專利名稱：瀝青路面多層組合結構混合料抗車轍性能的檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于浙青路面路用性能測試和評價的應用技術領域，具體涉及一種浙青路面多層組合結構浙青混合料高溫抗車轍性能的檢測方法。
背景技術：
近十幾年來我國高速公路取得舉世矚目的成果，但同時也看到，隨著重載交通的增長，高速公路的早期損害也日益嚴重。一些高速公路在建成通車I 2年時間內(nèi)就出現(xiàn)了車轍、坑槽等嚴重的早期損害，路面車轍損壞已成為我國高速公路路面早期損壞的主要形式，是導致路面維修的最主要原因。高速公路浙青路面并不是單一混合料鋪筑而成，而是由存在性能差異的浙青混合料分層鋪筑而成，浙青路面車轍是多層浙青混合料永久變形累積的結果。然而目前國內(nèi)外關于車轍的研究，由于受到試驗設備和試驗方法的限制，大多 數(shù)控制浙青路面車轍的方法都主要致力于提高浙青混合料的高溫性能而忽略了路面結構因素，如在路面中采用SMA、SBS、Superpave等技術。但是最新調(diào)查發(fā)現(xiàn)滿足抗車轍要求的浙青混合料組成的浙青路面，以上、中面層為主的車轍現(xiàn)象正在轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾?、下面層車轍為主，而車轍的出現(xiàn)也只是略有減緩，路面仍不可避免出現(xiàn)較大車轍。目前，浙青路面結構研究通常需要鋪筑足尺試驗路，相對于室內(nèi)材料試驗而言耗時費力，因此亟需開發(fā)一種相對簡便的浙青路面結構車轍室內(nèi)試驗方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前采用浙青混合料車轍試驗的標準方法進行車轍試驗，無法更改試件的厚度，不能進行多層組合試驗，只能評價單層固定厚度浙青混合料的高溫性能，無法評價和分析不同厚度及結構組合的浙青混合料的高溫性能的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種浙青路面多層組合結構混合料抗車轍性能的檢測方法。為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案一種浙青路面多層組合結構混合料抗車轍性能的檢測方法，其特征在于，該方法利用多層組合結構浙青混合料車轍試驗模具，分層成型車轍試件，然后利用改進后的常規(guī)國產(chǎn)車轍儀進行車轍試驗，具體按如下步驟進行(I)分兩層成型組合結構的車轍試件，在組合結構車轍試模上安裝不同高度的擋塊，并調(diào)整垂直于碾壓方向的側(cè)板高度和試件下層板的厚度一致；(2)成型下層車轍板時，先在一個方向碾壓2個往返，即4次，然后將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向再碾壓10個往返，即20次；下層板成型后需在室溫條件下養(yǎng)護12h，在車轍試模上安裝與上層板相同厚度的擋塊，然后在下層板上碾壓成型上層板，碾壓方向應與下層板一致；碾壓時先在一個方向碾壓6個往返，即12次，然后將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向再碾壓6個往返，即12次；(3)將國產(chǎn)車轍儀試驗臺的支柱卸去一節(jié)(目前的國產(chǎn)車轍儀試驗臺的支架一節(jié)高度為5cm)，使試驗輪的高度在7. 5cnTl5Cm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以滿足組合結構車轍試驗的要求。
(4)將試件連同試模一起，置于試驗溫度為60°C 土TC的恒溫室中，保溫時間為7h 24h，然后置于改進后的國產(chǎn)輪轍試驗機的試驗臺上，試驗輪的行走方向須與試件碾壓或行車方向一致；(5)啟動試驗機，使試驗輪往返行走，時間60min時為止。(6)采用60min的車轍深度作為組合結構車轍試驗的評價指標，分析浙青層厚度、結構層的模量比以及層間接觸條件結構因素對浙青路面高溫性能的影響。本發(fā)明的多層組合結構浙青混合料高溫性能檢測方法，采用適用于國產(chǎn)車轍試驗設備的組合結構車轍試驗模具，與現(xiàn)有技術相比，其改進與優(yōu)勢主要體現(xiàn)以下兩點(I)可以更改車轍試件的厚度，進行不同厚度的車轍試驗，克服了傳統(tǒng)的車轍試驗只能成型固定厚度的車轍板進行試驗的缺點，能夠用于分析浙青層的厚度對浙青路面高溫抗車轍性能的影響。 (2)可以進行多層結構的浙青混合料車轍試驗，克服了傳統(tǒng)車轍試驗只能進行單層結構浙青混合料試驗的不足。不僅可以用于分析浙青混合料的高溫性能，而且也可以用于分析浙青路面結構的高溫性能?？梢苑謩e從材料和結構組合方面綜合評價浙青路面的高溫抗車轍性能，進一步完善我國的浙青路面檢測和設計工作。


