CN108489863B - 新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法 - Google Patents

新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108489863B
CN108489863B CN201810754617.0A CN201810754617A CN108489863B CN 108489863 B CN108489863 B CN 108489863B CN 201810754617 A CN201810754617 A CN 201810754617A CN 108489863 B CN108489863 B CN 108489863B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
asphalt concrete
penetration strength
equivalent
test piece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810754617.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108489863A (zh
Inventor
马翔
袁则瑜
周培圣
李强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Forestry University
Original Assignee
Nanjing Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Forestry University filed Critical Nanjing Forestry University
Priority to CN201810754617.0A priority Critical patent/CN108489863B/zh
Publication of CN108489863A publication Critical patent/CN108489863A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108489863B publication Critical patent/CN108489863B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/12—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring rising or falling speed of the body; by measuring penetration of wedged gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Road Repair (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法。本发明在温度场条件下测得室内成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度，将其内插入恒温条件下测得的该室内成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度与恒温温度的关系曲线，以该单轴贯入强度所对应的恒温温度作为所述温度场的单轴贯入强度等效的当量温度，并根据所得到的当量温度对新铺沥青混凝土路面的高温性能进行评估。相比现有技术，本发明可在室内环境下较准确地模拟出新铺沥青混凝土路面降温过程中的温度场，进而实现对其高温性能的准确评价。

Description

新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法
技术领域
本发明涉及一种沥青混凝土路面的性能评估方法，尤其涉及一种新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法。
背景技术
沥青路面具有良好的行车舒适性和维修方便等优点，世界范围内新建的大部分高等级公路和城市道路均采用沥青路面。众所周知，沥青是一种典型的温度敏感性材料，其力学特性和路用性能随温度的变化而变化。沥青的粘度随温度的升高而降低，其状态也由低温时的脆硬固体发展到常温下的粘弹性体，以及在高温时软化呈现流动状态。沥青混合料是沥青和矿物集料的结合体，当温度较高时，由于沥青的粘度急剧下降，集料颗粒之间的粘结力减小，沥青混合料的模量降低，抗剪能力降低，在重复荷载作用下将产生较大的永久变形而出现失稳破坏。
在沥青路面铣刨重铺时，从对社会影响角度，希望尽早开放交通降低对交通的影响，而从材料性能角度，希望使沥青混凝土的温度降至足够低而不出现高温失稳破坏，因此，对于新铺沥青混凝土而言，需要保证其高温稳定性的前提下尽早开放交通，即需确定其开放交通的时机，开放交通的时机与新铺沥青混凝土的高温稳定性密切相关。现有沥青路面施工技术规范中规定新铺沥青混凝土表面温度降至50℃时可以开放交通，对于新铺沥青混凝土而言，其表面温度达到50℃，内部温度必将大于50℃，而且不同的环境温度条件，即使新铺沥青混凝土的表面温度相同，其内部温度会存在明显的差别，也就会表现出不同的高温稳定性，规范中采用统一开放交通标准明显不合理，而且也缺乏依据，因此，为了合理确定新铺沥青混凝土的开放交通时机，需要考虑不同环境温度条件下新铺沥青混凝土的降温规律对其高温稳定性进行评价。
