CN112114121A - 沥青路面碾压室内模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟沥青路面碾压施工成型工况技术领域，具体涉及一种沥青路面碾压室内模拟试验方法，包括步骤：S1、做好试件并将试件和试模固定于试模底座上；S2、设置设备的工作参数；S3、启动设备，使压头在试件表面上来回往返振动碾压；S4、关闭设备，采集无核密度仪采集试件上的密度数据；S5、根据密度数据采用数理统计判断压实均匀性是否符合要求：如果压实均匀性符合要求，进行S6；如果压实均匀性不符合要求，进行S3；S6、取出试件。本发明通过无核密度仪检测试件的密度分布情况，结合数理统计方法整体评价试件的压实均匀性，解决了现有技术虽然能够高度还原现场沥青路面铺筑工艺，却不能对沥青路面的压实均匀性进行合理评价的技术问题。

Description

沥青路面碾压室内模拟试验方法

技术领域

本发明涉及模拟沥青路面碾压施工成型工况技术领域，具体涉及一种沥青路面碾压室内模拟试验方法。

背景技术

沥青路面由于沥青用量过大、混合料密度偏低、压实度低、现场空隙率大以及级配不良等因素，可能在早期使用中出现损坏。故而，有必要采取措施提高沥青路面的压实密度和耐久性，以降低维护与重建费用。对此，文件CN105865871A公开了一种沥青混合料标准试件模拟施工态碾压成型设备，包括一个模盘、一个用于碾压沥青混合料的碾压轮、一个提供碾压轮下压力的碾压轮压力控制装置、一个计算碾压轮往复次数的碾压轮次数控制装置，一个机械传动控制装置和一个检测装置；所述机械传动装置包含一个设于模盘下方的振动盘，以及提供振动盘上下振动动力的电机。该设备可以最大限度地模拟路面碾压成型阶段混合料所受到的碾压、搓揉作用，制作出符合行业标准、地方标准的沥青混合料标准试件。

沥青在压实的过程中，由于碾压混乱、局部漏压、碾压温度不均匀等因素，可能会使得沥青混合料的压实程度分布不均匀，从而显著影响沥青路面的使用寿命。也就是说，现有技术虽然能够高度还原现场沥青路面铺筑工艺，却不能保证沥青混合料具有均匀的压实程度，也即需要对沥青路面的压实均匀性进行合理评价。

发明内容

本发明提供一种沥青路面碾压室内模拟试验方法，解决了现有技术试验方法虽然能够高度还原现场沥青路面铺筑工艺，却不能对沥青路面的压实均匀性进行合理评价的技术问题。

本发明提供的基础方案为：沥青路面碾压室内模拟试验方法，包括步骤：

S1、做好试件并将试件和试模固定于试模底座上；

S2、设置设备的工作参数；

S3、启动设备，使压头在试件表面上来回往返振动碾压；

S4、关闭设备，采用无核密度仪采集试件上的密度数据；

S5、根据密度数据采用数理统计判断压实均匀性是否符合要求：如果压实均匀性符合要求，进行S6；如果压实均匀性不符合要求，进行S3；

S6、取出试件。

本发明的工作原理及优点在于：采用设备的工作参数模拟沥青路面的实际工作环境，通过无核密度仪检测试件的密度分布情况，结合数理统计方法从整体评价试件的压实均匀性。通过这样的方式，其一，便于从总体上评价沥青路面的施工均匀性的质量；其二，能够高度还原现场沥青路面铺筑工艺；其三，可以为施工验收提供压实均匀性的数据。

本发明通过无核密度仪检测试件的密度分布情况，结合数理统计方法从整体评价试件的压实均匀性，解决了现有技术试验方法虽然能够高度还原现场沥青路面铺筑工艺，却不能对沥青路面的压实均匀性进行合理评价的技术问题。

进一步，S2中设备的工作参数包括振动频率、压实时间以及压头种类。

有益效果在于：通过这样的方式，可以高度还原现场沥青混合料碾压工艺，保证完成试验的试件也高度还原现场的压实效果。

进一步，S3中压头在试件表面上匀速来回往返碾压。

有益效果在于：这样可以保证试件的压实尽可能均匀，既便于高度还原现场的压实效果，又便于实现。

进一步，S4中采集试件上预设测试区的密度数据。

有益效果在于：只采集试件上预设测试区的密度数据，而不是采集整个试件上的密度数据，有利于剔除某些异常数据，比如靠近试件两端的端部。

进一步，S4中预设测试区为【2％，98％】试件长度区间。

有益效果在于：通过这样的方式，可以剔除靠近试件两端的端部的数据，从而提高实验分析结果的准确性。

进一步，S4中等间距采集密度数据。

有益效果在于：这样采集数据既能够保证准确性，又便于操作实现。

进一步，S5中根据密度数据判断压实均匀性是否符合要求具体包括：

A1、选取密度分布均匀的区间为基准段；

A2、由基准段的密度数据建立试件密度分布均匀性的评价指标；

A3、根据评价指标判断压实均匀性是否符合要求。

有益效果在于：通过这样的方式，选取密度分布均匀的区间为基准段，并由基准段的密度数据建立试件密度分布均匀性的评价指标，这样的指标能够比较真实地反应实际情况，相较于人为直接设定评价指标，更加可靠。