圖I為多層組合結構車轍試驗模具結構圖。其中，左圖為模具的俯視圖，右圖為模具沿碾壓方向的側(cè)視圖。圖2為組合結構試件厚度與60min車轍變形量的關系曲線。其中，左圖為組合結構試件厚度與60min車轍深度關系曲線，右圖是結構試件厚度與相對變形關系曲線。圖3為組合結構試件結構層強度與60min車轍變形量的關系圖。圖4為組合結構試件層間接觸條件與60min車轍變形量的關系圖。以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式申請人:以《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》(JTJ 052-2000)中規(guī)定的“T0719-1993浙青混合料車轍試驗”為基礎，提出多層組合結構浙青混合料車轍試驗方法，并且開發(fā)了一種新型的浙青混合料車轍試驗模具，分析該方法的可行性及試驗條件；在此基礎上，提出基于路面組合結構的浙青路面抗車轍設計原則，完善我國現(xiàn)有的浙青路面檢測和設計方法。I、組合結構車轍試模的開發(fā)采用有限元分析方法對O. 7MPa標準荷載作用下，厚度為5cm、10cm、12cm和15cm的車轍試件進行分析，發(fā)現(xiàn)當車轍試件厚度小于IOcm時，剪應力峰值較大，且隨著車轍試件厚度減小，“峰值”急劇增大；當車轍試件厚度大于IOcm后，“峰值”明顯減小，且隨著車轍試件厚度增加，“峰值”變化不大。認為底部鋼質(zhì)試模的約束作用會對車轍試件內(nèi)部剪應力的分布產(chǎn)生影響，并且以IOcm厚度為臨界值，車轍試件厚度越薄，底部邊界條件的影響越明顯，當車轍試件厚度大于IOcm后，底部邊界條件隨著車轍試件厚度增加變化不大。從減弱底部邊界條件的約束效果出發(fā)，組合車轍試件厚度最好大于10cm。
多層組合結構車轍試驗試模采用工具鋼制作(圖1)，內(nèi)部平面尺寸為300mmX 300mm,沿碾壓方向兩側(cè)側(cè)板高度為120mm,兩端開有刻槽，可以安裝不同高度的擋塊以調(diào)整試件的厚度；沿碾壓方向側(cè)板高度為50mm，不安裝擋塊時可供常規(guī)車轍試驗使用。2、常規(guī)國產(chǎn)車轍儀的改進常規(guī)車轍儀只能做單層浙青厚度的車轍試驗，試驗輪高度一般只能在2. 5cm IOcm之間進行調(diào)節(jié)。而我們現(xiàn)在是要針對組合結構的浙青層考慮其抗永久形變的能力，IOcm不能滿足組合結構車轍試驗試件厚度的要求。因此，要進行組合結構車轍試驗必須對常規(guī)車轍儀進行改進。將國產(chǎn)車轍儀試驗臺的支柱卸去一節(jié)(目前的國產(chǎn)車轍儀試驗臺的支架一節(jié)高度為5cm)，這樣試驗輪的高度就可以在7. 5cnTl5Cm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，能夠滿足組合 結構車轍試驗的要求。3、組合結構車轍試驗條件的確定( I)試驗溫度實測數(shù)據(jù)表明，在高溫季節(jié)，浙青路面結構內(nèi)部的溫度通常會達到50°C以上，在持續(xù)高溫季節(jié)，其溫度甚至可能超過60°C。因此，為了模擬實際路面結構內(nèi)部的高溫狀況，組合結構車轍試驗溫度仍采用標準試驗溫度(60 ± O. 5 ) °C。(2)試驗荷載我國《公路浙青路面設計規(guī)范》(JIOD50— 006)在路面結構設計時的荷載接地壓強為O. 7MPa，為了使試驗荷載與路面設計荷載相適應，在不考慮超載、重載的情況下，組合結構車轍試驗仍采用標準荷載(O. 7 ± O. 05 )Mpa，加載速率為(42 ± I)次/min (即每分鐘21次往返)。(3)保溫時間組合結構車轍試件的厚度較厚，為了保證車轍試件內(nèi)部溫度恒定，分布均勻，需要更長的保溫時間以達到標準試驗溫度。