱体试件，以50mm/min的加载速率测定25、40、60℃下的最大破坏荷载并计算抗剪强度值，得到剪切强度比。按照最大破坏荷载的0.2～0.7倍的某一固定值对斜剪试件进行加载，荷载采用半正矢波形进行加载，加载频率为10Hz，重复多次加载直至试件破坏，试件破坏时对应的加载次数即为该应力水平下的结构寿命。该评价方法简单易操作，对沥青路面层间粘结抗剪切性能评价具有重要意义。

Description

一种沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法

技术领域

本发明属于路面工程领域，是一种用于沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法，用于评价沥青路面层间粘结强度及结构耐久性。

背景技术

近年来，国内的道路建设迎来了高潮，道路建设取得了辉煌的成绩。以北京为例，随着高速公路、高等级城市道路等骨架道路的相继建成，北京市的道路网络基本形成，道路的畅通为北京市的发展和繁荣提供了基础保障，对于城市功能发挥起着至关重要的作用。

但是，随着交通量和车辆荷载的激增，我国道路沥青路面的早期损坏比较普遍，有些道路在建成通车后2～3年甚至更短的时间内就产生严重地破坏，例如泛油、内部松散、坑洞、泛浆等等。早期损坏的发生不仅降低了道路使用性能，而且增加了路面寿命周期成本，给道路建设和养护造成了巨大的经济损失。

为了提高沥青路面的质量，在我国的路面实践中采用了许多新的技术，如采用SHRP沥青评价技术、SUPERPAVE的混合料设计技术、SMA路面、聚合物改性沥青和纤维改性沥青等。这些技术的应用虽然在一定程度上改善了路面质量，但路面早期损坏依然存在。沥青路面层间粘结不良是造成上述病害的重要原因之一，如何评价层间粘结强度及耐久性成为亟需解决的问题。目前，对沥青路面层间粘结的方法主要依靠现场的拉拔试验，由于现场测试条件所限，精度与效率相对较低，且该方法为施工后评价，无法为层间粘结的材料优选与评价提供可靠的依据。

申请公开号为CN201110440697的中国发明专利，公开了一种用于测试复合式路面结构的层间剪切疲劳测试装置及方法，斜角为26°34′，试件从上至下依次为沥青混凝土面层、粘结层和水泥混凝土基层。研究表明，在干燥的沥青路面紧急制动时，水平力系数最大至为0.95～1，取最不利情况为1，即沥青路面所受的水平应力与竖向应力相等，力的分解可知，水平力与合力的夹角为45°。上述方法针对复合式路面结构提出，显然不适用于沥青路面层间粘结状况的评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法，该方法采用目前常用的材料通用试验机进行试验，操作便捷，适用性强，可准确模拟沥青路面的实际受力情况。

本发明的沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法包括如下步骤：

1)待测试斜剪试件的准备：将两个45°斜角试件摞合形成完整的圆柱体测试斜剪试件；两45°斜角试件由旋转压实成型，其接触面与水平面成45°斜角；

2)待测试斜剪试件的固定：待测试斜剪试件置于试验装置中，所述试验装置包括环境箱、加载系统、数据采集系统、压块、滑动垫块、支撑台；加载系统的加载杆下端接压块，滑动垫块放置在支撑台上；待测试斜剪试件放置于压块与滑动垫块之间；

3)最大破坏荷载测定：启动加载系统，使加载系统的加载杆以50mm/min的速率对试件进行加压直至破坏，试件受压时对应的荷载峰值即为最大破坏荷载，计算得出沥青路面层间抗剪强度；

4)结构寿命的测定：启动加载系统，按照最大破坏荷载的0.2～0.7倍的某一固定值对试件进行加载，荷载采用半正矢波形进行加载，加载频率为10Hz，重复多次加载直至试件破坏，试件破坏时对应的加载次数即为该应力水平下的结构寿命。

所述45°斜角试件的成型步骤为：将带45°斜角的圆柱形垫块作为底座放置于旋转压实仪的试模中，将拌制的沥青混合料倒入试模中进行旋转压实成型；将成型好的试件脱模冷却至室温，将垫块取出；将粘层油按照规定的撒布量均匀涂抹到成型好的试件上表面，将试件重新放置于试模中；将拌制好的沥青混合料倒入试模中，再次进行旋转压实成型；成型完成后，将斜剪试件脱模冷却至室温。

