CN109142005B - 一种沥青混合料水稳定性评价方法 - Google Patents

一种沥青混合料水稳定性评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沥青混合料水稳定性评价方法，设置成型两组棱柱形混合料试件，一组试件在‑20℃～60℃的环境中超声震荡循环，以快速模拟荷载作用下混合料内部水、颗粒物等对沥青的乳化、冲刷和低温下冰的冻胀作用。而后对两组试件分别进行强度测试，首先模拟了荷载作用下集料间的挤压和剥离过程，实现混合料内部的结构松散，松散程度用S表示，而后施加破坏压力F表征混合料内部抵抗外部荷载的能力，最终以两组试件的F/S表征混合料水稳定性的优劣。本发明评价方法能够加速模拟荷载、水分、颗粒物、温度等因素耦合作用下对沥青路面的破坏进程，提高试验效率；评价方法耦合了外部破坏荷载和内部松散程度对混合料水稳定性能的影响，结果更科学。

Description

一种沥青混合料水稳定性评价方法
技术领域
本发明涉及沥青工程技术领域，尤其涉及一种沥青混合料水稳定性评价方法。
背景技术
现行规范中对沥青混合料水稳定性能的评价主要采用冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验和浸水车辙试验。上述方法均不能反应实际情况，即无法模拟在车辆荷载作用下混合料内部水分对沥青膜的冲刷及乳化作用，由此导致试验室内评价结果与实际工程不符。
近年来围绕冻融劈裂试验逐渐出现了一些改进后的评价方法。主要通过采用交替压力变化的冲刷方式来对沥青混合料进行水侵蚀试验。与常规方法相较，此类方法能模拟动水压力下对混合料内的冲刷作用，但与实际仍有较大差距。实际路面的年际温度需经历零下到零上的区间，温度逐渐过度。现有模拟方法只在-18℃和60℃的极限温度下进行试验，忽略累计渐变作用的影响，无法模拟路面在年际温度下的变化过程。测试结果仍仅以抗压强度作为抵抗水损害的评价指标，没有考虑混合料内部松散程度对水稳定性的影响。不仅如此，测试周期较长，无法进行快速评价。
发明内容
为解决现有技术存在的局限和缺陷，本发明提供一种沥青混合料水稳定性评价方法。
本发明技术方案如下：
一种沥青混合料水稳定性评价方法，包括以下步骤：
(1)准备成型沥青混合料试件两组，每组试件不少于4个，所述2 组试件平均孔隙率相同；
(2)将第一组试件于常温下放置，等待试验；
(3)将第二组试件按以下方法进行循环震荡3次，具体步骤如下：
循环的温度变化范围为-20℃～60℃，以模拟年际范围内沥青路面实际的温度环境；在0℃以上环境下将试件放在盛有溶液的超声振荡器内进行震荡处理，以加速模拟在荷载作用下水分对沥青膜的冲刷影响；在0℃以下环境将试件放在振荡器进行震荡处理，以加速模拟在荷载作用下孔隙内冰的冻胀影响；
(4)将两组试件分别按照下述方法进行强度测试：
试件水平放置使第一面(a)朝上，将试件右端三分之一部分固定，其余部分悬空，对试件左端悬空部分先后施加一向下和向上的固定大小的压力，反复2-3次，记录在压力作用下试件发生的最大形变S1，将试件水平旋转180°，重复上述操作，记录最大形变S2，得到形变平均值记为S；
再将试件垂直旋转90°放置使第二面(b)朝上，对第二面(b)上方施加压力直至试件破坏，记录破坏压力F；
第一组试件成型后可直接进行步骤(4)所述强度测试，结果R0记为 F0/S0，第二组试件在完成三次震荡循环后可进行步骤(4)所述强度测试，结果R1为F1/S1，将R1/R0作为沥青混合料水稳定性能的评价指标。
优选的，本发明所述沥青混合料试件的规格为长宽比>1的棱柱体试件。
优选的，所述超声振荡器内的溶液为含有悬浮颗粒物的水溶液。
本发明的有益效果如下：
