CN108535102A - 一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，包括如下步骤：(1)成型半刚性材料试件并养生。(2)进行劈裂试验，获取应力‑应变全曲线。(3)计算应力‑应变全曲线包围的面积。(4)进行劈裂回弹模量试验。(5)成型沥青混合料试件，进行劈裂试验，获取劈裂劲度模量和应力‑应变全曲线。(6)计算应力‑应变全曲线包围的面积。(7)成型半刚性材料试件并养生。(8)进行自由收缩试验和约束收缩试验。(9)当约束收缩试件完全断裂时，记录自由收缩试件收缩应变。(10)计算输入到半刚性材料中的能量密度。(11)计算面层储存的能量密度。(12)计算面层储存的能量密度与其完全破坏需要的能量密度的差值，定义为路面抗缩裂指数。(13)路面抗缩裂指数小于0，则面层未开裂；若等于0，则面层处于临界状态；若大于0，则面层开裂。本发明将半刚性材料置于路面结构中，综合考虑了应力和应变的作用，使评价更加可靠，更具实用性。

Description

一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法
所属领域
本发明涉及一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，属于道路建设领域。
背景技术
我国高速公路超过90％都是半刚性基层沥青路面。半刚性材料，又叫做无机结合料稳定材料，不同的无机结合料与土拌和得到不同的稳定材料，例如石灰土、水泥土、石灰粉煤灰稳定碎石和水泥稳定碎石。半刚性基层广泛使用于我国是因为其能够提供良好的路面承载力，并且造价较低。然而，半刚性基层极易产生收缩(干燥收缩和温度收缩)裂缝，从而扩展到沥青面层，形成反射裂缝。工程实践表明，有的路面在基层铺筑完，且面层尚未铺筑时，便出现了收缩开裂；有的在面层铺筑后的第一个冬季就出现反射裂缝。
反射裂缝的出现给道路的使用性能带来严重的后果。一是影响路面美观，降低行使质量。二是破坏了路面结构的整体性和连续性，在一定程度上削弱了结构强度，例如裂缝处承载力较弱，弯沉较大。更为严重的是，外界的水分可以通过开裂处下渗，积聚在基层，造成基层水损害，并且弱化基层与面层之间的黏结，诱发其他病害的发生。研究表明，在发生横缝(超过50％为反射裂缝)的情况下，出现龟裂、唧浆、沉陷和松散的概率分别为33.73％、25.30％、20.48％和19.28％。此外，有研究表明，虽然我国高速公路设计年限为15年，但不到10年就要进行大中修，不到5年就要进行中修，这其中就有许多是反射裂缝导致的。因此，合理及时的处治反射裂缝具有重要的工程价值。
为了减少反射裂缝，在进行路面设计时，需要选用抗缩裂性能较高的沥青路面结构组合，因此，需要对沥青路面半刚性基层的抗缩裂性能进行评价。现阶段，用来评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的相关指标有收缩系数、收缩抗裂系数和收缩能密度抗裂系数。这些指标要么只考虑了材料的收缩性能，没有考虑材料的抗裂性能；要么只从应变的角度考虑，不够全面；要么综合考虑应力应变的作用，但是没有考虑到基层材料断裂后的情况。更为重要的是，这些指标只能评价材料本身的性能，没有从路面结构的角度考虑。反射裂缝是半刚性基层在干缩和温缩的综合作用下，储存的弹性应变能逐渐释放到面层中，导致面层开裂，从而形成的。因此，评价沥青路面半刚性基层的抗缩裂性能不能局限于材料本身，一定要基于路面结构，综合考虑基层和面层材料应力和应变的作用。
发明内容
技术问题：为了克服现有评价方法的不足，本发明提供一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，将材料置于路面结构中进行考虑，评价结果更加可靠，更具有实用性。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法采用的方法包括如下步骤：
步骤1：
1.1)按规定配合比成型6个水泥稳定碎石的半刚性材料圆柱体试件，并养生达到规定的龄期；
1.2)将养生后的3个半刚性材料圆柱体试件取出，进行劈裂试验，获取半刚性材料的应力-应变全曲线；
1.3)计算上述应力-应变全曲线包围的面积此面积为所述半刚性材料完全破坏需要的能量密度；
1.4)将养生后的另外3个试件取出，进行劈裂回弹模量试验，获取半刚性材料的劈裂回弹模量Ebase；
