CN114720672A - 一种基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，属于道路工程性能检测技术领域，本发明要解决的技术问题为如何客观的评价沥青路面路用性能，便于沥青路面破坏的原因分析，进而更加直观的反应处沥青路面质量状态，采用的技术方案为：该方法具体步骤如下：S1、样品制备：选取两个直径为150mm的沥青混合料芯样作为一组试件，室内切割制作汉堡车辙试样，并实测空隙率；S2、汉堡车辙试验：在设定温度、轮压及轮碾次数条件下进行汉堡车辙试验，并绘制11个点位的车辙深度与轮碾次数的关系曲线；S3、外观评价：根据碾压完成后汉堡车辙试样受挤压状态或破坏的形态，评判并划分沥青混合料破坏类型；S4、轨迹曲线评价；S5、变形曲线评价。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程性能检测领域，具体地说是一种基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法。
背景技术
沥青路面早期破坏形式主要以车辙和水损害为主，然而目前常用的评价沥青混合料的高温和水稳定性能的方法仅适用于试验室成型试件(马歇尔、旋转压实等成型方法)的车辙、冻融等。由于室内与现场施工不可避免存在取样、温度、压实、均匀性等诸多偏差，导致室内成型试件与现场大规模施工沥青混合料路用性能偏差较大，室内试验无法代表现场实际。
沥青混合料汉堡车辙试验路面取芯试验结果与现场路面车辙及水稳定性相关性最高，是用来检测成型沥青路面路用性能较好的方法。考虑到目前沥青混合料类型普遍采用嵌挤结构，表面离析、凸起粗集料骨架对轮碾结果影响较大，一贯的采用芯样中间点变形曲线以车辙深度(RD)、蠕变斜率(Creep slope)、剥落变形拐点(SIP)、剥落斜率(Strippingslope)定量的评价其性能一定程度上影响试验结果的准确度。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，来解决如何客观的评价沥青路面路用性能，便于沥青路面破坏的原因分析，进而更加直观的反应处沥青路面质量状态的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，该方法具体步骤如下：
S1、样品制备：选取两个直径为150mm的沥青混合料芯样作为一组试件，室内切割制作汉堡车辙试样，并实测空隙率；
S2、汉堡车辙试验：在设定温度、轮压及轮碾次数条件下进行汉堡车辙试验，并绘制11个点位的车辙深度与轮碾次数的关系曲线；其中，11个点位是指将汉堡车辙试样平均分成11份，从左至右依次为1#-11#点位；
S3、外观评价：根据碾压完成后汉堡车辙试样受挤压状态或破坏的形态，评判并划分沥青混合料破坏类型；
S4、轨迹曲线评价：绘制汉堡车轮迹曲线，对汉堡车辙试样在碾压轨迹上间隔均匀采集11个点进行分析，评判并划分轨迹曲线类型；
S5、变形曲线评价：根据所选有效点位进行变形曲线分析，拟合多项式曲线，将各变形曲线分为压密阶段、蠕变阶段和剥落阶段，并分别计算车辙深度、剥落拐点评价沥青路面车辙及水损害能力，更具可信度和准确性。
作为优选，所述步骤S1中的汉堡车辙试样为室内旋转压实成型试件或路面现场取芯芯样试件，经切割后室内旋转压实成型试件或路面现场取芯芯样试件的厚度为40～100mm；
其中，室内旋转压实成型试件的孔隙率为7％±1％；
路面现场取芯芯样试件的孔隙率为实测孔隙率。
作为优选，所述步骤S2中的汉堡车辙试验温度为50℃，轮压为705KN。
作为优选，所述步骤S5中压密阶段选择如下：
①、当汉堡车辙试样采用AC类两混合料时，压密阶段的轮碾次数为2000次；