1)模拟环境更与实际相符：本发明对沥青混合料循环震荡的温度范围为-20℃～60℃，且操作过程中温度逐渐过度，与其他方法相比本发明温度控制更符合实际情况。本发明采用震荡的方式分别模拟荷载作用下水对沥青的乳化、冲刷和低温下冰的冻胀作用，且水溶液为含有悬浮物的水溶液，更与实际雨水成分相似。与常规方法相比，本发明考虑问题更全面，模拟条件与实际相符且更为严苛，能够加速模拟荷载、水分、颗粒物、温度等因素耦合作用下对沥青路面的破坏进程，显著缩短试验时间，提高试验效率。
2)评价方法更科学：强度测试时交替对试件上下水平面施加压力，使试件内部交替出现应力分布区，模拟荷载作用下集料间的挤压和剥离过程，实现混合料内部的结构松散，形变结果S表征混合料内部的松散程度，破坏压力F表征混合料内部抵抗外部荷载的能力，F/S越大则混合料水稳定性越好。与常规方法相比，该评价方法既考虑了混合料内部松散程度对水稳定性的影响，又考虑了外加载荷对混合料水稳定性的影响。综上，本发明评价方法中模拟环境更符合实际且更为严苛，能加速破坏进程，提高试验效率；评价方法耦合外部破坏荷载和内部松散程度，对混合料水稳定性的评价更科学。
附图说明
图1是实施例中试件的结构示意图。
图2是实施例中试件在受压下的形变变化示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种沥青混合料水稳定性评价方法进行详细描述。
实施例1
一种沥青混合料水稳定性评价方法，步骤如下：
(1)首先成型沥青混合料试件2组，测试试件孔隙率，保证2组试件平均孔隙率相同，每组试件不少于4个；
(2)将第1组试件于常温下放置，等待试验；
(3)将第2组试件按以下方法进行循环震荡3次，具体步骤如下：
循环的温度变化范围为-20℃～60℃，以模拟年际范围内沥青路面实际的温度环境；在0℃以上环境下将试件放在盛有溶液的超声振荡器内进行震荡处理，超声振荡器内的溶液为含有一定悬浮颗粒物的水溶液，以加速模拟在荷载作用下水分和颗粒对沥青膜的冲刷影响；在0℃以下环境将试件放在振荡器进行震荡处理，以加速模拟在荷载作用下孔隙内水分的冻胀影响；
(4)将1组和2组试件分别按照下述方法进行强度测试：
试件水平放置即a面朝上，将试件右端三分之一部分固定，其余部分悬空。对试件左端悬空部分先后施加一向下和向上的3kN压力，反复2-3 次，记录在压力作用下试件发生的最大形变S1，将试件水平旋转180°，重复上述操作，记录最大形变S2，得到形变平均值记为S。
再将试件垂直旋转90°放置即使b面朝上，对试件b面上方施加压力直至试件破坏，记录破坏压力F。
第1组试件成型后可直接进行上述强度测试，结果R0为F0/S0，第2 组试件在完成三次震荡循环后可进行强度测试，结果R1为F1/S1。将R1/R0 作为沥青混合料水稳定性能的评价指标。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》成型马歇尔试件按照冻融劈裂试验荷浸水马歇尔试验方法进行水稳定性评价，结果如下：
项目 本实施例方法 冻融劈裂结果 浸水马歇尔结果
结果 已松散 82.4％ 83.3％
规范中的两种评价方法的水稳定性结果均符合标准，但按照本发明测试方法对试件进行形变测量时，混合料内部已松散，因此其抵御外部荷载的能力极差。本发明方法可更合理的表征混合料的水稳定性能，且能显著提高试验效率。
实施例2
一种沥青混合料水稳定性评价方法，步骤如下：
(1)首先成型沥青混合料试件2组，测试试件孔隙率，保证2组试件平均孔隙率相同，每组试件不少于4个；
(2)将第1组试件于常温下放置，等待试验；
(3)将第2组试件按以下方法进行循环震荡3次，具体步骤如下：
循环的温度变化范围为-20℃～60℃，以模拟年际范围内沥青路面实际的温度环境；在0℃以上环境下将试件放在盛有溶液的超声振荡器内进行震荡处理，超声振荡器内的溶液为含有一定悬浮颗粒物的水溶液，以加速模拟在荷载作用下水分和颗粒对沥青膜的冲刷影响；在0℃以下环境将试件放在振荡器进行震荡处理，以加速模拟在荷载作用下孔隙内水分的冻胀影响；
(4)将1组和2组试件分别按照下述方法进行强度测试：
