CN110044741A

CN110044741A - 一种多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法

Info

Publication number: CN110044741A
Application number: CN201910358914.8A
Authority: CN
Inventors: 王晓燕; 王林; 马士杰; 韦金城; 李夏
Original assignee: Shandong Transportation Institute
Current assignee: Shandong Transportation Institute
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2019-07-23

Abstract

本发明公开了一种多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，属于道路工程实验技术领域。该方法采用比例车辙深度评价沥青混合料高温抗车辙性能，包括以下步骤：S1.对试件厚度及试件的若干个预定监测位置j进行初始测量，得到试件厚度h和预定监测位置j处的车辙深度初始测量值m_0j；S2.以车辙试验仪对试件施加荷载循环，在试件经过规定的荷载循环后或者在车辙深度超过特定厚度时停止车辙试验仪，测量预定监测位置j处的车辙深度m_ij；S3.计算比例车辙深度P_i。与现有技术相比，本发明的评价方法采用比例车辙深度评价沥青混合料高温抗车辙性能，直接反应了在荷载作用下试件的变形情况，与施加路面运营期形成的总车辙更符合，具有良好的推广应用价值。

Description

一种多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法

技术领域

本发明涉及道路工程实验技术领域，具体地说是一种多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法。

背景技术

近年来，随着交通量的快速增长以及全球气候变暖，尤其是交通流的渠化和重载车辆的增多，公路沥青路面的早期破损，尤其是车辙病害日趋突出，严重影响了沥青路面的正常服务水平。车辙是在行车荷载反复作用下，在道路延长方向车轮集中通过位置所产生的永久变形的积累，它不仅直接影响路面平整度和使用性能，而且严重危及行车安全。

高温抗车辙性能是沥青混合料的重要性能之一，决定了沥青路面在高温季节抵抗车辙病害的能力。高温抗车辙性能不足将导致路面发生车辙病害，严重影响道路的舒适性和安全性，特别是在雨季，车辙内积水严重导致车辆行驶危险性增大。

目前，我国车辙试验采用的试验方法是通过实心橡胶轮在试件表面加载，与实际荷载状况相差较大，车辙试验指标为动稳定度，是测定试验轮往返行走形成车辙变形的速率，以每产生1mm变形的行走次数表示。动稳定度仅考虑了变形稳定期的斜率，未考虑初始压密变形，这与实际路面运营期间形成的总车辙不相符。自从我国引入车辙试验指导配合比设计以来，仍然有不少车辙试验检验合格的沥青混合料铺筑的沥青路面在很短的时间内出现了车辙问题。

因此，本领域需要研发一种可靠性好、精确度高、能够准确反映沥青混凝土高温抗车辙性能的评价方法。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特点是采用比例车辙深度评价沥青混合料高温抗车辙性能，包括以下步骤：

S1.对试件厚度及试件的若干个预定监测位置j进行初始测量，得到试件厚度h和预定监测位置j处的车辙深度初始测量值m_0j；

S2.以车辙试验仪对试件施加荷载循环，在试件经过规定的荷载循环后或者在车辙深度超过特定厚度时停止车辙试验仪，测量预定监测位置j处的车辙深度m_ij；

S3.以下式计算比例车辙深度P_i：

其中，Pi--比例车辙深度，％

m_ij--j处的局部変形，mm

m_0j--j处的初始测量值，mm

h--试件厚度，mm。

为了进一步确保检测的可重现性，本发明多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法还包括步骤：

S4.计算比例车辙深度平均值P

计算至少两个组成相同的试件在相同孔隙率和相同循环次数下的比例车辙深度平均值P。

作为优选，车辙试验仪可采用无花纹充气橡胶轮胎。特别是，轮胎轨迹宽度优选为80±5mm，轮胎压力优选为600±30kPa，作用在试件中心的滚动荷载测量值优选为5000±50N，轮胎中心轨迹不得超过试件理论中心左右5mm，倾斜角优选为0.0±0.5°，加载速率优选为往返碾压50-70次/min。

