CN107860665B - 一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法 - Google Patents

一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法，通过汉堡车辙仪进行试验，试件为复合试件，试件置于汉堡车辙仪的试模内；复合试件从上至下依次由沥青混凝土面层、水泥混凝土面板、复合材料组成，沥青混凝土面层与水泥混凝土面板之间设置粘结层，试件由下至上成型；复合材料由橡胶粉、砂、单一粒径碎石组成，采用振动压实成型，用动三轴试验来测定复合材料的回弹模量，橡胶粉、砂、单一粒径碎石的配比由是否达到所需回弹模量值的95％～105％来确定；开始正常试验后，车辙深度达到20mm后试验结束；本发明的测试方法可为提升刚柔复合式路面结构的抗车辙设计和耐久性提供科学依据。

Description

一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，涉及一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法。
背景技术
刚柔复合式路面通常指水泥混凝土路面加铺沥青面层后形成的复合式路面，车辙和裂缝是其主要病害，其中车辙严重影响刚柔复合式路面的使用性能，给行车带来极大的安全隐患。刚柔复合式路面与普通沥青路面在结构上有很大不同，传统的试验方法很难考虑刚柔复合式路面的结构特征而对其车辙进行科学评价。主要是传统的车辙试验大多是针对沥青路面的某一结构层制备试件，其试验结果反映的是该层材料的抗车辙性能，并不能代表沥青面层结构整体的抗车辙性能；其次，目前有少量的研究采用两层结构制备试件，但由于试验过程中试件是直接放置在试模内，试件底部为试模对试件的刚性支撑，而实际路面结构中沥青面层底部的并非完全是刚性支撑，如刚柔复合式路面这种复杂结构，沥青层底部由刚性的混凝土板、半刚性的水稳基层、刚度较小的土基共同支撑。
针对这些问题，有必要开发刚柔复合式路面结构车辙测试和评价方法，为提升刚柔复合式路面结构的抗车辙设计和耐久性提供科学依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对刚柔复合式路面这种复杂结构，研发一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法，科学合理地评价刚柔复合式路面整体结构的车辙，提升刚柔复合式路面结构的抗车辙设计和耐久性提供科学依据。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法，其特征在于通过汉堡车辙仪进行试验，试件为复合试件，试件置于汉堡车辙仪的试模内；
所述复合试件，从上至下依次由沥青混凝土面层、水泥混凝土面板、复合材料组成，沥青混凝土面层与水泥混凝土面板之间设置粘结层，沥青混凝土面层厚度根据实际需要设置，水泥混凝土面板厚度为3cm，粘结层为洒布量1.4kg/m2的SBS改性沥青，试件由下至上成型，成型后切割成试验所需的尺寸；
所述复合材料由橡胶粉、砂、单一粒径碎石组成，最大粒径不超过2.36mm，厚度为3cm，采用振动压实成型，用动三轴试验来测定复合材料的回弹模量，橡胶粉、砂、单一粒径碎石的配比由是否达到所需回弹模量值的95％～105％来确定，所需回弹模量值的确定方法：用落锤式弯沉仪测试实体工程中水泥混凝土面板以下路面结构的表面弯沉，通过测试结果反算水泥混凝土面板以下路面结构各结构层的模量、绘制弯沉盆曲线，用ABAQUS有限元软件建立水泥混凝土面板以下路面结构的仿真模型，并模拟落锤式弯沉仪的测试过程，根据落锤式弯沉仪测试结果反算的各结构层模量和绘制的弯沉盆曲线对仿真模型进行修正，并利用落锤式弯沉仪的测试结果验证仿真模型的可靠性，再用ABAQUS有限元软件建立一个与复合材料试件尺寸相同的3维8结点正6面体缩减积分实体单元模型，模型的底部完全约束，在模型上施加与汉堡车辙试验轮载大小相同的705N的竖向力，并在此前建立的仿真模型上施加同样大小的竖向力，通过两个模型的最大竖向变形相等来确定复合材料所需回弹模量值。
试验步骤为：
启动汉堡车辙仪电源，打开配套的电脑，开启设备控制软件，将复合试件放入到试模中，打开箱体保险栓，将放入了复合试件的试模放入车辙仪内，关上仓门；选择空气浴，电脑操作预热命令；预热完成后，设置最大车辙深度、试验温度和轮碾速率；设置完毕后，开始运行设备，车辙仪自动提升加载轮，试验轮自动下降，接触试件中心处后，碾压几次进行自动调平，接着开始正常试验，车辙深度达到20mm后试验结束。
本发明的有益效果如下：
本发明采用汉堡车辙试验开展试验，适用范围更广，满足国内及AASHTO和EN等国际标准，通过测量在设定的温度状态下由加载轮反复碾压试样形成的车辙深度来评价沥青混合料性能，能较好地评价路面的高温抗车辙性能，试验模拟实际路面的效果更好，相比传统的轮辙试验可以更好地区分沥青混合料的抗车辙性能。
本发明采用复合试件，从上至下依次由沥青混凝土面层、水泥混凝土面板、复合材料组成，沥青混凝土面层与水泥混凝土面板之间设置粘结层，粘结层为洒布量1.4kg/m2的SBS改性沥青，试件的制备更科学，与实际工程的应用更一致，粘结层的沥青用量也是通过大量室内试验确定的，采用这样的试件进行试验，可更好地对刚柔复合式沥青路面的结构车辙进行科学评价。
本发明水泥混凝土面板下设置了复合材料，可有效解决传统的试验方法没有考虑刚柔复合式路面这种复杂路面的结构特征，对结构车辙评价不科学的问题。传统的车辙试验大多是针对沥青路面的某一结构层制备试件，其试验结果反映的是该层材料的抗车辙性能，并不能代表沥青面层结构整体的抗车辙性能；少量研究有采用两层结构制备试件，但由于试验过程中试件是直接放置在试模内，试件底部为刚性支撑，没有解决实际路面结构中水泥混凝土面板底部并非刚性支撑的问题，本发明可以很好地解决这一问题。
本发明的复合材料由橡胶粉、砂、单一粒径碎石组成，配比由是否达到所需回弹模量值来确定，回弹模量用动三轴试验来测定，所需回弹模量值的确定方法通过用落锤式弯沉仪实测、反算模量、绘制弯沉盆曲线，并结合有限元软件模拟来综合确定，确定过程既考虑了工程应用的实际情况，又结合了理论计算和室内试验，整个过程严谨并有理论支撑，可为提升刚柔复合式路面结构的抗车辙设计和耐久性提供科学依据。
附图说明
图1为本发明复合试件结构示意图；
图中各元件的附图标记说明如下：
1—沥青混凝土面层；2—粘结层；3—水泥混凝土面板；4—复合材料。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，以下将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明，所描述的实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不用以限制本发明。
本发明的一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法，通过汉堡车辙仪开展试验，试件为复合试件，参照图1所示，以复合试件从下至上由厚度为6cm的SBS改性沥青SMA-16、厚度为3cm的水泥混凝土面板、厚度为3cm的复合材料组成为例，制备复合试件；首先制备复合材料(4)，由橡胶粉、砂、单一粒径碎石组成，最大粒径不超过2.36mm，厚度为3cm，橡胶粉、砂、单一粒径碎石的配比由是否达到所需回弹模量值的95％～105％来确定，所需回弹模量值结合落锤式弯沉仪测试结果和ABAQUS有限元软件建模分析结果来确定，将拌和好的橡胶粉、砂、单一粒径碎石用振动压实成型，通过动三轴试验来测试复合材料(4)的回弹模量，根据试验结果对橡胶粉、砂、单一粒径碎石的配比进行调整，直到回弹模量的测试值达到所需回弹模量值的95％～105％；根据规范《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005)制备水泥混凝土面板(3)，在底层铺有复合材料(4)的底模中浇筑C35水泥混凝土，浇筑水泥混凝土时必须振捣密实，然后对水泥混凝土面板(3)的表面进行裸化处理，再将试件置于标准养生室进行养生，使其强度达到设计要求；将强度达到要求的水泥混凝土面板(3)表面清理干净后洒布1.4kg/m2的SBS改性沥青作为粘结层(2)；制备沥青混凝土面层(1)，在粘结层(2)冷却至室温以后，拌合SBS改性沥青SMA-16-16沥青混合料，将拌和好的沥青混合料倒入试模中的粘结层(2)上，然后用轮辗成型机辗压成型，成型后让试模在室温下冷却，冷却12小时后进行脱模；将脱模后的复合试件根据汉堡车辙仪的试验要求对试件进行切割，完成复合试件的制备；启动汉堡车辙仪电源，打开配套的电脑，开启设备控制软件，将复合试件放入到试模中，打开箱体保险栓，将放入了复合试件的试模放入车辙仪内，关上仓门；选择空气浴，电脑操作预热命令；预热完成后，设置最大车辙深度为20mm后试验终止，以及试验温度和轮碾速率；设置完毕后，开始运行设备，车辙仪自动提升加载轮，试验轮自动下降，接触试件中心处后，碾压几次进行自动调平，接着开始正常试验，车辙深度达到20mm后试验结束，对汉堡车辙试验结果进行分析。

