CN105651977A - 沥青路面老化模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青路面老化模拟方法，包括以下步骤：通过查询待模拟地区的气候、交通资料，由此计算出车辙等效温度、紫外加速因子、降雨加加速因子、车辙加速因子；根据模拟路面的服役年限，计算出车辙时间、紫外辐照时间、喷淋时间；将车辙试件放入路面材料全寿命分析仪，运行路面材料全寿命分析仪，得到模拟老化的试件；根据多功能路面材料全寿命分析仪对老化试件分析，依据车辙等效温度、紫外加速因子、降雨加加速因子、车辙加速因子对老化程度的影响权重，得到模拟试件的老化程度指数。采用多因数控制的老化方式，与沥青路面的实际服役状况更加吻合。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种沥青混合料老化模拟方法。
背景技术
沥青路面由于具有行车舒适、施工周期短等特点，在我国高速公路建设中得到了广泛的应用。我国经济的高速发展促使交通运输行业的日益繁荣，随着交通量及行车荷载迅速增长，沥青路面的寿命往往达不到设计年限。于此同时，各地的气候气象变化多异，沥青路面在服役过程中的性能影响因数复杂，造成沥青路面病害多发和寿命缩短。
根据美国公路战略研究计划(SHRP)研究发现，对沥青路面选择合理的养护时机，可以延长沥青路面的寿命几年甚至上十年。合理的养护时机的确定是和沥青路面的老化状况密不可分的。现有的老化方法(如TFOT、PAV、STOA、LTOA)主要模拟的沥青及其混合料的热氧老化，但沥青路面的老化受到温度、荷载、紫外辐照强度、湿度、氧气浓度、降雨等多因素耦合作用，因此需要寻求一种多因素老化模拟方法。
发明内容
本发明目的是提供一种考虑到全方位因素的沥青路面老化模拟方法，根据老化的模拟方法对沥青路面选择合理的养护时机，延长沥青路面的寿命。
沥青路面老化模拟方法，包括以下步骤：
1)通过查询待模拟地区的气候、交通资料，由此计算出车辙等效温度、紫外加速因子、降雨加加速因子、车辙加速因子；
2)根据模拟路面的服役年限，计算出车辙时间、紫外辐照时间、喷淋时间；
3)将车辙试件放入路面材料全寿命分析仪，运行路面材料全寿命分析仪，得到模拟老化的试件；
4)根据多功能路面材料全寿命分析仪对老化试件分析，依据车辙等效温度、紫外加速因子、降雨加加速因子、车辙加速因子对老化程度的影响权重，得到模拟试件的老化程度指数：IA＝f(α,β,γ,δ)。
按上述方案，由年平均温度计算所得的车辙等效温度；其计算方法为：α＝30.8-0.12A+0.92B，α为车辙等效温度，℃；A为沥青层的深度，mm；B为模拟地区年平均气温，℃。
按上述方案，由年平均辐照量计算得到紫外加速因子；其计算方法为：β＝D×n÷(C×24×3600)，β为紫外加速因子，C为多功能路面材料全寿命分析仪的紫外辐照强度，W/m2；D为模拟地区的年紫外辐照总量，W/m2；n为模拟路面的服役年限，年。
按上述方案，由年最大暴雨量计算得到降雨加速因子；其计算方法为：γ＝E×n÷F，γ为降雨加速因子，E为模拟地区的最大降雨量，mm；F为多功能路面材料全寿命分析仪的喷淋降雨量，mm。
按上述方案，由日平均交通量计算得到车辙加速因子；其计算方法为：δ＝G×H×I×J×K×n÷(42×2)×365，δ为车辙加速因子，G为车道系数，H为轮迹分布系数，I为温度系数，J为模拟地区日平均交通量，K为平均轴载换算系数。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用多因数控制的老化方式，与沥青路面的实际服役状况更加吻合。
