CN106525704A

CN106525704A - 一种沥青路面剩余寿命预测方法

Info

Publication number: CN106525704A
Application number: CN201611108078.0A
Authority: CN
Inventors: 肖月; 陶关玉; 赵宝平; 吴少鹏; 王子鹏; 孙倩; 钟赛
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2017-03-22

Abstract

本发明公开了一种沥青路面剩余寿命预测方法，其特征在于采用燃烧炉法对现场沥青路面的级配以及油石比进行确认，采用荧光分析XRF与X射线衍射XRD对所使用的集料成分进行确认，再使用荧光显微镜对所使用的沥青情况进行确认，然后根据所确认的级配、油石比、沥青以及集料在实验室进行试件成型，最后将成型后的试件进行合理的等效模拟，并在模拟前确定好合适的温度、紫外辐照强度、荷载、降雨量、氧气浓度的相关等效模拟试验条件。最后对模拟后的试件钻芯取样即可测试模拟后试样的疲劳性能来预测所要预测的沥青路面的残留寿命。本发明操作简单，效果显著，不仅考虑了外部环境多因素耦合对沥青路面性能的影响，还采用了合理的有效的方法对沥青路面进行了还原。

Description

一种沥青路面剩余寿命预测方法

技术领域

本发明涉及沥青道路领域，具体涉及一种沥青路面剩余寿命预测方法。

背景技术

沥青路面由于行车舒适、施工周期短等优点在我国高速公路建设中得到了广泛的应用。截止2015年12月，我国高速公路总里程达125373km，高速公路的建设事业推动了我国经济的高速发展。但同时我国高速公路在气候环境以及交通荷载的反复作用下，沥青路面极易产生老化从而使路面易出现早期病害。

尽管国内外针对沥青路面老化的问题做了大量的工作，但针对特定地区沥青混合料真实自然条件下残留老化性能的老化规律的研究较少，同时室内模拟老化也很难针对不同的气候条件、交通量大小做出相应的改变。国内外最常用的两种老化方法为自然法和模拟老化法，其中自然老化法与实际使用状况非常接近因此对沥青老化性能评价相对可靠，然而自然老化法研究周期相对较长，人们希望通过室内加速老化来达到想要的效果，基于如此，人们提出一系列加速老化的试验方法，大多是靠提高温度或者压力来实现加速老化，我国关于老化的试验方法大多是基于SHRP计划中的相关内容采纳的相同的试验方法，而并没有寻求到一种更合适考虑多因素与实际现场情况相一致的方法来还原沥青路面真实的老化情况并采用合理的有效的方法对沥青路面的残留寿命进行准确的预测。

发明内容

本发明目的在于提供一种沥青路面剩余寿命预测的分析方法，该方法操作简单，且能考虑多因素耦合的作用，使之能更好的模拟实际路面的老化，且模拟效果相对与真实情况相一致，准确的预测沥青路面残留性能。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种沥青路面剩余寿命预测方法，包括以下步骤：

1)采用燃烧炉法对待测沥青路面芯样的级配以及油石比进行确认；确认芯样中集料所使用的岩石种类；使用荧光显微镜确认芯样中沥青是基质沥青还是SBS改性沥青；

2)根据所确认的级配、油石比、沥青以及集料进行试件成型，将成型后的试件在模拟老化仪器中老化；其中，确定模拟条件下的等效车辙温度、等效紫外辐照时间、等效荷载时间、等效喷淋时间、等效氧气浓度按以下方式而来：

等效车辙温度：Teff＝28.4+0.92MAAT计算，℃；其中MAAT为根据沥青混合料应用地区的年均平均温度，℃；

等效紫外光照时间：T1＝D*n/24C，其中D为模拟地区年紫外辐射总量W/m²，n为模拟地区路面服役年限，C为模拟紫外灯照射强度W·h/m²。

等效荷载时间：T2＝365N*Nt*η*φ*ζ*f，其中：Nt为设计路面的年平均交通量；η为车道系数；φ为有效轮迹分布系数；ζ为车辙的有效时间分布系数；f为当量小汽车轴载换算系数；N服役年限；