当前，室内对于沥青混凝土高温性能进行评价时的温度条件均采用恒温，即将沥青混凝土试件在恒温烘箱中保温足够时间使其内外达到预定的温度后开始试验。新铺沥青混凝土在摊铺碾压及其后的降温过程中，表面层沥青混凝土与空气产生热交换，其降温幅度明显大于内部沥青混凝土，使其呈现表面温度低，内部温度高的温度场状况，因此，常用的恒温保温方式难以模拟新铺沥青混凝土在开放交通前的实际温度状况，无法准确评价新铺沥青混凝土高温稳定性，有必要研究一种简化的新铺沥青混凝土温度场当量方法评价其高温稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种易于实现的新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法，可在室内环境下较准确地模拟出新铺沥青混凝土路面的温度场，进而实现对其高温性能的准确评价。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法，在温度场条件下测得室内成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度，将其内插入恒温条件下测得的该室内成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度与恒温温度的关系曲线，以该单轴贯入强度所对应的恒温温度作为所述温度场的单轴贯入强度等效的当量温度，并根据所得到的当量温度对新铺沥青混凝土路面的高温性能进行评估。
优选地，以特定环境温度条件下室内成型沥青混凝土试件的表面温度来表征所述温度场。
优选地，所述室内成型沥青混凝土试件的直径为150mm，测试单轴贯入强度所使用的压头为直径42mm、高50mm的圆柱体压头，加载速率恒定为2mm/min。进一步优选地，所述压头材质为牌号Q235的碳素钢。
优选地，所述室内成型沥青混凝土试件使用旋转压实成型。进一步优选地，所述旋转压实成型的工作参数为：垂直压力600kPa，旋转角度1.25°，旋转速度30rpm，设计压实次数100次。
优选地，所述恒温条件是指试件在恒温温度下保温至少6个小时。
优选地，在进行温度场条件下的单轴贯入强度测试时，将热拌的室内成型沥青混凝土试件用高硅氧纤维保温布包裹四周后放在常温下的室内成型沥青混凝土试件上。
进一步地，该方法还包括：以温度场条件下的环境温度和表面温度作为变量，通过回归分析方法得到所述新铺沥青混凝土路面的当量温度一般公式。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明首次提出依据单轴贯入强度等效的原理得到一定温度场下的当量温度，以贯入强度作为当量条件研究新铺沥青混凝土实际温度场与室内恒温之间的当量关系，为新铺沥青混凝土路面的高温性能评估这一难题提供了一种相对准确且简便的实现手段。
附图说明
图1为SMA-13的贯入强度-温度变化图；
图2为SUP-20的贯入强度-温度变化图；
图3～图5依次为SMA-13在20℃、30℃、40℃环境温度下的贯入强度-温度场关系图；
图6～图8依次为SUP-20在20℃、30℃、40℃环境温度下的贯入强度-温度场关系图；
图9为SMA-13的计算当量温度与实测当量温度的散点图；
图10为SUP-20的计算当量温度与实测当量温度的散点图。
具体实施方式
针对新铺沥青混凝土路面的高温性能评估这一难题，本发明的思路是在不同气候环境温度条件下，用室内新成型沥青混凝土的温度场来模拟现场新铺沥青混凝土的温度场。然而实验室往往是在既定温度条件下进行蠕变试验，并不能很好模拟室内混凝土的温度场条件。因此，为了模拟新铺沥青混凝土实际温度状况，室内温度场还需进一步当量成蠕变试验可行的恒定温度。为此，本发明提出依据单轴贯入强度等效的原理得到一定温度场下的当量温度，以贯入强度作为当量指标研究新铺沥青混凝土实际温度场与室内恒温之间的当量关系，为新铺沥青混凝土路面的高温性能评估这一难题提供了一种相对准确且简便的实现手段。
具体而言，本发明所提出的新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法具体如下：在温度场条件下测得室内新成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度，将其内插入恒温条件下测得的该室内成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度与恒定温度的关系曲线，以该单轴贯入强度所对应的恒定温度作为所述温度场的单轴贯入强度等效的当量温度，并根据所得到的当量温度对新铺沥青混凝土路面的高温性能进行评估。
实际工况下新铺沥青路面只有路表散热和中面层吸热两种散热方式，混合料内部因散热速率不同存在一定温度场。因此，本发明优选以特定环境温度条件下室内成型沥青混凝土试件的表面温度来表征所述温度场。
单轴贯入强度测试为现有技术，具体过程可参照公路沥青路面设计规范(JTGD50-2017)中沥青混合料单轴贯入强度试验方法。优选地，所述室内成型沥青混凝土试件的直径为150mm，测试单轴贯入强度所使用的压头为直径42mm、高50mm的圆柱体压头，加载速率恒定为2mm/min。所述压头材质优选为为牌号Q235的碳素钢。根据相应规范，标准高度沥青混合料贯入强度计算公式如下：
RT＝σPfT
Figure BDA0001726431920000041
式中：RT——贯入强度(MPa)；
σP——贯入应力(MPa)；
P——试件破坏时的极限荷载(N)；
A——压头横截面面积(mm2)；
fT——贯入应力系数，对直径150mm试件，fT＝0.35。
对于高度不为100mm的试件，应根据下式对贯入应力系数进行修正：
fT＝0.0023h+0.12
其中，试件厚度h应满足：38mm≤h≤100mm。
此外，所述室内成型沥青混凝土试件优选使用旋转压实成型；所述旋转压实成型的较优工作参数为：垂直压力600kPa，旋转角度1.25°，旋转速度30rpm，设计压实次数100次。
为了充分保证室内成型沥青混凝土试件达到均匀的整体恒温状态，优选地，所述恒温条件是指试件在恒温温度下保温至少6个小时。
为了更好地模拟新铺沥青路面温度场条件，本发明进一步在进行温度场条件下的单轴贯入强度测试时，将热拌的室内成型沥青混凝土试件用高硅氧纤维保温布包裹四周后放在常温下的室内成型沥青混凝土试件上。
