CN112147314A - 一种基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，该方法首先成型沥青路面复合结构试件中的下层结构，再在其上方放入双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜，随后成型沥青路面复合结构试件中的上层结构，最后沿复合试件中轴线方向将复合试件上下结构层沿层间界面进行分离。本发明实现了室内成型沥青路面结构层间界面的无损分离，且分离效果明显，分离后的复合试件上下结构层层间界面完整，表面纹理清晰、构造特征明显、表面特征突出、细观信息丰富，达到了对室内成型沥青路面结构层间界面无损分离的目的。同时，本发明方法具有沥青路面结构层间界面界定准确、经济成本低、操作简单方便，易于推广使用等优点。

Description

一种基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法

技术领域

本发明涉及沥青路面检测技术领域，具体涉及一种基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法。

背景技术

沥青路面是一种多层层状体系结构，其结构组成往往包含面层、基层和垫层，各结构层次内可根据需要分两层或三层进行铺筑，且各结构层次间是通过相应的粘结材料进行粘黏。然而，在车辆荷载及外界环境(如温度、湿度)的共同作用下，层间粘结材料易发生失效，加之路面结构中各结构层次的模量和变形协调能力差异较大，常常导致沥青路面各结构层间彼此脱落，进而诱发一系列层间病害。

沥青路面层间结构能以整体形式有效工作往往需要依附其上下结构层间界面间的摩阻力、表面凹凸构造间的嵌挤力及粘结材料所产生的粘结力。其中，除粘结力由层间粘结材料提供外，摩阻力和嵌挤力均与沥青路面结构层间界面的表面特性息息相关。因此，有必要就沥青路面层间界面工作特性开展细致研究，以了解其深层的失效机理，深层次分析层间结构上下界面间相互作用下的摩阻力和嵌挤力。为实现该目的，就需要对沥青路面上下结构层间界面的表面特性进行研究，而获得层间结构表面特性的前提是如何获得完整的沥青路面层间结构表面。至此，怎样实现沥青路面结构层间界面无损分离成为解决问题的关键。

在现有研究中，为评价沥青路面结构层间的整体性能，大多研究是基于宏观现象学下的各类测试装置所测试的各类力学强度或疲劳寿命，而试件获取往往是通过现场钻芯或室内成型，但无论是现场钻芯还是各类宏观现象学下的力学试验均是一种有损方法，所呈现的层间界面已受到不同程度的扰动或破坏，依靠人为施力、加热或刻凿等方法均难以实现沥青路面结构层间界面无损分离，故无法对沥青路面结构层间界面的细观工作机理进行阐释。究其原因在于无法完整获取真正意义上的上下结构层间界面的原始形貌及其表面特征。目前，借助CT扫描技术，实现了沥青路面内部信息重构，加深了对沥青路面的认识和了解。但限于CT扫描设备昂贵，经济成本高，技术操作复杂，且沥青路面结构层间界面界限难以准确界定，不利于相关技术的推广。因此，寻找一种精度高、经济成本低，操作过程简单，便于推广和使用的沥青路面结构层间界面无损分离方法显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于层间隔离薄膜与层间隔离剂共同作用下的室内成型沥青路面结构层间界面无损分离方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用室内成型方式成型沥青路面结构复合试件中的下层结构；

S2、在步骤S1得到的复合试件下层结构上方放置双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜；

S3、采用室内成型方式成型沥青路面结构复合试件中的上层结构；

S4、对步骤S3得到的复合试件层间界面进行无损分离。

优选地，所述步骤S1中：

沥青路面结构复合试件中的下层结构包括上-中面层复合试件中的中面层结构、中-下面层复合试件中的下面层结构及下面层-基层复合试件中的基层结构；

其中，所述复合试件下层结构采用旋转压实仪、马歇尔击实仪、静压力成型机或者轮碾成型机成型。

优选地，所述步骤S2具体包括：

首先采用普通机油和天然水按设定质量份比例配合制成油水混合液，并对油水混合液进行搅拌以充分融合；

然后将超薄隔离薄膜按照步骤S1中复合试件下层结构的几何尺寸进行等比例裁剪，并在超薄隔离薄膜上下表面均匀涂刷油水混合液；

最后待步骤S1中复合试件下层结构冷却稳定后，将双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜摊铺于复合试件下层结构上方，并将二者一并放入其对应的试模内。