2)沥青路面模拟老化方法所得沥青混合料抽提沥青的性能与实际路面钻芯取样沥青混合料抽提沥青的性能更为接近。
3)沥青路面模拟老化方法可以用于湖北地区沥青路面养护时机的确定。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
以湖北某地区服役1年的路面为例进行沥青路面老化模拟，此路段的沥青层厚A为20mm，年平均气温为16.3℃；年紫外辐照总量D为1.83×108J/m2，多功能路面材料全寿命分析仪的紫外辐照强度C为73W/m2，服役年限n为1；最大降雨量E为280.6mm，多功能路面材料全寿命分析仪的喷淋降雨量F为80mm/d；车道系数G为0.4，轮迹分布系数H为56.8％，温度系数I为0.417，日平均交通量J为20998，平均轴载换算系数K为0.1237。
1)按照常用级配称取集料、矿粉和SBS改性沥青(油石比为5.2)，按照规范要求成型沥青混合料车辙试件。
2)根据所需模拟地区的资料，计算车辙等效温度为α＝30.8-0.12×20+0.92×16.3＝43.4℃；模拟紫外辐照强度为73W/m2，紫外辐照时间为β＝1.83×108×1÷(73×24×3600)＝30d；模拟喷淋降雨量为80mm/d，喷淋时间为γ＝280.6×1÷80＝3.5d；车辙轮碾时间δ＝0.4×56.8％×0.417×20998×0.1237×1÷(42×2)×365＝17.8h。
3)将温度43.4℃、紫外辐照强度73W/cm2、荷载0.7MPa、喷淋量80mm/d等参数输入多功能路面材料全寿命分析仪，并设置各因素对应的时间。
4)运行多功能路面材料全寿命分析仪进行试验，试验完成。
实施例2：
以湖北某地区服役2年的路面为例进行沥青路面老化模拟，此路段的沥青层厚A为20mm，年平均气温为16.3℃；年紫外辐照总量D为1.83×108J/m2，多功能路面材料全寿命分析仪的紫外辐照强度C为73W/m2，服役年限n为2；最大降雨量E为280.6mm，多功能路面材料全寿命分析仪的喷淋降雨量F为80mm/d；车道系数G为0.4，轮迹分布系数H为56.8％，温度系数I为0.417，日平均交通量J为20998，平均轴载换算系数K为0.1237。
1)按照常用级配称取集料、矿粉和SBS改性沥青(油石比为5.2)，按照规范要求成型沥青混合料车辙试件。
2)根据所需模拟地区的资料，计算车辙等效温度为α＝30.8-0.12×20+0.92×16.3＝43.4℃；模拟紫外辐照强度为73W/m2，紫外辐照时间为β＝1.83×108×2÷(73×24×3600)＝60d；模拟喷淋降雨量为80mm/d，喷淋时间为γ＝280.6×2÷80＝7d；车辙轮碾时间δ＝0.4×56.8％×0.417×20998×0.1237×2÷(42×2)×365＝35.6h。
3)将温度43.4℃、紫外辐照强度73W/cm2、荷载0.7MPa、喷淋量80mm/d等参数输入多功能路面材料全寿命分析仪，并设置各因素对应的时间。
4)运行多功能路面材料全寿命分析仪进行试验，试验完成。
实施例3：
以湖北某地区服役3年的路面为例进行沥青路面老化模拟，此路段的沥青层厚A为20mm，年平均气温为16.3℃；年紫外辐照总量D为1.83×108J/m2，多功能路面材料全寿命分析仪的紫外辐照强度C为73W/m2，服役年限n为3；最大降雨量E为280.6mm，多功能路面材料全寿命分析仪的喷淋降雨量F为80mm/d；车道系数G为0.4，轮迹分布系数H为56.8％，温度系数I为0.417，日平均交通量J为20998，平均轴载换算系数K为0.1237。
1)按照常用级配称取集料、矿粉和SBS改性沥青(油石比为5.2)，按照规范要求成型沥青混合料车辙试件。