为了更方便快捷地得到相应的当量温度，进一步地，本发明方法还包括：以温度场条件下的环境温度和表面温度作为变量，通过回归分析方法得到所述新铺沥青混凝土路面的当量温度一般公式。
为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本发明技术方案进行进一步详细说明。
本实施例中选取SMA-13和SUP-20沥青混合料，采用旋转压实成型，尺寸分别为150mm×40mm、150mm×60mm。试验中使用的沥青、集料、矿粉均经过材料检验并满足规范使用要求。其中，SMA-13、SUP-20的级配组成分别如下表1、表2所示，并且SMA-13在拌合过程中添加10％的矿粉和0.3％的木质素纤维，油石比为6％，最终成型混合料空隙率为3.9％；SUP-20在拌合过程中添加4％的矿粉，并确定最佳油石比为4.4％，最终成型混合料空隙率为5.1％。
表1级配SMA-13矿质混合料合成级配表
Figure BDA0001726431920000051
表2级配SUP-20矿质混合料合成级配表
Figure BDA0001726431920000052
对SMA-13和SUP-20两种级配沥青混合料在40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、80℃分别进行单轴贯入试验，试验前试件在要求温度下保温6h，选取3个平行试件进行单轴贯入试验，在剔除不同温度中3个平行试件的异常值后，根据测试数据可以拟合出贯入强度随温度变化的曲线，分别如图1、图2所示。从图1、图2可以看出：当温度升高，贯入强度不断减小并且逐渐趋向平缓。
考虑到不同环境温度下温度场散热速率不同，本实施例分别采用20℃、30℃、40℃环境温度，并以沥青混合料的表面温度(40℃、50℃、60℃)来表征不同的温度场，通过单轴贯入试验研究其不同环境温度下不同温度场与贯入强度的关系。为了更好模拟新铺沥青路面温度场条件，在进行温度场条件下的单轴贯入强度测试时，将热拌的室内成型沥青混凝土试件用高硅氧纤维保温布包裹四周后放在常温下的室内成型沥青混凝土试件上。得到的测试数据如图3～图8所示，其中，图3～图5依次为SMA-13在20℃、30℃、40℃环境温度下的贯入强度-温度场关系图；图6～图8依次为SUP-20在20℃、30℃、40℃环境温度下的贯入强度-温度场关系图。从图3～图8可看出，在相同环境温度条件下，表面温度越高，贯入强度越低；在相同的表面温度条件下，环境温度越高，贯入强度越大，这主要是因为内部环境温度更高。
考虑到室内模拟温度场的复杂性，本发明依据贯入强度等效的原理得到一定温度场下的当量温度：测得该温度场的贯入强度，然后将其内插到恒温的贯入强度与温度的关系曲线中，利用贯入强度等效原理求得该温度场与其对应的当量温度。
由实测的当量温度与温度场的对应关系可以看出，在环境温度20℃下，温度场的当量温度最高，这是由于在低环境温度下，表面温度降温较快，混合料内部温度仍然很高，故当量的温度最高，并随着环境温度的上升，降温时间变长，当量温度逐渐接近表面温度。与此同时，模拟上面层的SMA-13温度敏感性要高于模拟中面层的SUP-20，这是由于中面层高度的增加，延长了SUP-20降到对应表面温度的降温时间，使得SUP-20受温度的影响要小于SMA-13。
以上只是针对3种环境温度下2种表面温度的典型温度场转化为相对应的当量温度，为了提高温度场室内模拟的普遍性以及实际应用的便利性，可进一步将环境温度和表面温度作为变量，在现有数据基础上，通过Matlab初步回归成对应当量温度的一般公式，4cm SMA-13和6cm的沥青混凝土回归公式分别如以下两个公式所示：
t＝4.3-0.23T+1.18t1
t＝8.5-0.22T+1.02t1
式中，t为当量温度；t1为混合料表面温度；T为环境温度。
为了验证回归公式的可靠性，按照不同环境温度与路表温度条件，作公式计算出的当量温度与实测当量温度的散点图，并加等值线，分别如图9和图10所示。由两幅图可知，计算当量温度与实测当量温度误差很小，分布在等值线附近，R2均为0.99，因此完全可以通过4cm与6cm的沥青混凝土当量温度回归公式预测出不同面层混凝土温度场对应的实验室所需的当量温度。
在依据本发明提出的回归公式计算得到不同环境温度和表面温度对应的当量温度后，可以依据《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(T0719-2011)中的车辙试验对新铺沥青混凝土高温性能进行评价，从而确定新铺沥青混凝土合理开放交通的时机。也可采用常用的重复蠕变试验对其高温性能进行评价，无论采用何种评价方法所采用的温度条件均需采用本发明所提出的方法进行得到。

Claims (9)

1.新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法，其特征在于，在温度场条件下测得室内成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度，将其内插入恒温条件下测得的该室内成型沥青混凝土试件的单轴贯入强度与恒温温度的关系曲线，以该单轴贯入强度所对应的恒温温度作为所述温度场的单轴贯入强度等效的当量温度，并根据所得到的当量温度对新铺沥青混凝土路面的高温性能进行评估；以及，以温度场条件下的环境温度和室内成型沥青混凝土试件的表面温度作为变量，通过回归分析方法得到所述新铺沥青混凝土路面的当量温度一般公式。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，以特定环境温度条件下室内成型沥青混凝土试件的表面温度来表征所述温度场。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述室内成型沥青混凝土试件的直径为150mm，测试单轴贯入强度所使用的压头为直径42mm、高50mm的圆柱体压头，加载速率恒定为2mm/min。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述压头材质为牌号Q235的碳素钢。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述室内成型沥青混凝土试件使用旋转压实成型。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述旋转压实成型的工作参数为：垂直压力600kPa，旋转角度1.25°，旋转速度30rpm，设计压实次数100次。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述恒温条件是指试件在恒温温度下保温至少6个小时。