②、当汉堡车辙试样采用SMA类沥青混合料时，压密阶段的轮碾次数为1000次。
作为优选，所述步骤S2中的轮碾次数与汉堡车辙试样的采用的混合料相关，具体如下：
①当汉堡车辙试样采用AC类两混合料时，压密阶段的轮碾次数为2000次；
②、当汉堡车辙试样采用SMA类沥青混合料时，压密阶段的轮碾次数为1000次。
作为优选，所述步骤S3中的沥青混合料破坏类型具体如下：
①、压密型：车辙轮迹深度≤5mm，沥青混合料芯样完整，碾压轮迹两侧无隆起，无破损及剥落石子，水槽无析出颗粒、水清澈无浑浊；
②、凹陷型：车辙轮迹深度≤10mm，沥青混合料芯样完整，碾压轮迹两侧出现挤压破坏，隆起为1～2mm，出现沥青膜脱落裸露石子现象但无剥落，水槽无析出颗粒、水清澈无浑浊；
③、两侧凸起型：车辙轮迹深度为≥10mm，沥青混合料芯样完整，碾压轮迹两侧挤压变形并隆起大于2mm，出现沥青膜脱落裸露石子现象，有石子被剥落现象，水槽中伴有析出粉类颗粒物；
④、松散破坏型：车辙轮迹深度为≥20mm，沥青混合料芯样不完整，碾压轮迹两侧受到挤压隆起而松散破坏，出现沥青膜脱落，石子剥落现象，水槽中析出大量粉类颗粒，同时伴随沥青斑点漂浮水槽中。
更优地，所述步骤S4中的轨迹曲线类型及评判标准具体如下：
①、平稳凹型：剔除1#点位、2#点位、10#点位和11#点位四个端点点位，计算剩余各个点位的车辙深度及平均值，当且仅当6#点位车辙深度大于平均值时，轮迹曲线为平稳凹型；此时，有效点位为3#点位、4#点位、5#点位、7#点位、8#点位及9#点位；
②、中间凹陷型：剔除1#点位、2#点位、10#点位和11#点位四个端点点位，计算剩余各个点位的车辙深度及平均值，当且仅当5#点位、6#点位、7#点位车辙深度大于平均值时，轮迹曲线为中间凹陷型；此时有效点位为3#点位、4#点位、8#点位及9#点位；
③、偏心型：剔除1#点位、2#点位、10#点位和11#点位四个端点点位，计算剩余各个点位的车辙深度及平均值，当且仅当单侧值分别分布平均值上下时，轮迹曲线为偏心型；此时，有效点位为3#点位、4#点位、8#点位及9#点位；
④、不规则型，排除平稳凹型、中间凹陷型及偏心型后的轮迹曲线为不规则型，增加试验检测频率，在变形曲线评价时进一步判断。
作为优选，所述步骤S5中的变形曲线评价所选择点位按照步骤S4中的评价原则选取。
作为优选，所述步骤S5中的拟合多项式曲线为5次方程式，最大车辙深度按拟合多项式曲线趋势在拟合多项式曲线图中进行选取，拟合多项式曲线相关系数要求大于0.8。
作为优选，所述步骤S5中的拟合多项式曲线相关系数小于0.8或多项式拟合曲线呈锯齿状时，对多项式拟合曲线数据高度dn进行逐个修正，公式如下：
dn＝(dn-1+dn+dn+1)/3。
作为优选，所述步骤S5中的剥落拐点应根据确定蠕变阶段和剥落阶段进行线性拟合，公式如下：
y＝ax+b；
其中，多项式拟合曲线相关系数要求大于0.9，并计算剥落拐点。
本发明的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法具有以下优点：
(一)本发明通过对碾压完成芯样进行外观评价、轮迹曲线评价、变形曲线评价，来表征沥青混合料路用性能的优劣，通过外观评价能够直观的判断混合料性能等级的优劣及产生破坏的原因，便于进行试验分析；
(二)本发明通过轮迹曲线评价方法的原则来确定有效点位，区别于以往只采用中间点位，本发明方法更具科学性和可信度；
(三)变形曲线评价通过将变形曲线分为“压密、蠕变、剥落”三个阶段，定义了压密阶段范围，通过多元回归的方法确定最大车辙深度和剥落拐点，更具准确度；
(四)本发明通过对外观评价类型宏观评价混合料优劣等级，通过外观形态可确定混合料试验破坏原因，便于进行原因分析，更具观的反映出沥青路面质量状态。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法的流程框图；