优选地，所述油水混合液中普通机油和天然水的质量份比例为1:3。

优选地，所述步骤S3中：

沥青路面结构复合试件的上层结构包括上-中面层复合试件中的上面层结构、中-下面层复合试件中的中面层结构及下面层-基层复合试件中的下面层结构；

其中，所述复合试件上层结构的成型方式与步骤S1中复合试件下层结构成型方式一致。

优选地，所述复合试件上层结构的成型方式具体为：

在装有所述复合试件下层结构和双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜的试模内均匀填入复合试件上层沥青混合料，并压实至复合试件成型，形成上热 -下凉的复合试件。

优选地，所述步骤S4具体包括：

首先待步骤S3得到的复合试件成型完成后，将复合试件在试模内静置稳定设定时间后将其整体取出；

然后沿复合试件中轴线方向将复合试件上下结构层沿层间界面进行分离；

最后待复合试件上下结构分离后，根据步骤S2中超薄隔离薄膜所在位置将其从相应结构层间表面轻轻撕离，从而获取完整的沥青路面结构层间界面原始形貌及其表面特征。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明方法通过超薄、抗压、耐高温、高韧性、易变形的聚酰亚胺薄膜结合油水混合液，在沥青路面结构层间界面产生双重隔离效果，能有效防止沥青路面结构层间强性粘黏，且聚酰亚胺薄膜的存在进一步保护了沥青路面结构层间界面的完整性。为获取完整的沥青路面结构层间界面原始形貌及其表面特征提供了关键的技术支撑；

(2)本发明方法相较CT扫描技术而言，具有结构层间界面界定准确、经济成本低、操作简单方便，易于推广使用等优点；

(3)本发明方法与既有的沥青路面结构层间整体性能评价方法相比，是对沥青路面结构层间界面真实形貌的真实全景呈现，实现了真正意义上的沥青路面结构层间界面无损分离，且分离效果明显，分离后的复合试件上下结构层层间界面完整，表面纹理清晰、构造特征明显、表面特征突出、细观信息丰富，达到了对室内成型沥青路面结构层间界面无损分离的目的；

(4)本发明为获取完整的沥青路面结构层间界面原始形貌及其表面信息提供了关键的技术支撑，可用于后期分析沥青路面结构层间界面相互作用下的细观作用机理，并进一步厘清并认识沥青路面结构层间界面间粘结力、摩阻力和嵌挤力及其三者间的关系，具有重要的科学研究价值。

附图说明

图1为本发明基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法流程示意图；

图2为本发明实施例中层间界面含双面涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜的复合试件结构示意图；

图3为本发明实施例中层间界面含双面涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜的复合试件成型过程示意图；其中(a)为复合试件下层结构；(b)为油水混合液；(c)为裁剪后的聚酰亚胺薄膜；(d)为涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜； (e)为将涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜贴在复合试件下层结构上方并放入试模内；(f)为成型后的复合试件；

图4为本发明实施例中无损分离后的沥青路面结构示意图；其中(a)为无损分离后的沥青路面复合试件下层结构，(b)为无损分离后的聚酰亚胺薄膜； (c)为无损分离后的沥青路面复合试件上层结构。

图5为本发明实施例中含竖向层间界面的沥青路面车辙板复合试件俯视图；

图6为本发明实施例中拉拔试验的沥青路面结构层间破坏断面示意图；

图7为本发明实施例中直剪试验的沥青路面结构层间破坏断面示意图；

图8为本发明实施例中斜剪试验的沥青路面结构层间破坏断面示意图；

其中附图标记为：1、沥青路面复合试件上层结构，2、复合试件上层结构的层间界面，3、双面涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜，4、沥青路面复合试件下层结构的层间界面，5、沥青路面复合试件下层结构，6、车辙板复合试件左半幅结构，7、双面涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜，8、车辙板复合试件右半幅结构。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，包括以下步骤S1至S4：