8.如权利要求1所述方法，其特征在于，在进行温度场条件下的单轴贯入强度测试时，将热拌的室内成型沥青混凝土试件用高硅氧纤维保温布包裹四周后放在常温下的室内成型沥青混凝土试件上。
9.如权利要求1所述方法，其特征在于，4cm SMA-13和6cm SUP-20沥青混凝土的当量温度计算公式依次如下：
t＝4.3-0.23T+1.18t1
t＝8.5-0.22T+1.02t1
式中，t为当量温度；t1为室内成型沥青混凝土试件的表面温度；T为环境温度。
CN201810754617.0A 2018-07-11 2018-07-11 新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法 Active CN108489863B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810754617.0A CN108489863B (zh) 2018-07-11 2018-07-11 新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810754617.0A CN108489863B (zh) 2018-07-11 2018-07-11 新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108489863A CN108489863A (zh) 2018-09-04
CN108489863B true CN108489863B (zh) 2020-04-28

Family

ID=63343422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810754617.0A Active CN108489863B (zh) 2018-07-11 2018-07-11 新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108489863B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111610095A (zh) * 2020-06-03 2020-09-01 长沙理工大学 一种不同加载模式下橡胶沥青混合料强度的温度相关性统一表征方法
CN112161896A (zh) * 2020-10-13 2021-01-01 威海银通新材料有限公司 一种聚合物混凝土桥面铺装材料施工和易性的评价方法
CN113551995B (zh) * 2021-06-29 2022-04-12 无锡市欧凯电子有限公司 一种液压测控方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102967392A (zh) * 2012-11-15 2013-03-13 王黎明 一种确定改性沥青混合料合理压实温度的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102967392A (zh) * 2012-11-15 2013-03-13 王黎明 一种确定改性沥青混合料合理压实温度的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Predicting Asphalt Pavement Temperature with a Three-Dimensional Finite Element Method》;Manuel Minhoto et al.;《Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board》;20050131;第2-25页 *
《单轴贯入试验在沥青路面车辙病害检测中的应用》;方杨 等;《广东公路交通》;20131230(第129期);摘要，第32页左栏第1-2段，第33页左栏第2段-第34页左栏第4段 *
《车辙等效温度确定方法探讨》;苏凯 等;《大连理工大学学报》;20061231;第46卷;第S162页左栏第1段-右栏第1段，第S163页右栏第3段-第S164页左栏第6段 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108489863A (zh) 2018-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abdullah et al. High temperature characteristics of warm mix asphalt mixtures with nanoclay and chemical warm mix asphalt modified binders
CN108489863B (zh) 新铺沥青混凝土路面高温性能评估方法
Judycki Influence of low-temperature physical hardening on stiffness and tensile strength of asphalt concrete and stone mastic asphalt