所述45°斜角试件尺寸为直径为100mm，高度为150mm。

所述压实成型的次数为100次。

所述粘层油可为乳化沥青、热沥青。

所述启动加载系统之前，将加载杆调整至适当位置，以便将斜剪试件放入到压块和滑动垫块之间，再次调整加载杆的位置，使加载杆与压块接触。

所述步骤(3)的测定温度分别为25、40、60℃；按照力的分解，分别得出了45°斜剪试件与圆柱体试件的最大破坏荷载、抗剪强度，将45°斜剪试验测得的抗剪强度与混合料破坏时的抗剪强度的比值定义为剪切强度比。

所述步骤(4)的测定温度分别为25、40、60℃。

本发明提供了一种沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法，本发明具有以下优点：

1.斜剪试件的拼接采用45°，能够模拟沥青路面行车荷载在最不利条件下的剪切状况。采用45°主要原因为城市道路的公交车站与交叉口路段、高速公路收费站区段，车辆频繁起步、制动，加之车辆超载现象日益严重，使得沥青路面受到较大的水平荷载，在水平荷载下容易出现层间剪切破坏或疲劳剪切破坏。研究表明，在干燥的沥青路面紧急制动时，水平力系数最大至为0.95～1，取最不利情况为1，即沥青路面所受的水平应力与竖向应力相等，力的分解可知，水平力与合力的夹角为45°。因此，本发明的检测装置具有理与实践基础，具备科学性与实用性。采用本发明的斜剪试件，则加载固定为竖直方向，操作方便。

2.采用本发明的斜剪试件，试验仪器结构简单、易于操作，加载设备可采用目前广泛使用的材料试验机，试验精度高且易于推广应用。本测试方法可根据路面使用环境与沥青路面结构类型，设置不同的环境温度与试件尺寸进行试验。

3.现有沥青路面层间粘结的测试方法多为现场测试方法，试验效率低，只能测试拉拔强度值，评价手段单一，且现场测试受到试验设备的限制，测试精度相对较低。本发明在实验室采用高精度的试验机对沥青路面层间结构进行45°斜剪试验，可以模拟路面层间的受力状态，测试不同受力条件下的抗剪强度值与结构疲劳寿命。

本发明与已公开专利(申请专利号为CN201110440697)的测试夹具、试件制作方法、测试对象完全不同，在测试方法上也有所区别。CN201110440697的测试对象为水泥混凝土路面加铺沥青路面的复合式路面结构的层间粘结情况，其试件制备采用的是先浇筑水泥混凝土试块，再采用自制的加高的马歇尔试模制备沥青混合料试件的方式，剪切的角度为26°34′，且其测试夹具的支撑块为凹陷的半圆柱体，上述试验条件均与本发明专利存在明显差异。本发明测试对象为沥青路面的层间粘结情况，采用经旋转压实成型的45°斜角拼接试件加载，更接近于沥青路面的实际受力情况。

说明书附图

图1沥青路面层间粘结强度与结构耐久性测试示意图，

图2拼接后的待测试斜剪试件示意图，

图3成型的45°斜角试件，

图中各标号列示如下：

1—加载杆，2—环境箱，3—压块，4—待测试斜剪试件，5—滑动垫块，6—控制器，7—45°斜角试件。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例：

1.待测试斜剪试件的制备

(1)本发明所用斜剪试件为圆柱体，是由两个经旋转压实成型的45°斜角试件7拼接而成。所述45°斜角试件7的成型步骤为：将带有45°斜角圆柱垫块作为底座放置于旋转压实仪的试模中，将拌制的沥青混合料倒入试模中进行旋转压实成型；将成型好的45°斜角试件脱模冷却至室温，将特制垫块取出；将粘层油按照规定的撒布量均匀涂抹到成型好的斜角试件上表面，将斜角试件重新放置于试模中充当底座；将拌制好的沥青混合料倒入试模中，再次进行旋转压实成型；成型完成后，将试件脱模冷却至室温；成型后的斜剪试件尺寸为直径为100mm，高度为150mm。

(2)采用旋转压实的方式成型与上述试件高度相同圆柱体试件。

2.试验准备

将制备好的待测试斜剪试件4放入环境箱2进行保温，保温时间4h以上，试验温度分别为25、40、60℃。温度对沥青路面性能以及层间粘结能力的影响最为显著，本发明设置了三个温度条件，分别验证路面在常温和高温作用下的层间粘结能力。

3.抗剪强度试验

(1)将加载杆1调整至适当位置，以便将待测试斜剪试件4放入到压块3和滑动垫块5之间，再次调整加载杆1的位置，使加载杆1与压块3接触；启动加载系统，使加载杆1以50mm/min的速率对待测试斜剪试件4进行加压直至破坏，试件受压时对应的荷载峰值即为最大破坏荷载，计算得出沥青路面层间抗剪强度值。