2)根据所需模拟地区的资料，计算车辙等效温度为α＝30.8-0.12×20+0.92×16.3＝43.4℃；模拟紫外辐照强度为73W/m2，紫外辐照时间为β＝1.83×108×3÷(73×24×3600)＝90d；模拟喷淋降雨量为80mm/d，喷淋时间为γ＝280.6×3÷80＝10.5d；车辙轮碾时间δ＝0.4×56.8％×0.417×20998×0.1237×3÷(42×2)×365＝53.4h。
3)将温度43.4℃、紫外辐照强度73W/cm2、荷载0.7MPa、喷淋量80mm/d等参数输入多功能路面材料全寿命分析仪，并设置各因素对应的时间。
4)运行多功能路面材料全寿命分析仪进行试验，试验完成。
为研究模拟方法的可靠性，将老化模拟后沥青混合料抽提的沥青性能与实际路面转芯取样沥青混合料抽提沥青性能进行对比试验。性能对比试验包括组分分析试验和粘度试验。
采用组分分析试验检测所述老化模拟后沥青混合料以及实际路面钻芯取样沥青混合料抽提沥青的性能，结果见表1。
表1
组分分析的结果表明，实地路面抽提沥青的四组分结果与模拟老化抽提沥青的结果较为接近，特别是芳香分和胶质的总和基本一致，这表明沥青的胶体稳定性指数相差不大，沥青的沥青质含量也相差无几，说明两种不同老化方式的沥青的老化程度基本相同。以上结果表明，所述的老化模拟方法能够很好的模拟湖北地区沥青混合料的老化情况。
选用粘度试验测试所述老化模拟后沥青混合料以及实际路面钻芯取样沥青混合料抽提沥青的粘度性能，结果见表2。
表2
粘度试验的结果表明，模拟老化抽提沥青的粘度与实际路面抽提沥青的粘度在不同温度不同年限下具有较好的相关性。
由上述结果可知，所述老化模拟后沥青混合料抽提的沥青性能与实际路面钻芯取样沥青混合料抽提沥青性能较为接近，说明所述的湖北地区沥青路面老化模拟方法具有较高的可靠性。
Claims (5)
1.沥青路面老化模拟方法，其特征在于包括以下步骤：
1)通过查询待模拟地区的气候、交通资料，由此计算出车辙等效温度、紫外加速因子、降雨加加速因子、车辙加速因子；
2)根据模拟路面的服役年限，计算出车辙时间、紫外辐照时间、喷淋时间；
3)将车辙试件放入路面材料全寿命分析仪，运行路面材料全寿命分析仪，得到模拟老化的试件；
4)根据多功能路面材料全寿命分析仪对老化试件分析，依据车辙等效温度、紫外加速因子、降雨加加速因子、车辙加速因子对老化程度的影响权重，得到模拟试件的老化程度指数：IA＝f(α,β,γ,δ)。
2.如权利要求1所述沥青路面老化模拟方法，其特征在于由年平均温度计算所得的车辙等效温度；其计算方法为：α＝30.8-0.12A+0.92B，α为车辙等效温度，℃；A为沥青层的深度，mm；B为模拟地区年平均气温，℃。
3.如权利要求1所述沥青路面老化模拟方法，其特征在于由年平均辐照量计算得到紫外加速因子；其计算方法为：β＝D×n÷(C×24×3600)，β为紫外加速因子，C为多功能路面材料全寿命分析仪的紫外辐照强度，W/m2；D为模拟地区的年紫外辐照总量，W/m2；n为模拟路面的服役年限，年。
4.如权利要求1所述沥青路面老化模拟方法，其特征在于由年最大暴雨量计算得到降雨加速因子；其计算方法为：γ＝E×n÷F，γ为降雨加速因子，E为模拟地区的最大降雨量，mm；F为多功能路面材料全寿命分析仪的喷淋降雨量，mm。
5.如权利要求1所述沥青路面老化模拟方法，其特征在于由日平均交通量计算得到车辙加速因子；其计算方法为：δ＝G×H×I×J×K×n÷(42×2)×365，δ为车辙加速因子，G为车道系数，H为轮迹分布系数，I为温度系数，J为模拟地区日平均交通量，K为平均轴载换算系数。
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