等效喷淋时间：T3＝H*N/h；H为模拟地区年降雨总量，mm/d；N服役年限；h为喷淋速率，mm/d

等效氧气浓度：根据待测沥青路面现场氧气浓度实测参数确定；

3)对模拟老化后的试件钻芯取样，在马歇尔稳定度试验仪上测得待测芯样劈裂最大荷载P，得到最大应力σ_MAX＝0.006287P/h；其中h为芯样厚度；

以不大于最大应力σ_MAX加载进行间接拉伸疲劳试验，得到疲劳方程；

其中，Nf为试件疲劳破坏时的重复载荷作用次数；σ₀为施加的应力，MPa；取对数后根据不同应力水平下得到的疲劳寿命值拟合曲线计算出K值以及n值；

最后根据疲劳方程对沥青路面残留寿命进行预测。

按上述方案，采用燃烧炉法对待测沥青路面的级配以及油石比进行确认的操作标准为JTG E20-2011中T0735-2011所规定的方法。

按上述方案，集料所使用的岩石种类由X射线荧光谱仪XRF以及X射线衍射仪XRD得来。

按上述方案，以不大于最大应力σ_MAX加载进行间接拉伸疲劳试验时，在0.3σ、0.35σ、0.4σ、0.45σ、0.5σ、0.55σ、0.6σ应力比中选择。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明不仅考虑了外部环境多因素耦合对沥青路面性能的影响，还采用了相对合理有效的方法对沥青路面进行了良好的还原。

此方法操作简单，效果显著，通过在实验室对现场沥青路面进行相对完整的还原以及对其在武汉理工大学自行研发的多功能路面材料全寿命分析仪上进行与室外条件相一致的全仿真模拟，达到了对沥青路面残留性能进行准确预测以及对沥青路面残留性能衰减规律做出有意义的指导的显著效果。

附图说明

图1：实施例1间接拉伸疲劳试验结果拟合图。

具体实施方式

实施列1

1.在湖北省汉十高速公路十漫段钻取芯样；

2.在实验室采用燃烧炉法对所钻取的芯样进行集料级配以及油石比的确定；最终确定为：

1)现场芯样上面层所采用级配为SMA-13，油石比为6.3；

2)现场芯样中面层所采用级配为AC-20，油石比为4.3；

3)现场芯样下面层所采用级配为AC-25，油石比为3.7；

3.在实验室采用XRD以及XRF对芯样进行集料成分分析，最终确认集料所使用的岩石种类为上面层为玄武岩，中下面层为白云石；

4.在实验室采用荧光显微镜对芯样沥青进行确认，确认所钻取芯样上面层为是SBS改性沥青，中下面层为基质沥青；

5.完成上诉步骤后，根据所确认的集料成分、集料级配、油石比以及沥青种类在实验室成型车辙板，还原现场沥青路面；

6.根据所需要进行沥青路面残留性能预测分析现场的真实温度、紫外辐照强度、荷载、降雨量、氧气浓度情况，确定影响路面使用性能的最主要的五个因素模拟数值大小，即模拟条件下温度、紫外辐照强度、荷载、降雨量、氧气浓度参数的确定，最终确定模拟数值大小如下：

1)最终确定的等效荷载时间为40h；

2)最终确定的等效车辙温度为49.9℃；

3)最终确定的等效氧气浓度为21％；

4)最终确定的等效紫外光照时间为240d；

5)最终确定的等效喷淋时间为24d。

7.根据所需要进行沥青路面残留寿命预测分析现场的外部情况，按照大型仪器多功能路面材料全寿命分析仪所规定的方法确定影响路面使用性能的最主要的五个因素的试验参数，即模拟条件下温度、紫外辐照强度、荷载、降雨量、氧气浓度参数的确定，最终确定的需要设定的参数如下：

1)最终确定的等效荷载时间为40h；

2)最终确定的等效车辙温度为49.9℃；

3)最终确定的等效氧气浓度为21％；

4)最终确定的等效紫外光照时间为240d；

5)最终确定的等效喷淋时间为24d。

8.对模拟结束后的试件钻芯取样，进行间接拉伸疲劳性能的试验。试验数据见表1所示。

表1

9.对所测得的结果进行合理有效的分析，根据分析结果对汉十高速十漫段沥青路面的残留寿命进行合理的预测，本实例仅举上面层为例，具体试验结果如表1与图1。

根据表中数据拟合方程可以得到n＝3.84643，lgK＝18.12876，K＝1.345*10^18，即可得：

得到此方程后，只需将应力大小输入公式即可得到疲劳寿命。

Claims

1.一种沥青路面剩余寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：

N_{f} = K {(\frac{1}{σ_{0}})}^{n};

最后根据疲劳方程对沥青路面残留寿命进行预测。

2.如权利要求1所述沥青路面剩余寿命预测方法，其特征在于采用燃烧炉法对待测沥青路面的级配以及油石比进行确认的操作标准为JTG E20-2011中T0735-2011所规定的方法。

3.如权利要求1所述沥青路面剩余寿命预测方法，其特征在于集料所使用的岩石种类由X射线荧光谱仪XRF以及X射线衍射仪XRD得来。

4.如权利要求1所述沥青路面剩余寿命预测方法，其特征在于以不大于最大应力σ_MAX加载进行间接拉伸疲劳试验时，在0.3σ、0.35σ、0.4σ、0.45σ、0.5σ、0.55σ、0.6σ应力比中选择。