步骤S1中试件尺寸优选为500×180×50mm或500×180×100mm，误差±2mm。

作为优选，试件上预定监测位置j的个数为X个，X为大于等于9且小于等于36的整数。

试件上X个预定监测位置j优选呈m*n矩阵形式排列，

X＝m*n

m取3、4、5或6；n取3、4、5或6。

步骤S2中设定3-5个规定的荷载循环次数，且规定的荷载循环次数分布在施加荷载循环的整个过程中。

例如，可以在试件经过规定的荷载循环(如1000、3000、10000、30000次)后停止设备，并在预定监测位置j处测量车辙深度。

所述特定厚度优选为18mm。

作为优选，以每组测量前恒温室内环境温度与试件内部温度的平均值为试验温度，试验温度为60±2℃。

与现有技术相比，本发明的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法具有以下突出地有益效果：

(一)采用比例车辙深度评价沥青混合料高温抗车辙性能，直接反应了在荷载作用下试件的变形情况，与施加路面运营期形成的总车辙更符合；

(二)在同一试件上设置多个监测点，数据采集、处理和算法更加精确，提高了沥青混合料高温抗车辙性能评价的准确性；

(三)采用无花纹充气橡胶轮胎进行车辙试验，试验条件更加接近实际荷载状况。

附图说明

附图1是实施例一多点式沥青混合料高温抗车辙检测仪结构示意图；

附图2是图1所示多点式沥青混合料高温抗车辙检测仪中测量装置的结构示意图；

附图3是图1所示多点式沥青混合料高温抗车辙检测仪中测量装置支架的结构示意图；

附图4是实施例二多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法原理图。

具体实施方式

参照说明书附图以具体实施例对本发明的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法作以下详细地说明。

实施例一：

本实施例提供了一种可用于实现本发明评价方法的多点式沥青混合料高温抗车辙试验仪，但不用于限定本发明评价方法。

如附图1所示，本实施例的多点式沥青混合料高温抗车辙试验仪主要由恒温室1、模具2、升降平台3、车轮4、车轮驱动机构(图中未标出)、测量装置5、测量装置支架6、控制器7及温度传感器8、供电开关(图中未标出)、加热器(图中未标出)构成。

所述模具2置于恒温室1的中下部，用于装载试件。模具2的尺寸为500mm×180mm×50mm或500mm×180mm×100mm。

所述测量装置支架6通过支杆65固定在模具2的上方。如附图2所示，所述测量装置支架6由支撑杆一61、支撑杆二62及横撑63构成。在同一平面内的撑杆一61、支撑杆二62及两个横撑63构成矩形结构，且撑杆一61、支撑杆二62均与车轮4的运动方向相平行。撑杆一61上，沿车轮运动方向等间距布设有五个控制点64。

所述测量装置5可置于测量装置支架6上。如附图3所示，所述测量装置5由底座51、提升块52、提升臂53、距离传感器54、数据连接线55及数据采集按钮56构成。

所述底座51可放置于测量装置支架6上，其下侧的一端加工有与支撑杆62(或支撑杆61)配合的限位凹槽57，另一端搭在支撑杆61(或支撑杆62)上。所述提升块52与底座51上下滑动配合，并与提升臂53传动连接，通过提升臂53可以带动提升块52沿底座51升降。相互平行的三个距离传感器54固定在提升块52上，并且在垂直于车轮运动方向上等间距布设。底座51上还装配有数据连接线55及数据采集按钮56。测量装置5中的距离传感器54、数据采集按钮56均通过数据连接线55与控制器7电连接。

提升块52与提升臂53之间可采用公知的任意一种机械传动结构。例如，以提升臂带动涡轮转动，进而将动力通过涡杆传动给提升块，使其可以沿底座上下运动；再如，使提升臂与提升块固定连接，直接通过上提提升臂或下压提升臂实现提升块的上下移动，等等。

所述升降平台3通过两个125mm内径×150mm冲程气缸9装配在模具2的上方，用于带动升降平台3上下移动，并提供测试车轮作用的有效荷载5000N。

在升降平台3上加工有导轨31。车轮4装配在升降平台3上，可以在车轮驱动机构的带动下，沿导轨31往复运动。车轮4采用无花纹充气橡胶轮胎，尺寸为400mm×80mm。

两个温度传感器8分别为空气温度传感器及试件内部温度传感器，均与控制器电连接。空气温度传感器用于测试恒温室空气温度，试件内部温度传感器用于测试试件的内部温度。测定试件内部温度时，在试件上钻孔，并把相应的温度传感器插入孔中即可。

所述控制器7可直接采用现有抗车辙试验仪的控制器，仅需要对形变数据、温度数据的采集依照本发明评价方法作出适应性修改即可。

实施例二：

本实施例的抗车辙性能评价方法采用比例车辙深度评价沥青混合料高温抗车辙性能，包括以下步骤：

(1)根据实验室制造或从路面上切割的样品制作恒温车辙试验的测试试件，试件尺寸为(500×180×50)mm或(500×180×100)mm，误差±2mm；同一平行试验中的沥青混合料试件的体积密度偏差不得超过平均体积密度的±1％；假如混合料被设计在一个厚度范围内，试件厚度应该是混合料最大公称粒径的2.5倍。