步骤2：
2.1)按规定配合比成型沥青混合料圆柱体试件，进行劈裂试验，获取沥青混合料的劈裂劲度模量Esur和应力-应变全曲线；
2.2)计算上述步骤2.1)沥青混合料圆柱体试件的应力-应变全曲线包围的面积此面积为沥青混合料即路面面层完全破坏需要的能量密度；
步骤3：
3.1)按规定配合比成型3个水泥稳定碎石的半刚性材料梁式试件，并养生达到规定的龄期；
3.2)将养生后的半刚性材料梁式试件取出，在同一个干缩室进行自由收缩试验和约束收缩试验；
3.3)当约束收缩试验中的半刚性材料梁式试件完全断裂时，记录自由收缩试验中的收缩应变εbase；
步骤4：
4.1)计算半刚性材料梁式试件、半刚性材料圆柱体试件完全破坏时，输入的能量密度
4.2)计算半刚性基层完全破坏时，面层储存的弹性应变能
4.3)计算沥青混合料面层储存的弹性应变能密度与其完全破坏需要的能量密度的差值，定义为路面抗缩裂指数
路面抗缩裂指数小于0，则面层未开裂；若等于0，则面层处于临界状态；若大于0，则面层开裂。
其中，
所述步骤1.2)中的劈裂试验，需要试件完全破坏。
所述的劈裂试验采用膨胀系数很小的约束收缩试验装置。
所述步骤2.1)沥青混合料圆柱体试件的劈裂试验，需要试件完全破坏。
所述步骤4.1)中，
所述步骤4.2)中，
所述步骤4.3)中，
有益效果：本发明提供的评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法在以下方面具有明显优势：
(1)将半刚性基层材料置于路面结构中考虑，通过面层储存的弹性应变能密度与其完全破坏需要的能量密度的差值(即路面抗缩裂指数)来评价基层材料的性能，更加准确的反映基层材料对路面结构中反射裂缝的影响。
(2)基于路面结构中反射裂缝的能量演化规律，综合考虑了基层材料应力应变对反射裂缝形成的作用。
(3)从基层全寿命角度出发，不仅考虑了基层丧失强度前的情况，也考虑了基层丧失强度至完全破坏阶段的情况。
附图说明
图1为半刚性基层材料应力-应变全曲线；
图2为沥青路面面层材料应力-应变全曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，包括如下步骤：
(1)按规定配合比成型半刚性材料圆柱体试件，并养生达到规定的龄期。
(2)将养生后的试件取出，进行劈裂试验，获取应力-应变全曲线。
(3)计算上述应力-应变全曲线包围的面积此面积为半刚性材料完全破坏需要的能量密度。
(4)将养生后的试件取出，进行劈裂回弹模量试验，获取半刚性材料的劈裂回弹模量Ebase。
(5)按规定配合比成型沥青混合料圆柱体试件，进行劈裂试验，获取沥青混合料的劈裂劲度模量Esur和应力-应变全曲线。
(6)计算上述应力-应变全曲线包围的面积此面积为沥青混合料，即路面面层完全破坏需要的能量密度。
(7)按规定配合比成型半刚性材料梁式试件，并养生达到规定的龄期。
(8)将养生后的试件取出，在同一个干(温)缩室进行自由收缩试验和约束收缩试验。
(9)当约束收缩试验中的半刚性试件完全断裂时，记录自由收缩试验中的收缩应变εbase。
(10)计算半刚性材料完全破坏时，输入的能量密度
(11)计算基层完全破坏时，面层储存的弹性应变能
(12)计算面层储存的弹性应变能密度与其完全破坏需要的能量密度的差值，定义为路面抗缩裂指数
(13)路面抗缩裂指数小于0，则面层未开裂；若等于0，则面层处于临界状态；若大于0，则面层开裂。
●所述(2)采用的劈裂试验依据T0806-1994。
●所述(2)采用的劈裂试验，需要试件完全破坏，应力-应变全曲线如图1所示。
●所述(4)采用的劈裂回弹模量试验依据T0852-2009。
●所述(5)采用的劈裂试验依据T0716-2011。
●所述(5)采用的劈裂试验，需要试件完全破坏，应力-应变全曲线如图1所示。
●所述(8)采用的自由干缩试验依据T0854-2009，自由温缩试验依据T0855-2009。
●所述(8)采用的约束收缩试验装置如图2所示。
●所述(10)中，
●所述(11)中，
●所述(12)中，
下面结合水泥稳定碎石基层路面进行具体说明。
采用2种水泥稳定碎石基层，级配相同，水泥剂量不同。
(1)按照一定级配和水泥剂量3.0％、4.5％，分别成型水泥稳定碎石圆柱体试件，试件尺寸为φ150×150mm。
(2)将试件养生90d，其中最后1d浸泡于20℃±2℃的水中。将养生后的试件按照T0806-1994进行劈裂试验，获取应力-应变全曲线。