附图2为汉堡车辙试验轮迹及采集点分布图；
附图3为压密型的示意图；
附图4为凹陷型的示意图；
附图5为两侧凸起型的示意图；
附图6为松散破坏型的示意图；
附图7为平稳凹型的曲线图；
附图8为中间凹陷型的曲线图；
附图9为偏心型的曲线图；
附图10为不规则型的曲线图；
附图11为作用次数与车辙深度变形曲线原始数据与修正后数据对比图；
附图12为中间凹陷型轮迹变形曲线图；
附图13为拟合5次多项式确定最大车辙深度变形曲线图；
附图14为利用线性规划确定剥落拐点示意图。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法作以下详细地说明。
实施例1：
如附图1所述，本发明的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，该方法具体步骤如下：
S1、样品制备：选取两个直径为150mm的沥青混合料芯样作为一组试件，室内切割制作汉堡车辙试样，并实测空隙率；
S2、汉堡车辙试验：在设定温度、轮压及轮碾次数条件下进行汉堡车辙试验，并绘制11个点位的车辙深度与轮碾次数的关系曲线；其中，11个点位是指将汉堡车辙试样平均分成11份，从左至右依次为1#-11#点位；
S3、外观评价：根据碾压完成后汉堡车辙试样受挤压状态或破坏的形态，评判并划分沥青混合料破坏类型，如表1所示；
表1沥青混合料破坏类型
S4、轨迹曲线评价：绘制汉堡车轮迹曲线，对汉堡车辙试样在碾压轨迹上间隔均匀采集11个点进行分析，评判并划分轨迹曲线类型，如表2所示；
表2轨迹曲线类型及评判标准
S5、变形曲线评价：根据所选有效点位进行变形曲线分析，拟合多项式曲线，将各变形曲线分为压密阶段、蠕变阶段和剥落阶段，并分别计算车辙深度、剥落拐点评价沥青路面车辙及水损害能力，更具可信度和准确性。
本实施例步骤S1中的汉堡车辙试样为室内旋转压实成型试件或路面现场取芯芯样试件，经切割后室内旋转压实成型试件或路面现场取芯芯样试件的厚度为40～100mm；
其中，室内旋转压实成型试件的孔隙率为7％±1％；
路面现场取芯芯样试件的孔隙率为实测孔隙率。
本实施例步骤S2中的汉堡车辙试验温度为50℃，轮压为705KN。汉堡采集点沿轨道长度的以下11点位置采集车辙深度，如附图2所示，分别为：-114mm、-91mm、-69mm、-46mm、-23mm、0mm、+23mm、+46mm、+69mm、+91mm、+114mm，其中零点为轨道的中点。
本实施例步骤S5中压密阶段选择如下：
①、当汉堡车辙试样采用AC类两混合料时，压密阶段的轮碾次数为2000次；
②、当汉堡车辙试样采用SMA类沥青混合料时，压密阶段的轮碾次数为1000次。
本实施例步骤S5中的变形曲线评价所选择点位按照步骤S4中的评价原则选取。
本实施例步骤S5中的拟合多项式曲线为5次方程式，最大车辙深度按拟合多项式曲线趋势在拟合多项式曲线图中进行选取，拟合多项式曲线相关系数要求大于0.8。
本实施例步骤S5中的拟合多项式曲线相关系数小于0.8或多项式拟合曲线呈锯齿状时，对多项式拟合曲线数据高度dn进行逐个修正，如附图4所示，公式如下：
dn＝(dn-1+dn+dn+1)/3。
本实施例步骤S5中的剥落拐点应根据确定蠕变阶段和剥落阶段进行线性拟合，公式如下：
y＝ax+b；
其中，多项式拟合曲线相关系数要求大于0.9，并计算剥落拐点。
实施例2：
(1)、样品制备：现场路面采用取芯机取两个直径150mm的AC-20改性沥青混合料芯样作为一组试件，室内切割制作汉堡车辙试样，实测芯样空隙率为5.7％和6.4％。