将试件放在准备好的模具中或是尺寸不完全相同但相差小于0.5mm的模具中进行测试，将装好试件的模具固定在支撑板上。如果尺寸相差超过0.5mm，用石膏填充试件和模具之间的空隙。

(2)利用实施例一所述多点式沥青混合料车辙试验仪，选用无花纹充气橡胶轮胎，轨迹宽度为(80±5)mm，轮胎压力为(600±30)kPa，作用在试件中心的滚动荷载测量值为(5000±50)N，轮胎中心轨迹不得超过试件理论中心左右5mm，倾斜角为(0.0±0.5)°，加载速率为往返碾压60次/min。

试验过程中，确保充气轮胎清洁，且样品中的材料不会粘附在充气轮胎上，以防止任何虚假加热。在试验过程中，通过适当的装置或在每次停车时进行监测和调整，将轮胎内的压力保持在(600±30)kPa。

(3)以两个温度传感器分别测试恒温室环境温度和试件内部温度，并以恒温室内环境温度与试件内部温度的平均值为试验温度，要求试验温度为60℃±2℃。同时试件在试验开始之前在该测试温度中保温，至少适应4--6小时。

(4)测量所述试件厚度h，对每个试样在图4所示的15个预定监测位置j进行初始测量，得到位置j的车辙深度初始测量值m_0j。15个监测位置分别对应测量装置支架6上五个控制点所在列a与三个距离传感器54所在行b的交点位置。

(5)运行多点式沥青混合料高温抗车辙试验仪，在试件经过规定的荷载循环(1000，3000，10000，30000次)后暂停设备，将测量装置5依次放置于测量装置支架6的五个控制点64处，点击数据采集按钮56，即可得到15个预定监测位置j处的局部变形m_ij。

在每次对15个预定监测位置j处的局部变形m_ij进行测量之前，测量并记录试件温度，以保证在整个测试过程中保持试件内的温度在规定值60±2℃的温度范围内。如试件测试过低，可以允许试件恢复到测试温度后重启设备继续完成测试。

测试在达到要求的最高荷载循环次数(本实施例为30000次)或车辙深度超过18mm后停止。

(6)重复运行

重复上述过程，对至少两个组成相同的试件进行测试。

(7)比例车辙深度计算：通过从试件上测得的一组15个数据，利用下面的关系式计算比例车辙深度P_i：

其中，P_i--比例车辙深度，％

m_ij--j处的局部変形，mm

m_0j--j处的初始测量值，mm

h--试件厚度，mm

给每个构成相同的试件绘制一张Pi-N曲线图，排除经过规定的荷载循环后比例车辙深度超过试件厚度15％的值。

(9)计算比例车辙深度平均值P

计算2个或多个组成相同的试件在相同孔隙率和相同循环次数下的比例车辙深度平均值P。

Claims

1.一种多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：采用比例车辙深度评价沥青混合料高温抗车辙性能，包括以下步骤：

S2.以车辙试验仪对试件施加荷载循环，在试件经过规定的荷载循环时或者在车辙深度超过特定厚度时停止车辙试验仪，测量预定监测位置j处的车辙深度m_ij；

S3.以下式计算比例车辙深度P_i：

其中，Pi--比例车辙深度，％

m_ij--j处的局部変形，mm

m_0j--j处的初始测量值，mm

h--试件厚度，mm。

2.根据权利要求1所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于还包括步骤：

S4.计算比例车辙深度平均值P

3.根据权利要求1或2所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：车辙试验仪采用无花纹充气橡胶轮胎。

4.根据权利要求3所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：轨迹宽度为80±5mm，轮胎压力为600±30kPa，作用在试件中心的滚动荷载测量值为5000±50N，轮胎中心轨迹不得超过试件理论中心左右5mm，倾斜角为0.0±0.5°，加载速率为往返碾压50-70次/min。

5.根据权利要求1或2所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：步骤S1中试件尺寸为500×180×50mm或500×180×100mm，误差±2mm。

6.根据权利要求1或2所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：试件上预定监测位置j的个数为X个，X为大于等于9且小于等于36的整数。

7.根据权利要求6所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：试件上X个预定监测位置j呈m*n矩阵形式排列，

X＝m*n

m取3、4、5或6；

n取3、4、5或6。

8.根据权利要求1或2所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：所述特定厚度为18mm。

10.根据权利要求1或2所述的多点式沥青混合料高温抗车辙性能评价方法，其特征在于：以每组测量前恒温室内环境温度与试件内部温度的平均值为试验温度，试验温度为60±2℃。