(2)按照上述加载方式对成型的圆柱体试件进行测试，得出试件受压时对应的荷载峰值即为最大破坏荷载，按照力的分解，计算得出45°斜面上对应的荷载峰值与剪切强度值。

4.数据处理

控制器6分别连接电脑和加载系统，是电脑软件操作指令转化为加载动作的信号转化装置。试验分别得出了45°剪切试件与圆柱体试件的最大破坏荷载、抗剪强度，将45°斜剪试件测得的抗剪强度与混合料破坏时的抗剪强度的比值定义为剪切强度比。

表1沥青路面层间剪切强度及应力强度比(高黏乳化沥青)

表2沥青路面层间剪切强度及应力强度比(普通乳化沥青)

表3沥青路面层间剪切强度及应力强度比(无粘层油)

4.剪切疲劳试验

将加载杆1调整至适当位置，以便将待测试斜剪试件4放入到压块3和滑动垫块5之间，再次调整加载杆1的位置，使加载杆1与压块3接触；启动加载系统，按照最大破坏荷载的0.2～0.7倍的某一固定值对试件进行加载，荷载采用半正矢波形进行加载，加载频率为10Hz，重复多次加载直至待测试斜剪试件4破坏，试件破坏时对应的加载次数即为该应力水平下的结构寿命。

表4不同温度下沥青路面层间剪切疲劳寿命(高黏乳化沥青)

表5不同温度下沥青路面层间剪切疲劳寿命(普通沥青)

表6不同温度下沥青路面层间剪切疲劳寿命(无粘层油)

通过以上实施例可以看出，无论是沥青路面层间剪切强度及应力强度比还是剪切疲劳寿命，在沥青路面层间粘结分别使用高黏乳化沥青、普通乳化沥青以及不撒布粘层油三种情况均能有效区分，且试验结果规律性较好，说明该评价方法科学、合理、准确。

Claims (8)

1.一种沥青路面层间粘结强度及耐久性的评价方法，包括如下步骤：

1)待测试斜剪试件的准备：将两个45°斜角试件摞合形成完整的圆柱体测试斜剪试件；两45°斜角试件由旋转压实成型，其接触面与水平面成45°斜角；

2)待测试斜剪试件的固定：待测试斜剪试件置于试验装置中，所述试验装置包括环境箱、加载系统、数据采集系统、压块、滑动垫块、支撑台；加载系统的加载杆下端接压块，滑动垫块放置在支撑台上；待测试斜剪试件放置于压块与滑动垫块之间；

3)最大破坏荷载测定：启动加载系统，使加载系统的加载杆以50mm/min的速率对试件进行加压直至破坏，试件受压时对应的荷载峰值即为最大破坏荷载，计算得出沥青路面层间抗剪强度；

4)结构寿命的测定：启动加载系统，按照最大破坏荷载的0.2～0.7倍的某一固定值对试件进行加载，荷载采用半正矢波形进行加载，加载频率为10Hz，重复多次加载直至试件破坏，试件破坏时对应的加载次数即为该应力水平下的结构寿命。

2.根据权利要求1所述的方法，所述45°斜角试件的成型步骤为：将带45°斜角的圆柱形垫块作为底座放置于旋转压实仪的试模中，将拌制的沥青混合料倒入试模中进行旋转压实成型；将成型好的试件脱模冷却至室温，将垫块取出；将粘层油按照规定的撒布量均匀涂抹到成型好的试件上表面，将试件重新放置于试模中；将拌制好的沥青混合料倒入试模中，再次进行旋转压实成型；成型完成后，将斜剪试件脱模冷却至室温。

3.根据权利要求2所述的方法，所述45°斜角试件尺寸为直径为100mm，高度为150mm。

4.根据权利要求2所述的方法，所述压实成型的次数为100次。

5.根据权利要求2所述的方法，所述粘层油可为乳化沥青、热沥青。

6.根据权利要求1所述的方法，所述启动加载系统之前，将加载杆调整至适当位置，以便将斜剪试件放入到压块和滑动垫块之间，再次调整加载杆的位置，使加载杆与压块接触。

7.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(3)的测定温度分别为25、40、60℃；按照力的分解，分别得出了45°斜剪试件与圆柱体试件的最大破坏荷载、抗剪强度，将45°斜剪试验测得的抗剪强度与混合料破坏时的抗剪强度的比值定义为剪切强度比。

8.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(4)的测定温度分别为25、40、60℃。