试件水平放置即a面朝上，将试件右端三分之一部分固定，其余部分悬空。对试件左端悬空部分先后施加一向下和向上的3kN压力，反复2-3 次，记录在压力作用下试件发生的最大形变S1，将试件水平旋转180°，重复上述操作，记录最大形变S2，得到形变平均值记为S。
再将试件垂直旋转90°放置即使b面朝上，对试件b面上方施加压力直至试件破坏，记录破坏压力F。
第1组试件成型后可直接进行上述强度测试，结果R0为F0/S0，第2 组试件在完成三次震荡循环后可进行强度测试，结果R1为F1/S1。将R1/R0 作为沥青混合料水稳定性能的评价指标。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》成型马歇尔试件按照冻融劈裂试验荷浸水马歇尔试验方法进行水稳定性评价，结果如下：
项目 本实施例方法 冻融劈裂结果 浸水马歇尔结果
结果 76.3％ 90.8％ 92.4％
规范中的两种评价方法显示混合料水稳定性较佳，但本发明方法测试结果低于规范方法结果，表明本发明方法可更严格的评价混合料的水稳定性能，且能显著提高试验效率。
本发明公开的沥青混合料水稳定性评价方法，设置成型两组棱柱形混合料试件，对其中一组试件在-20℃～60℃的环境中超声震荡循环，以快速模拟荷载作用下混合料内部水、颗粒物等对沥青的乳化、冲刷和低温下冰的冻胀作用。而后对两组试件分别进行强度测试，强度测试先模拟了荷载作用下集料间的挤压和剥离过程，实现混合料内部的结构松散，松散程度用S表示，而后施加破坏压力F表征混合料内部抵抗外部荷载的能力，最终以两组试件的F/S表征混合料水稳定性的优劣。本发明评价方法中模拟环境更符合实际且更为严苛，能够加速模拟荷载、水分、颗粒物、温度等因素耦合作用下对沥青路面的破坏进程，提高试验效率；评价方法耦合了外部破坏荷载和内部松散程度对混合料水稳定性能的影响，评价结果更科学。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种沥青混合料水稳定性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）准备成型沥青混合料试件两组，每组试件不少于4个，所述2组试件平均孔隙率相同；
（2）将第一组试件于常温下放置，等待试验；
（3）将第二组试件按以下方法进行循环震荡3次，具体步骤如下：
循环的温度变化范围为-20℃~60℃，以模拟年际范围内沥青路面实际的温度环境；在0℃以上环境下将试件放在盛有溶液的超声振荡器内进行震荡处理，以加速模拟在荷载作用下水分对沥青膜的冲刷影响；在0℃以下环境将试件放在振荡器进行震荡处理，以加速模拟在荷载作用下孔隙内冰的冻胀影响；
（4）将两组试件分别按照下述方法进行强度测试：
试件水平放置使第一面（a）朝上，将试件右端三分之一部分固定，其余部分悬空，对试件左端悬空部分先后施加一向下和向上的固定大小的压力，反复2-3次，记录在压力作用下试件发生的最大形变S1；将试件水平旋转180°，同样对试件悬空部分先后施加一向下和向上的固定大小的压力，反复2-3次，记录最大形变S2；得到形变平均值记为S；
再将试件垂直旋转90°放置使第二面（b）朝上，对第二面（b）上方施加压力直至试件破坏，记录破坏压力F；
第一组试件成型后直接进行步骤（4）所述强度测试，结果R0记为F0/S0，第二组试件在完成三次震荡循环后进行步骤（4）所述强度测试，结果R1为F1/S1，将R1/R0作为沥青混合料水稳定性能的评价指标。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料水稳定性评价方法，其特征在于，所述沥青混合料试件的规格为长宽比>1的棱柱体试件。
3.根据权利要求1或2所述的沥青混合料水稳定性评价方法，其特征在于，超声振荡器内的溶液为含有悬浮颗粒物的水溶液。
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