(3)计算曲线包围的面积
(4)将养生后的其他试件，按照T0852-2009进行劈裂回弹模量试验，确定半刚性材料的劈裂回弹模量Ebase,3.0＝2200MPa，Ebase,4.5＝3000MPa。
(5)按照一定级配和最佳油石比，成型沥青混合料圆柱体试件，试件尺寸为φ150×150mm。然后按照T0716-2011进行劈裂试验，并计算沥青混合料的劈裂劲度模量Esur＝1900MPa，并获取应力-应变全曲线。
(6)计算曲线包围的面积
(7)按照一定级配和水泥剂量3.0％、4.5％，分别成型水泥稳定碎石梁式试件，试件尺寸为150×150×150mm。将试件养生7d，其中最后1d浸泡于20℃±2℃的水中。
(8)将养生后的试件放入同一个温缩室中，进行自由温缩试验和约束温缩试验。从20℃开始降温，降温速率为5℃/h。
(9)当约束收缩试验中的半刚性试件完全断裂时，记录自由收缩试验中的温缩应变εbase,3.0＝3.6×10-3，εbase,3.0＝3.2×10-3。
(10)计算水泥稳定碎石完全开裂时，外界输入的能量密度，
(11)计算面层储存的弹性应变能密度分别为：
(12)计算路面抗缩裂指数
(13)当水泥稳定碎石的水泥含量为3.0％时，基层完全断裂后，面层未开裂，并且其储存的弹性应变能密度明显小于4.5％时的，因而水泥剂量越少，面层越不易开裂。由此可知，水泥剂量越少，其路面结构抗缩裂性能较好。

Claims (7)

1.一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：
1.1)按规定配合比成型6个水泥稳定碎石的半刚性材料圆柱体试件，并养生达到规定的龄期；
1.2)将养生后的3个半刚性材料圆柱体试件取出，进行劈裂试验，获取半刚性材料的应力-应变全曲线；
1.3)计算上述应力-应变全曲线包围的面积此面积为所述半刚性材料完全破坏需要的能量密度；
1.4)将养生后的另外3个试件取出，进行劈裂回弹模量试验，获取半刚性材料的劈裂回弹模量Ebase；
步骤2：
2.1)按规定配合比成型沥青混合料圆柱体试件，进行劈裂试验，获取沥青混合料的劈裂劲度模量Esur和应力-应变全曲线；
2.2)计算上述步骤2.1)沥青混合料圆柱体试件的应力-应变全曲线包围的面积此面积为沥青混合料即路面面层完全破坏需要的能量密度；
步骤3：
3.1)按规定配合比成型3个水泥稳定碎石的半刚性材料梁式试件，并养生达到规定的龄期；
3.2)将养生后的半刚性材料梁式试件取出，在同一个干缩室进行自由收缩试验和约束收缩试验；
3.3)当约束收缩试验中的半刚性材料梁式试件完全断裂时，记录自由收缩试验中的收缩应变εbase；
步骤4：
4.1)计算半刚性材料梁式试件、半刚性材料圆柱体试件完全破坏时，输入的能量密度
4.2)计算半刚性基层完全破坏时，面层储存的弹性应变能
4.3)计算沥青混合料面层储存的弹性应变能密度与其完全破坏需要的能量密度的差值，定义为路面抗缩裂指数
路面抗缩裂指数小于0，则面层未开裂；若等于0，则面层处于临界状态；若大于0，则面层开裂。
2.根据权利要求1所述的一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，其特征在于，所述步骤1.2)中的劈裂试验，需要试件完全破坏。
3.根据权利要求1所述的一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，其特征在于，所述的劈裂试验采用膨胀系数很小的约束收缩试验装置。
4.根据权利要求1所述的一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，其特征在于：所述步骤2.1)沥青混合料圆柱体试件的劈裂试验，需要试件完全破坏。
5.根据权利要求1所述的一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，其特征在于：所述步骤4.1)中，
6.根据权利要求1所述的一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，其特征在于：所述步骤4.2)中，
7.根据权利要求1所述的一种评价沥青路面半刚性基层抗缩裂性能的方法，其特征在于：所述步骤4.3)中，
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