(2)、汉堡车辙试验：将汉堡试样装样品嵌盘里，将安装托盘放入试验设备中，手动拧紧螺栓，启动试验设备，输入试验参数：水温50℃、碾压次数20000次、允许最大车辙深度25mm，保温30min后对试件进行碾压，获取轮碾次数条件下采集11个点位的车辙深度与轮碾次数的关系曲线。
(3)、外观评价分析：通过对汉堡芯样进行分析发现，此次试验对应外观类型中：松散破坏型。芯样车辙深度极大，两侧受挤压隆起后松散破坏，剥落点出现早，试件碾压至13560次即达到最大车辙深度25cm，试验停止，且保温水槽中析出大量粉类颗粒物，水变浑浊，偶尔会有沥青斑点漂浮水面，此类混合料表现出抗车辙及水损坏能力极差，可判定为路用性能极差。
(4)、轮迹曲线评价：通过对汉堡试样在碾压轨迹上间隔均匀采集11个点进行分析，在最大车辙深度时，轮迹曲线呈：中间凹陷型，如附图12所示。芯样在拼接处6#点位深度大，其原因为两芯样并不是一个整体，芯样缝隙位置集料剥落严重，因此将5#、6#、7#点位进行剔除，同时将端点1#、2#、10#、11#进行剔除，在变形曲线分析时候采用3#、4#、8#、9#进行评价。
(5)、变形曲线评价：
A.通过绘制的变形曲线发现，曲线上下锯齿交锋较多，按照公式：dn＝(dn-1+dn+dn+1)/3，对所有变形曲线进行修正。
B.根据轮迹曲线所选择的有效点位进行变形曲线分析，拟合5次多项式曲线，相关性均大于0.99，如附图13所示。计算最大车辙深度为：20.24mm。
表3汉堡车辙试验变形曲线分析
C.对变形曲线进行分析，以最早出现剥落拐点的值作为评价本次芯样水损坏的程度，将各变形曲线分为“压密、蠕变、剥落”三个阶段，将蠕变阶段与剥落阶段进行线性回归，得到两个一元一次方程。如附图14所示，蠕变阶段：y＝00.0008x-2.3894、剥落阶段：y＝-0.0034+25.323，相关性均大于0.9,根据下列公式计算剥落拐点为：10512。
(6)、对本次汉堡芯样通过对外观评价、轮迹曲线评价、变形曲线评价，发现沥青混合料属于松散破坏性，沥青混合料路用性能最差；通过对轮迹曲线分析，混合料属于中间凹陷型，采用3#、4#、8#、9#点位进行变形曲线评价；通过对变形曲线分析发现混合料在碾压至13560次时达到车辙深度20.24mm，剥落拐点出现在10512次，分析发现混合料在抗车辙性能差，在初选剥落后深度急剧增加，抗水损害能力也很差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
S1、样品制备：选取两个直径为150mm的沥青混合料芯样作为一组试件，室内切割制作汉堡车辙试样，并实测空隙率；
S2、汉堡车辙试验：在设定温度、轮压及轮碾次数条件下进行汉堡车辙试验，并绘制11个点位的车辙深度与轮碾次数的关系曲线；其中，11个点位是指将汉堡车辙试样平均分成11份，从左至右依次为1#-11#点位；
S3、外观评价：根据碾压完成后汉堡车辙试样受挤压状态或破坏的形态，评判并划分沥青混合料破坏类型；
S4、轨迹曲线评价：绘制汉堡车轮迹曲线，对汉堡车辙试样在碾压轨迹上间隔均匀采集11个点进行分析，评判并划分轨迹曲线类型；
S5、变形曲线评价：根据所选有效点位进行变形曲线分析，拟合多项式曲线，将各变形曲线分为压密阶段、蠕变阶段和剥落阶段，并分别计算车辙深度、剥落拐点评价沥青路面车辙及水损害能力。
2.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S1中的汉堡车辙试样为室内旋转压实成型试件或路面现场取芯芯样试件，经切割后室内旋转压实成型试件或路面现场取芯芯样试件的厚度为40～100mm；
其中，室内旋转压实成型试件的孔隙率为7％±1％；
路面现场取芯芯样试件的孔隙率为实测孔隙率。
3.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S2中的汉堡车辙试验温度为50℃，轮压为705KN。