S1、采用室内成型方式成型沥青路面结构复合试件中的下层结构；

本实施例中，如图2中5所示结构层，沥青路面结构复合试件中的下层结构包括上-中面层复合试件中的中面层结构、中-下面层复合试件中的下面层结构及下面层-基层复合试件中的基层结构；

其中，所述复合试件下层结构采用旋转压实仪、马歇尔击实仪、静压力成型机或者轮碾成型机成型。

以旋转压实仪成型方式为例，混合料类型选用高速公路建设时中面层常用的结构AC-20。

针对采用旋转压实仪成型复合试件下层结构AC-20时，需根据AC-20总质量和其最大理论密度，调整旋转压实仪压实高度。假设本例中配制AC-20 总质量3196g，测定其最大理论密度2.585g/cm³，根据计算公式(1)得到试件高度h，故需设置旋转压实仪高度参数为70mm。

π×r²×h×ρ＝m (1)

式中，r为旋转压实仪试件半径，可为75mm(直径150mm)或50mm (直径100mm)，本例中采用试件半径75mm；h为旋转压实仪试件高度，mm；ρ为沥青混合料最大理论密度，g/cm³；m为沥青混合料质量，g。

S2、在步骤S1得到的复合试件下层结构上方放置双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜；

本实施例中，如图3所示，步骤S2具体包括：

首先采用普通机油和天然水按设定质量份比例配合制成油水混合液，并对油水混合液进行搅拌以充分融合；其中油水混合液中普通机油和天然水的质量份比例为1:3；在配制过程中，应对混合液进行充分搅拌，以保证二者充分融合，如图3(b)，且应尽量避免机油和天然水因密度差异而产生油水分离，进而影响层间分离效果。

然后将超薄隔离薄膜按照步骤S1中复合试件下层结构的几何尺寸进行等比例裁剪，如图3(c)，并在超薄隔离薄膜上下表面均匀涂刷油水混合液，如图3(d)；其中超薄隔离薄膜超薄、抗压、耐高温、高韧性、易变形的聚酰亚胺薄膜，并裁剪为直径150mm的圆。

最后待步骤S1中复合试件下层结构冷却稳定后，将双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜摊铺于复合试件下层结构上方，并将二者一并放入其对应的试模内，如图3(e)。

S3、采用室内成型方式成型沥青路面结构复合试件中的上层结构；

本实施例中，如图2中1所示结构层，沥青路面结构复合试件的上层结构包括上-中面层复合试件中的上面层结构、中-下面层复合试件中的中面层结构及下面层-基层复合试件中的下面层结构；

其中，所述复合试件上层结构的成型方式与步骤S1中复合试件下层结构成型方式一致。

复合试件上层结构的成型方式具体为：

在装有所述复合试件下层结构和双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜的试模内均匀填入复合试件上层沥青混合料，并压实至复合试件成型，形成上热 -下凉的复合试件。

对于成型沥青路面复合结构试件的上层结构，即本例中上-中面层复合试件中的上面层结构，成型方式同样采用旋转压实仪成型，混合料类型选用高速公路建设时上面层常用结构SMA-13。

其中，待复合试件下层结构和双面涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜装入旋转压实仪试模后，均匀填入已事先计算的复合试件上层沥青混合料。如本例中加入SMA-13总质量3160g，并测得其最大理论密度为2.556g/cm³，根据公式1计算其压实高度为70mm。故设定旋转压实仪高度参数至70mm，并压实至复合试件成型，形成上热-下凉的沥青路面结构复合试件，如图3(f)。

S4、对步骤S3得到的复合试件层间界面进行无损分离。

本实施例中，如图4所示，步骤S4具体包括：

首先待步骤S3得到的复合试件成型完成后，将复合试件在试模内静置稳定设定时间后将其整体取出；具体而言，在成型完成层间界面含聚酰亚胺薄膜及油水混合液的上热-下凉复合试件后，将复合试件在试模内静置稳定约10分钟，再将其整体取出。