进一步，A1中选取【25％，75％】试件长度的区间为基准段。

有益效果在于：实践表明，在压实过程中试件中间段的密度分布较为均匀，选取25％～75％试件长度的区间为基准段，简单易行，也不会造成太大的偏差。

进一步，A2中密度分布均匀性的评价指标为基准段的平均密度值与方差。

有益效果在于：实践表明，密度值具有近似于正态分布的概率分布，以基准段的平均密度值与方差作为评价指标，符合实际的密度分布规律。

进一步，A3中判断【2％，25％】与【75％，98％】试件长度区间内的密度值是否均位于【基准段的平均密度值-2×方差，基准段的平均密度值+2×方差】区间内。

有益效果在于：根据正态分布的规律，约95.4％的数值分布在距离平均值有2个方差的范围内，这样判断简单易行，又能够反应实际情况。

附图说明

图1为本发明沥青路面碾压室内模拟试验方法实施例的流程图。

图2为本发明沥青路面碾压室内模拟试验方法实施例设备的结构示意图。

图3为本发明沥青路面碾压室内模拟试验方法实施例设备的钢筒的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：承重基座1、导轨2、试模底座3、试模4、液压泵5、液压杆6、双头压件7、轮胎71、连杆72、钢筒73、梢钉74、内壁面731、外壁面732、振动马达733、阻尼器734、丝杆8、伺服电机9、箱体10。

实施例1

本发明沥青路面碾压室内模拟试验方法实施例基本如附图1所示，包括步骤：

S1、做好试件并将试件和试模固定于试模底座上；

S2、设置设备的工作参数；

S3、启动设备，使压头在试件表面上来回往返振动碾压；

S4、关闭设备，采集无核密度仪采集试件上的密度数据；

S5、根据密度数据采用数理统计判断压实均匀性是否符合要求：如果压实均匀性符合要求，进行S6；如果压实均匀性不符合要求，进行S3；

S6、取出试件。

本实施例采用沥青路面碾压工艺室内模拟试验仪，在室内模拟沥青路面施工过程中的压实工艺是否科学。类似于沥青混合料车辙试验仪，如附图2、附图3所示，该设备包括：承重基座1、导轨2、试模底座3、试模4、液压泵5、液压杆6、双头压件7、轮胎71、连杆72、钢筒73、梢钉74、内壁面731、外壁面732、振动马达733、阻尼器734、丝杆8、伺服电机9、箱体10。

外部由一个箱体10笼罩，箱体10尺寸为1000mm×1000mm×1000mm。导轨2通过螺栓固定在承重基座1的上方，导轨2的横截面为凸字形，试模底座3下方加工有滑槽，滑槽的横截面与导轨2的横截面相配合，导轨2位于滑槽里，试模底座3可以沿着导轨2滑动，但是滑槽可以限制试模底座3沿垂直方向运动。试模底座3上方加工有矩形沟槽，试模4包括四块夹板，四块夹板用螺丝分别固定在沟槽的四个边上，保证四块夹板与沟槽的壁面贴合。丝杆8为滚珠丝杠，包括螺杆和螺母，螺母焊接在试模底座3上，螺杆一端贯穿螺母，另一端与伺服电机9的输出轴同轴安装，将旋转运动转化成直线运动。

液压泵5位于承重基座1的上方，液压杆6的横截面为矩形，液压杆6一端与液压泵5同轴安装，另一端沿垂直轴线方向加工有第一梢孔，第一梢孔共有两个，圆心均位于液压杆6的轴线上。双头压件7包括轮胎71、连杆72、钢筒73和梢钉74，连杆72的横截面为矩形，连杆72一端通过螺栓固定在轮胎71上，另一端焊接在钢筒73上，轮胎71、连杆72和钢筒73的厚度相同，当双头压件7被固定在液压杆6上时，轮胎71、连杆72和钢筒73均能够与液压杆6的表面完全贴合，从而能够有效地防止松动。连杆72上垂直轴线方向加工有第二梢孔，第二梢孔共有三个，圆心均位于连杆72的轴线上，第二梢孔之间的距离与第一梢孔之间的距离相等，第一梢孔与第二梢孔的直径相等；梢钉74贯穿连杆72上位于中间的第二梢孔与液压杆6上位于下方的第一梢孔.

钢筒73包括内壁面731、外壁面732、振动马达733与阻尼器734，振动马达733位于内壁面731围成的空腔里，振动马达733焊接在内壁面731上；阻尼器734位于内壁面731与外壁面732之间的空腔里，一端焊接在内壁面731上，另一端焊接在外壁面上。

具体实施过程如下：

S1、做好试件并将试件和试模4固定于试模底座3上。

试模4尺寸为300mm×300mm×100mm的常规大件车辙件，试模4四边铁质夹板可拆卸。

对于试件，为了更好的模拟现场施工情况，首先，先采用300mm×300mm×50mm的试模4成型下卧层试件，下卧层试件可以是不同粒径的沥青混合料，也可以是水泥稳定碎石等基层材料；成型下卧层试件后，接着将其放入300mm×300mm×100mm的试模4中并使其置于底部，若试验中需要在新铺沥青层与下卧层之间洒布粘层油，则还需对下卧层试件顶面洒布粘层乳化沥青；然后，待下卧层摆放好，若有洒布要求的话，洒布乳化沥青粘层后，人工铺筑沥青混合料层至超出设计要求的松铺系数对应高度；最后，略微整平后，将装有试件的试模4安装于试模底座3上固定好。

S2、设置设备的工作参数。

为了高度还原现场沥青混合料碾压工艺，保证完成试验的试件也高度还原现场的压实效果，设备的工作参数包括振动频率、压实时间以及压头种类。具体而言，通过设备统一控制系统，设置试模4沿导轨2的运动速度，使其与现行《公路沥青路面施工技术规范》要求一致；然后手动选择双头压件7的压头类型，也即，选择轮胎71或者钢筒73。当需要采用钢筒73碾压时，将双头压件7旋转至竖直，并使钢筒73的一面处于正下方，然后用梢钉卡住，固定双头压件7不使其转动；同理，若需要轮胎71进行碾压时，则使轮胎71朝下，然后用梢钉卡住，固定双头压件7不使其转动。最后，调整液压系统，使压头作用于混合料上的压强等同于设计文件要求的初压、复压、终压对应压路机作用于路面上的压强。

S3、启动设备，使压头在试件表面上来回往返振动碾压。

按照设计文件中对于每一道压实工序的压实时间要求来设置压实时间，设置完成后启动设备，使压头在试件表面上匀速往复碾压，保证试件的压实尽可能均匀。

S4、关闭设备，采用无核密度仪采集试件上的密度数据。

完成一道压实工序后关闭设备，按照设计文件要求改变压头种类，设置好后一道压实工序的时间，以便再次启动进行压实。先在试件上划出预设测试区，具体为【2％，98％】试件长度区间，由于试件的长、宽、高分别为300mm、300mm、50mm，也即划出长度方向6～294mm的区间，宽度方向也为6～294mm的区间，也就是说预设测试区为288mm×288mm的正方形区域。然后，采用无核密度仪在288mm×288mm的正方形区域内，按照长、宽方向均为4mm的间距进行采样，共有72×72个采样点。这样只采集试件上预设测试区的密度数据，而不是采集整个试件上的密度数据，有利于剔除某些异常数据，比如靠近试件两端的端部的密度数据。

S5、根据密度数据采用数理统计判断压实均匀性是否符合要求。

为了比较真实地反应实际情况，选取密度分布均匀的区间为基准段，并由基准段的密度数据建立试件密度分布均匀性的评价指标。具体而言：

第一步，选取密度分布均匀的区间为基准段。考虑到在压实过程中试件中间段的密度分布较为均匀，选取25％～75％试件长度的区间为基准段。也即，划出长度方向75～225mm的区间，宽度方向也为75～255mm的区间，也就是说基准段为150mm×150mm的正方形区域。

第二步，由基准段的密度数据建立试件密度分布均匀性的评价指标。提取在150mm×150mm的正方形区域内采样点的密度数据，共有37×37个采样点的密度数据，采用梳理统计的方式计算37×37个采样点的密度数据的平均密度值与方差。本实施例中采用SPSS软件进行计算，平均密度值为2.4g/cm³，方差为0.05g/cm3。

第三步，根据评价指标判断压实均匀性是否符合要求。

具体而言，判断【2％，25％】与【75％，98％】试件长度区间内的密度值是否均位于【基准段的平均密度值-2×方差，基准段的平均密度值+2×方差】区间内。也就是说，判断基准段内的采样点之外的采样点的密度数据，是否均位于【2.4-2×0.05，2.4+2×0.05】区间，也即【2.3，2.5】区间内。