Sol-Sánchez et al. Analysis of fatigue cracking of warm mix asphalt. Influence of the manufacturing technology
Luo et al. Low-temperature cracking resistance, fatigue performance and emission reduction of a novel silica gel warm mix asphalt binder
US20100255982A1 (en) Composition for improving the stability and operational performance and reducing the environmental impact of asphalt mixes
Hajj et al. Performance evaluation of terminal blend tire rubber HMA and WMA mixtures-case studies
Zarei et al. Pure mode I and pure mode II fracture resistance of modified hot mix asphalt at low and intermediate temperatures
Bazzaz et al. Effect of evotherm-M1 on properties of asphaltic materials used at NAPMRC testing facility
Zhang et al. Low-temperature performance of SBS modified asphalt mixture in high altitude and cold regions
Elnasri et al. Experimental investigation of bitumen and mastics under shear creep and creep-recovery testing
Dokandari et al. Effects of warm mix asphalt additives on aging characteristics of bituminous mixtures
Javid Effect of polymer modification on rheological properties of asphalt
Li et al. Effect of carbon black on the dynamic moduli of asphalt mixtures and its master curves
Mirzaiyan et al. Investigating the influence of SBS and Gilsonite on the rheological properties of asphalt binder using statistical analysis
Akhtari et al. Low-temperature fracture toughness study for hot mix asphalt and warm mix asphalt under pure mode I and II loading condition
Jaskula et al. Influence of bitumen type on cracking resistance of asphalt mixtures used in pavement overlays
Khedaywi et al. Effect of medical ash on shear properties of asphalt binder using superpave dynamic shear rheometer (DSR)
Wang et al. Dynamic modulus characteristics of mixtures containing recycled asphalt pavements, warm mix additives, and antistrip agents
Yamaç et al. Effects of the combined use of styrene-butadiene-styrene and gilsonite in bitumen modification on the stiffness and thermal sensitivity of bitumens
Qasim et al. Effect of filler content on properties of asphaltic mixtures for marshall and superpave gyratory compactor
KÖK et al. Performance Evaluation of CR+ Paraffin Modified Stone Mastic Asphalt
Shu et al. High-temperature deformation and low-temperature fracture behavior of steel slag rubber asphalt mixture surface layer
Pszczoła et al. Testing of low temperature behaviour of asphalt mixtures in bending creep test
Togunde et al. Low Temperature Investigations on Asphalt Binder Performance-A case study on Highway 417 Trial Sections

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant