CN107505064A - 一种沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法 - Google Patents

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张国付
吴少鹏
赵之杰
赵美玲
胡锦轩
汪曾峰
刘全涛
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Abstract

本发明公开了一种沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法。检测待模拟沥青混凝土路面的实际太阳辐射变化周期和温度场变化规律并记录；利用紫外灯的紫外光辐射模拟太阳辐射，利用空气温度调节器调节气温；在全厚度沥青混凝土试件中产生温度场，稳定后用红外相机测试试件表面温度分布，在表面温度场红色区内钻孔，钻孔深度分别达到全厚度沥青混凝土试件各面层的中间深度，并安装温度传感器；根据沥青混凝土试件内部温度测量结果，调节气温以及紫外光强度，使沥青混凝土试件产生与待模拟沥青混凝土路面实际温度场相当的温度分布。本发明模拟出的温度场十分接近实际路面的温度场，可以为道路研究人员提供准确的参考数据，也有助于分析沥青路面的破坏过程。

Description

一种沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法。
背景技术
沥青混凝土路面在使用过程中，受到车辆荷载和气候环境因素的综合作用，导致路面路用性能逐渐下降。沥青作为一种典型的温度敏感性材料，沥青混凝土路面路用性能受到温度的影响尤其明显。沥青路面的各种常见破坏形式，如高温车辙、老化、低温开裂以及疲劳破坏等都直接与路面温度及其分布状况有关。
实际沥青混凝土路面在使用过程中，因为太阳辐射、气流等原因，沥青路面温度从表面到内部不同深度，存在一定的温度梯度。而室内模拟沥青混凝土在使用过程中发生高温车辙破坏，如汉堡车辙试验、沥青混合料车辙试验等，都是采用电热管加热方式在60℃或45℃等恒定的温度条件下进行；其它的如室内模拟沥青混凝土老化过程、疲劳和低温开裂破坏也都是保持气温在某一恒定的温度条件下进行。这些模拟实验中，无论是单一的恒定温度场和温度产生的来源，都与实际路面情况不相符，导致模拟试验车辙、裂缝形成以及老化规律与实际情况不相符。
发明内容
本发明目的在于提供一种模拟沥青混凝土路面温度场的方法，以改进沥青混凝土路面性能评价过程中温度场的模拟不能反映实际路面情况的问题。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，包括以下步骤：
检测待模拟沥青混凝土路面的实际太阳辐射变化周期和温度场变化规律并记录；
利用紫外灯的紫外光辐射模拟太阳辐射，利用空气温度调节器调节气温；在全厚度沥青混凝土试件中产生温度场，处于稳定状态后用红外相机测试试件表面温度分布，在表面温度场红色区内钻孔，钻孔深度分别达到全厚度沥青混凝土试件各面层的中间深度，并安装温度传感器；
根据沥青混凝土试件内部温度测量结果，调节气温以及紫外光强度，从而使沥青混凝土试件产生与待模拟沥青混凝土路面实际温度场相当的温度分布。
按上述方案，采用8支紫外线高压汞灯，单支功率为250W～1000W，波长为315～420nm，通过调节紫外线高压汞灯功率或者紫外光源与试件的距离来调整试件表面的紫外光辐射强度，在沥青混凝土试件表面产生的紫外光辐照强度为10W/m2～70W/m2。
按上述方案，沥青混凝土试件长×宽为300～1000×300～500mm，其结构、级配和组成与待模拟沥青混凝土路面结构一致，为全厚度试件；试件采用轮碾法成型，经碾压后的试件达到马歇尔试验标准击实密度的100％±1％。
本发明提出一种沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，采用紫外灯及空气温度调节器来控制沥青混凝土试件温度，使试件处于温度梯度可调节的非恒定温度场下，科学地模拟实际沥青混凝土路面的温度场，以期为后续沥青混凝土路面性能演变过程相关研究提供技术支持，从而更好的为道路设计服务。
本发明所产生的有益效果：
本发明一种沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，采用紫外灯及空气温度调节器来控制沥青混凝土试件温度，使试件处于温度梯度可调节的非恒定温度场下，科学地模拟实际沥青混凝土路面的温度场，模拟出的温度场十分接近实际路面的温度场，可以为道路研究人员提供准确的参考数据，也有助于分析沥青路面的破坏过程。
操作简便，工艺简单，便于推广。
附图说明
图1：本发明沥青混凝土路面温度场模拟试验仪示意图；
图2：实施例1中试件14cm深度温度随时间变化图。
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。
本发明沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，参照附图1所示，根据沥青路面服役气候环境条件下太阳辐射强度和气温大小来设置试验中紫外灯的强度和环境箱内气温温度，同时利用光纤温度传感器测得试件不同深度的温度，结合美国SHRP研究成果来分析模拟温度场的可靠性。
试验全厚度试件尺寸为1000×500×180mm，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0703轮碾法成型的全厚度试件，分为下中上三层，下面层采用AC-25级配，厚度8cm，90号沥青；中面层采用AC-20级配，厚度6cm，90号沥青；上面层采用AC-13级配，厚度4cm，SBS改性沥青，经检验，试件的各项性能指标满足道路施工要求。
上述一种沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，它包括如下步骤：
1)试件的制作：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0703轮碾法成型试件，从下往上依次成型。
2)等温面的确定：将试件放入路面温度场模拟试验仪内，设置实验参数，开启仪器，保温10个小时，待试件温度场稳定后，用红外相机测试试件表面温度场分布，红色区域表面温度场的温差在±1.0℃范围内，可视为等温面。
3)在试件表面钻孔：将试件从试验仪中取出进行钻孔，钻孔的深度取三个值，分别为2cm、7cm、14cm，分别对应全厚度试件每个沥青面层中间深度值。根据红外相机测试的试件表面温度场，确定每个深度所钻的孔在试件表面等温面区域内。
4)测量试件不同深度的温度：将钻孔后的试件放入试验仪内，安装光纤温度传感器，将光纤温度传感器放置在深度分别为2cm、7cm、14cm的三个孔中，用矿粉将三个孔填实，设置气温、紫外强度、光纤温度传感器读数频率等参数，开始试验，记录温度数据。
5)分析模拟试验试件温度场：气温45℃，紫外强度30w/m2条件下，试件14cm深处温度随时间变化的关系如图2所示，试件温度场变化经历了两个阶段升温期和稳定期。第一阶段(升温期)：气温和紫外光辐射会对试件表面温度产生即时的影响，但是试件沿深度方向上热传导需要一定的时间，气温和紫外光辐射的影响并不能立刻反应在试件的内部，试件某一深度的温度变化存在一定的升温期。第二阶段(稳定期)：随着时间的推移，热传导逐渐达到平衡，温度场趋于稳定，此时便是稳定期的开始。
光纤温度传感器测得的试件温度稳定阶段不同深度的温度如表1所示。
表1
6)模拟试验试件温度场验证
美国SHRP研究成果建立了路面某一深度的最高温度计算公式：
Td(max)＝(Ts(max)+17.78)(1-2.48×10-3d+1.085×10-5d2-2.441×10-8d3)-17.78
式中：Td(max)——路面特定深度处的最高温度，℃；
Ts(max)——路面最高温度，℃；
d——距路表的深度，mm。
路面最高温度一般为距路面深度2cm处的温度值，将相关数据代入上述公式得出14cm深度处最高温度与理论值相差最大为3.5℃，误差为3.9％，7cm深度处最高温度与理论值相差最大为2.1℃，误差为4.6％，见表2，
表2

Claims (3)

1.沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，其特征在于包括以下步骤：
检测待模拟沥青混凝土路面的实际太阳辐射变化周期和温度场变化规律并记录；
利用紫外灯的紫外光辐射模拟太阳辐射，利用空气温度调节器调节气温；在全厚度沥青混凝土试件中产生温度场，处于稳定状态后用红外相机测试试件表面温度分布，在表面温度场红色区内钻孔，钻孔深度分别达到全厚度沥青混凝土试件各面层的中间深度，并安装温度传感器；
根据沥青混凝土试件内部温度测量结果，调节气温以及紫外光强度，从而使沥青混凝土试件产生与待模拟沥青混凝土路面实际温度场相当的温度分布。
2.如权利要求1所述沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，其特征在于采用8支紫外线高压汞灯，单支功率为250W～1000W，波长为315～420nm，通过调节紫外线高压汞灯功率或者紫外光源与试件的距离来调整试件表面的紫外光辐射强度，在沥青混凝土试件表面产生的紫外光辐照强度为10W/m2～70W/m2。
3.如权利要求1所述沥青混凝土路面温度场的模拟试验方法，其特征在于沥青混凝土试件长×宽为300～1000×300～500mm，其结构、级配和组成与待模拟沥青混凝土路面结构一致，为全厚度试件；试件采用轮碾法成型，经碾压后的试件达到马歇尔试验标准击实密度的100％±1％。
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