通過實測組合結構車轍試件的保溫時間，保溫7h即可確保試件內(nèi)部溫度達到標準試驗溫度。因此，組合結構車轍試驗的保溫時間不少于7h，同時也不得多于24h。4、組合結構車轍試件的成型準備試驗用各種規(guī)格的礦料和浙青，將礦料按照一定的比例保溫并將浙青加熱到合適的溫度，將各層試件所需的預熱的粗細集料置于拌和機中，然后加入浙青和礦粉，最后將拌合好的浙青混合料裝入開發(fā)的多層組合結構車轍試驗模具，放在輪碾成型機上碾壓成型。5、組合結構車轍試驗將試件連同試模一起，置于試驗溫度為60°C 土1°C的恒溫室中，保溫時間不少于7h,同時也不多于24h。將試件連同試模移置于輪轍試驗機的試驗臺上,試驗輪在試件的中央部位，其行走方向須與試件碾壓或行車方向一致。開動車轍變形自動記錄儀，然后啟動試驗機，使試驗輪往返行走，時間60min?？紤]到結構組合車轍試驗以分析比較不同結構的高溫變形為主要目標，并不同于單層車轍試驗對浙青混合料性能的評價。因此，采用60min的車轍深度作為組合結構車轍試驗的評價指標。以下是發(fā)明人給出具體的實驗過程。
I、浙青混合料車轍試件的制作本實施例中，車轍試件的成型采用常規(guī)國產(chǎn)輪碾成型機，試模采用多層組合結構車轍試驗試模，分兩次成型雙層的車轍試件。(I)準備工作I)進行車轍試件各層浙青混合料的配合比設計。2)確定制作浙青混合料車轍試件的拌和及壓實溫度。3)按配方準備礦料和浙青，將各種規(guī)格的礦料置105°C ±5°C的烘箱中烘干至恒重(一般不少于4h)。根據(jù)需要，粗集料可先用水沖洗干凈后烘干，也可將粗細集料過篩后用水沖洗再烘干備用。4)將烘干分級的粗細集料，按每個試件設計級配要求稱其質(zhì)量，在一金屬盤中混合均勻，置烘箱中預熱至浙青拌和溫度以上15°C (采用重交浙青時通常為160°C;采用改性浙青時通常需175°C)備用，礦粉單獨加熱。5)將采集的浙青試樣，用恒溫烘箱、電熱套熔化加熱至規(guī)定的浙青混合料拌和溫度備用，但不得超過175°C。6)將浙青混合料拌和機預熱至拌和溫度以上10°C左右備用并加熱至合適的溫度備用。7)將金屬車轍試模、小型擊實錘、鏟子及鐵鍬等置于100°C烘箱中加熱lh。8)按本發(fā)明拌制浙青混合料時，所需的混合料質(zhì)量由I塊板的體積乘以馬歇爾標準擊實密度乘以I. 03的系數(shù)計算。(2)輪碾成型I)車轍試件下層的成型①將預熱的各試件下層的粗細集料置于拌和機中，用小鏟子適當混合，然后再加入需要數(shù)量的已加熱至拌和溫度的浙青，開動拌和機一邊攪拌一邊將拌和葉片插入混合料中拌和Imin I. 5min,然后暫停拌和,加入單獨加熱的礦粉,繼續(xù)拌和至均勻為止,并使浙青混合料保持在要求的拌和溫度范圍內(nèi)，總拌和時間為3min。②將預熱的組合結構車轍試模從烘箱中取出，安裝不同高度的擋塊以調(diào)整垂直于碾壓方向的側(cè)板高度和各試件下層的厚度一致。在試模中鋪一張裁好的普通紙，使底面及側(cè)面均被紙隔離，將拌和好的全部浙青混合料，用小鏟稍加拌和后均勻地沿試模由邊至中按順序轉(zhuǎn)圈裝入試模，中部要略高于四周。③用預熱的小型擊實錘由邊至中轉(zhuǎn)圈夯實一遍，整平成凸圓弧形。④插入溫度計，待混合料冷卻至規(guī)定的壓實溫度后，在表面鋪一張裁好尺寸的普通紙。⑤當用輪碾機碾壓時，先將碾壓輪預熱至100°C左右。然后，將盛有浙青混合料的試模置于輪碾機的平臺上，輕輕放下碾壓輪，調(diào)整總荷載為9kN (線荷載300N/cm)。⑥啟動輪碾機，先在一個方向碾壓2個往返(4次)，然后將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向碾壓至馬歇爾標準密實度100±1%為止。試件正式壓實前，應經(jīng)試壓，決定碾壓次數(shù)，一般12個往返(24次)左右可達要求。壓實成型后在試塊上注明碾壓方向。2 )車轍試件上層的成型試件下層壓實成型后需在室溫條件下養(yǎng)護12h以上(通常為一天)，在車轍試模上安裝與上層板相同厚度的擋塊，然后在下層板上碾壓成型上層板，碾壓方向應與下層板一致。試件上層的成型步驟參考下層的成型，但是試件上層碾壓時應先在一個方向碾壓預定遍數(shù)的1/2遍，然后將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向碾壓剩余的1/2遍數(shù)，以保證碾壓均勻性，提高制件質(zhì)量。