4.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S5中的压密阶段选择如下：
①当汉堡车辙试样采用AC类两混合料时，压密阶段的轮碾次数为2000次；
②、当汉堡车辙试样采用SMA类沥青混合料时，压密阶段的轮碾次数为1000次。
5.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S3中的沥青混合料破坏类型具体如下：
①、压密型：车辙轮迹深度≤5mm，沥青混合料芯样完整，碾压轮迹两侧无隆起，无破损及剥落石子，水槽无析出颗粒、水清澈无浑浊；
②、凹陷型：车辙轮迹深度≤10mm，沥青混合料芯样完整，碾压轮迹两侧出现挤压破坏，隆起为1～2mm，出现沥青膜脱落裸露石子现象但无剥落，水槽无析出颗粒、水清澈无浑浊；
③、两侧凸起型：车辙轮迹深度为≥10mm，沥青混合料芯样完整，碾压轮迹两侧挤压变形并隆起大于2mm，出现沥青膜脱落裸露石子现象，有石子被剥落现象，水槽中伴有析出粉类颗粒物；
④、松散破坏型：车辙轮迹深度为≥20mm，沥青混合料芯样不完整，碾压轮迹两侧受到挤压隆起而松散破坏，出现沥青膜脱落，石子剥落现象，水槽中析出大量粉类颗粒，同时伴随沥青斑点漂浮水槽中。
6.根据权利要求1-5中任一所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S4中的轨迹曲线类型及评判标准具体如下：
①、平稳凹型：剔除1#点位、2#点位、10#点位和11#点位四个端点点位，计算剩余各个点位的车辙深度及平均值，当且仅当6#点位车辙深度大于平均值时，轮迹曲线为平稳凹型；此时，有效点位为3#点位、4#点位、5#点位、7#点位、8#点位及9#点位；
②、中间凹陷型：剔除1#点位、2#点位、10#点位和11#点位四个端点点位，计算剩余各个点位的车辙深度及平均值，当且仅当5#点位、6#点位、7#点位车辙深度大于平均值时，轮迹曲线为中间凹陷型；此时有效点位为3#点位、4#点位、8#点位及9#点位；
③、偏心型：剔除1#点位、2#点位、10#点位和11#点位四个端点点位，计算剩余各个点位的车辙深度及平均值，当且仅当单侧值分别分布平均值上下时，轮迹曲线为偏心型；此时，有效点位为3#点位、4#点位、8#点位及9#点位；
④、不规则型，排除平稳凹型、中间凹陷型及偏心型后的轮迹曲线为不规则型，增加试验检测频率，在变形曲线评价时进一步判断。
7.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S5中的变形曲线评价所选择点位按照步骤S4中的评价原则选取。
8.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S5中的拟合多项式曲线为5次方程式，最大车辙深度按拟合多项式曲线趋势在拟合多项式曲线图中进行选取，拟合多项式曲线相关系数要求大于0.8。
9.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S5中的拟合多项式曲线相关系数小于0.8或多项式拟合曲线呈锯齿状时，对多项式拟合曲线数据高度dn进行逐个修正，公式如下：
dn＝(dn-1+dn+dn+1)/3。
10.根据权利要求1所述的基于汉堡车辙试验的沥青混合料路用性能评价方法，其特征在于，所述步骤S5中的剥落拐点应根据确定蠕变阶段和剥落阶段进行线性拟合，公式如下：
y＝ax+b；
其中，多项式拟合曲线相关系数要求大于0.9，并计算剥落拐点。
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