如果基准段内的采样点之外的采样点的密度值均位于【2.3，2.5】区间内，判定压实均匀性符合要求，则取出试件；反之，如果基准段内的采样点之外的采样点的密度值有一个及以上没有均位于【2.3，2.5】区间内，判定压实均匀性不符合要求，重新设置设备的工作参数继续进行压实。

S6、取出试件。

待压实均匀性符合要求后，使液压泵卸掉压力，压头上升离开试件表面，则可取出试件。

可见，通过同比例缩小压路机钢轮、胶轮、液压泵对压头施加压力来模拟压路机对路面的压强，采用伺服电机带动试模往复运动的方式模拟压路机的往复碾压和碾压速度，通过试模下面放置下卧层试件模拟原路面下卧层形式，高度还原了现场沥青路面铺筑工艺，从而保证了完成试验的试件也高度还原现场的压实效果，能够在低成本、低消耗、快周期的情况下模拟即将施工路面的压实质量，为后续大面积施工提供科学的、强有力的指导。

实施例2

与实施例1不同之处仅在于，判断基准段内的采样点之外的采样点的密度数据，是否均位于【2.4-3×0.05，2.4+3×0.05】区间，也即【2.25，2.55】区间内。

实施例3

与实施例2不同之处仅在于，考虑施工环境温度的影响。具体而言，实际施工过程与室内的模拟实验存在两点不同之处：其一，实际的施工过程是在室外进行的，四季的温度以及南北地区的气温存在比较大的差异。比如说，重庆地区冬季气温在10℃左右，夏季气温则在37℃左右，同样的冬季，哈尔滨地区的气温在-30～-20℃左右。其二，室内的模拟实验是针对小试件进行的，比实际的路面要小很多。根据传热学相关理论，试件的大小会影响对流换热与热传导散热强度的相对大小。综合上述两点，对在室内进行的模拟实验而言，忽略了散热效果对试验结果的影响。

本实施例中，既要考虑四季的温度以及南北地区的温差的影响，也要考虑试件尺寸的影响：首先，考虑四季的温度以及南北地区的温差的影响，采用空调将进行模拟试验室内的温度调节到与实际施工环境的温度相等。比如说，模拟重庆夏季的施工环境，就将进行模拟试验室内的温度调节到37℃；模拟哈尔滨冬季的施工环境，就将进行模拟试验室内的温度调节到-30～-20℃。接着，考虑试件尺寸的影响，也即保证室内小试件附近的流场与实际施工环境的流场的流体力学相似准数相等。比如说，由于在实际的施工环境中，沥青的散热大部分依靠热传导进行，少量依靠对流换热进行，故而需要保证室内小试件附近的流场与实际施工环境的流场的普朗特数(Pr)相等，具体可参照风洞实验的流体力学相似准数的确定方法。通过这样的方式，同时考虑了温差与试件尺寸对试验结果的影响，能够更加准确地还原施工环境，从而高度还原现场沥青路面铺筑工艺。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，包括步骤：

S1、做好试件并将试件和试模固定于试模底座上；

S2、设置设备的工作参数；

S3、启动设备，使压头在试件表面上来回往返振动碾压；

S4、关闭设备，采用无核密度仪采集试件上的密度数据；

S5、根据密度数据采用数理统计判断压实均匀性是否符合要求：如果压实均匀性符合要求，进行S6；如果压实均匀性不符合要求，进行S3；

S6、取出试件。

2.如权利要求1所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，S2中设备的工作参数包括振动频率、压实时间以及压头种类。

3.如权利要求2所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，S3中压头在试件表面上匀速来回往返碾压。

4.如权利要求3所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，S4中采集试件上预设测试区的密度数据。

5.如权利要求4所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，S4中预设测试区为【2％，98％】试件长度区间。

6.如权利要求5所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，S4中等间距采集密度数据。

7.如权利要求6所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，S5中根据密度数据判断压实均匀性是否符合要求具体包括：

A1、选取密度分布均匀的区间为基准段；

A2、由基准段的密度数据建立试件密度分布均匀性的评价指标；

A3、根据评价指标判断压实均匀性是否符合要求。

8.如权利要求7所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，A1中选取【25％，75％】试件长度的区间为基准段。

9.如权利要求8所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，A2中密度分布均匀性的评价指标为基准段的平均密度值与方差。

10.如权利要求9所述的沥青路面碾压室内模拟试验方法，其特征在于，A3中判断【2％，25％】与【75％，98％】试件长度区间内的密度值是否均位于【基准段的平均密度值-2×方差，基准段的平均密度值+2×方差】区间内。

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