然后沿复合试件中轴线方向将复合试件上下结构层沿层间界面进行分离；在分离过程中需要保证动作轻微、缓慢。

最后待复合试件上下结构沿层间界面进行分离后，涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜可能依附于复合试件上层结构，也可能依附于复合试件下层结构，随后根据步骤S2中超薄隔离薄膜所在位置将其从相应结构层间表面轻轻撕离，从而获取完整的沥青路面结构层间界面原始形貌及其表面特征。在撕离过程中不可用力拉扯，以免损坏其所在结构层的层间表面。

至此，便已实现对室内成型沥青路面结构层间界面的无损分离。如图4所示，分离后的复合试件上下结构层层间界面表面完整，各结构层间表面纹理清晰、构造特征明显、表面特征突出、细观信息丰富，可用于后期分析沥青路面结构层间界面相互作用的细观机理，并进一步厘清层间界面特征下的摩阻力和嵌挤力。

实施例2

本实施例与实施例1类似，只是在复合试件成型时选用马歇尔击实仪。

在本实施例复合试件上下结构层成型过程中，按照马歇尔击实仪操作流程，称取相应沥青混合料质量1200g(标准马歇尔试件)或4050g(大型马歇尔试件)，并双面各击实50次(标准马歇尔试件)或75次(大型马歇尔试件)。其余实施流程和操作步骤同实施例1一致。

实施例3

本实施例与实施例1类似，只是在复合试件成型时采用静压法。

在本实施例复合试件上下结构层成型过程中，试件为直径100mm的圆柱体，依据静压法操作流程，按式2计算相应沥青混合料质量。待沥青混合料填入试模后，启动静压设备，使压力从1MPa逐渐增加至20～30MPa，直至试件达到预定高度。

π×r²×h×ρ＝m (2)

式中，r为试件半径，50mm；h为试件设定高度，mm；ρ为马歇尔标准击实密度，g/cm³；m为沥青混合料质量，g。

其余实施流程和操作步骤同实施例1相同。

实施例4

本实施例与实施例1类似，只是在复合试件成型时采用轮碾法。

如图5所示，在本实施例复合试件层间结构成型过程中，将实施例1中的水平向层间结构转变为车辙板左右半幅间形成的竖向层间结构。其具体实施步骤如下：

S1、成型沥青路面复合结构试件中的下层结构。

其中，本实施例中采用轮碾法成型方式。针对采用轮碾法成型复合结构左半幅时，如图5中6所示的左半幅结构，需根据轮碾法中车辙板尺寸，按式3 计算左半幅沥青混合料总质量。首先，在车辙板两长边的中线位置固定好隔板，待左半幅沥青混合料拌和完成后，均匀填入车辙板左半幅试模内，并启动轮碾设备，运行12个往返(24次)，直至左半幅沥青混合料压实至成型。

a×b×h×ρ×1.03＝m (3)

式中，a为轮碾法中车辙板长度，通常为300mm；b为轮碾法中车辙板宽度，通常为300mm；h为轮碾法中车辙板试件高度，通常为50～100mm；ρ为马歇尔标准击实密度，g/cm³；1.03是为保证碾压效果而设定的松铺系数；m 为左半幅沥青混合料质量，g。

S2、在复合试件左半幅侧面贴上双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜，如图5中7所示的结构层。

其中，油水混合液是采用普通机油和天然水按质量份1:3配合而成。在配制过程中，应对混合液进行充分搅拌，以保证二者充分融合，且应尽量避免机油和天然水因密度差异而产生油水分离，进而影响层间分离效果。随后将超薄、抗压、耐高温、高韧性、易变形的聚酰亚胺薄膜按照复合试件左半幅侧面的几何尺寸进行1:1裁剪，并在其上下表面均匀涂刷已配置完成的油水混合液。最后，待复合试件左半幅结构冷却稳定后，拆去车辙板中间隔板，并将双面涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜摊铺于复合试件左半幅侧面。