Claims (2)

1.一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法，其特征在于通过汉堡车辙仪进行试验，试件为复合试件，试件置于汉堡车辙仪的试模内；
所述复合试件，从上至下依次由沥青混凝土面层、水泥混凝土面板、复合材料组成，沥青混凝土面层与水泥混凝土面板之间设置粘结层，水泥混凝土面板厚度为3cm，粘结层为洒布量1.4kg/m2的SBS改性沥青，试件由下至上成型，成型后切割成试验所需的尺寸；
所述复合材料由橡胶粉、砂、单一粒径碎石组成，最大粒径不超过2.36mm，厚度为3cm，采用振动压实成型，用动三轴试验来测定复合材料的回弹模量，橡胶粉、砂、单一粒径碎石的配比由是否达到所需回弹模量值的95％～105％来确定，所需回弹模量值的确定方法：用落锤式弯沉仪测试实体工程中水泥混凝土面板以下路面结构的表面弯沉，用ABAQUS有限元软件建立水泥混凝土面板以下路面结构的仿真模型，并利用落锤式弯沉仪的测试结果验证仿真模型的可靠性，再用ABAQUS有限元软件建立一个与复合材料试件尺寸相同的3维8结点正6面体缩减积分实体单元模型，模型的底部完全约束，在模型上施加与汉堡车辙试验轮载大小相同的705N的竖向力，并在此前建立的仿真模型上施加同样大小的竖向力，通过两个模型的最大竖向变形相等来确定复合材料所需回弹模量值。
2.根据权利要求1所述的一种刚柔复合式路面结构车辙的测试方法，其特征在于试验步骤为：
启动汉堡车辙仪电源，打开配套的电脑，开启设备控制软件，将复合试件放入到试模中，打开箱体保险栓，将放入了复合试件的试模放入车辙仪内，关上仓门；选择空气浴，电脑操作预热命令；预热完成后，设置最大车辙深度、试验温度和轮碾速率；设置完毕后，开始运行设备，车辙仪自动提升加载轮，试验轮自动下降，接触试件中心处后，碾压几次进行自动调平，接着开始正常试验，车辙深度达到20mm后试验结束。
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