S3、成型沥青路面复合结构试件右半幅结构，如图5中8所示的结构层。

对于成型沥青路面复合结构试件右半幅结构，其填料计算方法及成型方式均与复合试件左半幅结构类似。并最终形成左凉-右热的沥青路面结构复合试件。

S4、对沥青路面复合结构试件层间界面进行无损分离。

在成型完成层间界面含聚酰亚胺薄膜及油水混合液的左凉-右热复合试件后，将复合试件在车辙板内静置稳定约10分钟，再将其整体取出。紧接着沿复合试件中轴线方向将复合试件左右半幅结构层沿层间界面进行分离，该过程应保证动作轻微、缓慢。待复合试件左右半幅结构沿层间界面分离后，此时，涂有油水混合液的聚酰亚胺薄膜可能依附于复合试件左半幅侧面，也可能依附于复合试件右半幅结构侧面，随后将其从相应结构层侧面表面轻轻撕离，切不可用力拉扯，以免损坏其所在结构层的层间表面。

上述实施例1～实施例4的分离效果表明：本发明方法通过在室内成型沥青路面结构复合试件层间成型过程中加入双面均涂刷油水混合液的聚酰亚胺薄膜，可有效减弱复合试件成型过程中的强性粘黏，起到较好的隔离效果。同时，由于聚酰亚胺薄膜是一种超薄、抗压、耐高温、高韧性、易变形材料，不会对沥青路面上下结构层间界面的相互作用造成影响，保护了沥青路面结构层间界面的完整性。如图6、图7、图8所示，在以往研究中基于各类力学强度的沥青路面层间性能测试方法及其层间断面，所呈现的沥青路面层间结构界面均是在较大的力学强度试验中遭到了较大程度的破坏，无法完整获取沥青路面结构层间界面表面信息，不利于对其细观作用机理进行分析。对比图4可发现，本发明方法在沥青路面结构层间界面分离中效果明显，分离后的复合试件上下结构层间界面完整，各结构层间表面纹理清晰、构造特征明显、表面特征突出、细观信息丰富，达到了对室内成型沥青路面结构层间界面无损分离的目的。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用室内成型方式成型沥青路面结构复合试件中的下层结构；

S2、在步骤S1得到的复合试件下层结构上方放置双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜；

S3、采用室内成型方式成型沥青路面结构复合试件中的上层结构；

S4、对步骤S3得到的复合试件层间界面进行无损分离。

2.根据权利要求1所述的基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，所述步骤S1中：

沥青路面结构复合试件中的下层结构包括上-中面层复合试件中的中面层结构、中-下面层复合试件中的下面层结构及下面层-基层复合试件中的基层结构；

其中，所述复合试件下层结构采用旋转压实仪、马歇尔击实仪、静压力成型机或者轮碾成型机成型。

3.根据权利要求1所述的基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

首先采用普通机油和天然水按设定质量份比例配合制成油水混合液，并对油水混合液进行搅拌以充分融合；

然后将超薄隔离薄膜按照步骤S1中复合试件下层结构的几何尺寸进行等比例裁剪，并在超薄隔离薄膜上下表面均匀涂刷油水混合液；

最后待步骤S1中复合试件下层结构冷却稳定后，将双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜摊铺于复合试件下层结构上方，并将二者一并放入其对应的试模内。

4.根据权利要求3所述的基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，所述油水混合液中普通机油和天然水的质量份比例为1:3。

5.根据权利要求1所述的基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，所述步骤S3中：

沥青路面结构复合试件的上层结构包括上-中面层复合试件中的上面层结构、中-下面层复合试件中的中面层结构及下面层-基层复合试件中的下面层结构；

其中，所述复合试件上层结构的成型方式与步骤S1中复合试件下层结构成型方式一致。

6.根据权利要求1或5所述的基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，所述复合试件上层结构的成型方式具体为：

在装有所述复合试件下层结构和双面涂有油水混合液的超薄隔离薄膜的试模内均匀填入复合试件上层沥青混合料，并压实至复合试件成型，形成上热-下凉的复合试件。

7.根据权利要求1所述的基于室内成型的沥青路面结构层间界面无损分离方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

首先待步骤S3得到的复合试件成型完成后，将复合试件在试模内静置稳定设定时间后将其整体取出；

然后沿复合试件中轴线方向将复合试件上下结构层沿层间界面进行分离；

最后待复合试件上下结构分离后，根据步骤S2中超薄隔离薄膜所在位置将其从相应结构层间表面轻轻撕离，从而获取完整的沥青路面结构层间界面原始形貌及其表面特征。

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