碾壓次數(shù)可根據(jù)要求的浙青混合料的設計空隙率經(jīng)試壓決定(本試驗通過對碾壓后的試件切割測量的方法來測定試件的空隙率，要滿足設計空隙率的要求)。試件上層成型后，在試件上注明碾壓方向，連同試模一起在常溫條件下放置的時間不得少于12h，對聚合物改性浙青混合料，放置的時間以48h為宜，使聚合物改性浙青充分固化后方可進行車轍試驗，但也不得長于一周。2、浙青混合料多層組合結構車轍試驗(I)改進后國產(chǎn)車轍儀試驗輪接地壓強測定為了保證試驗結果的準確性，首先應標定車轍儀荷載輪的輪壓。標定工作在60°C條件下進行I)在試驗臺上放置一塊50mm厚的鋼板，其上鋪一張毫米方格紙，上鋪一張復寫紙；2)加上規(guī)定的700N的荷載后，啟動試驗輪靜壓復寫紙，即可在方格紙上得出輪壓面積；3)計算求得荷載輪平均接地壓強。當壓強不符合O. 7MPa±0. 5MPa，荷載應予適當調(diào)整。(2)將試件連同試模一起，置于已達試驗溫度60°C ±1°C的恒溫室中，保溫時間不少于7h，同時也不多于24h。在試件的試驗輪不行走的部位上，粘貼一個熱電隅溫度計，控制試件溫度穩(wěn)定在60°C ±0. 5°C。(3)將試件連同試模移置于改進后的國產(chǎn)輪轍試驗機的試驗臺上，試驗輪在試件的中央部位，其行走方向須與試件碾壓或行車方向一致。開動車轍變形自動記錄儀，然后啟動試驗機，使試驗輪往返行走，時間約60min時為止。試驗時，記錄儀自動記錄變形曲線及試件溫度。(4)評價指標考慮到結構組合車轍試驗以分析比較不同結構的高溫變形為主要目標，并不同于單層車轍試驗對浙青混合料性能的評價。因此，本發(fā)明采用60min的車轍深度作為組合結構車轍試驗的評價指標。以下是發(fā)明人以某條高速公路浙青路面給出的實施例，需要說明的是，這些實施例是較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于該實施例。實施例影響浙青路面高溫性能的結構因素主要包括浙青層厚度、結構層的模量(強度)比以及層間接觸條件。根據(jù)以上三個影響因素，制定組合結構車轍試驗方案(表1)，開展浙青路面組合結構車轍試驗表I :組合結構車轍試驗方案
權利要求
1. 一種浙青路面多層組合結構混合料抗車轍性能的檢測方法，其特征在于，該方法利用多層組合結構浙青混合料車轍試驗模具，分層成型車轍試件，然后利用改進后的常規(guī)國產(chǎn)車轍儀進行車轍試驗，具體按如下步驟進行 (1)分兩層成型組合結構的車轍試件，在組合結構車轍試模上安裝不同高度的擋塊，并調(diào)整垂直于碾壓方向的側(cè)板高度和試件下層板的厚度一致； (2)成型下層車轍板時，先在一個方向碾壓2個往返，即4次，然后將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向再碾壓10個往返，即20次；下層板成型后需在室溫條件下養(yǎng)護12h，在車轍試模上安裝與上層板相同厚度的擋塊，然后在下層板上碾壓成型上層板，碾壓方向應與下層板一致；碾壓時先在一個方向碾壓6個往返，即12次，然后將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向再碾壓6個往返，即12次； (3)將國產(chǎn)車轍儀試驗臺的支柱卸去一節(jié)，使試驗輪的高度在7.5cm 15cm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以滿足組合結構車轍試驗的要求。
(4)將試件連同試模一起，置于試驗溫度為60°C±1°C的恒溫室中，保溫時間為7h 24h，然后置于改進后的國產(chǎn)輪轍試驗機的試驗臺上，試驗輪的行走方向須與試件碾壓或行車方向一致； (5)啟動試驗機，使試驗輪往返行走，時間60min時為止。
(6)采用60min的車轍深度作為組合結構車轍試驗的評價指標，分析浙青層厚度、結構層的模量比以及層間接觸條件結構因素對浙青路面高溫性能的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開一種瀝青路面多層組合結構混合料抗車轍性能的檢測方法，該方法利用多層組合結構瀝青混合料車轍試驗模具分層成型車轍試件，然后利用改進后的常規(guī)國產(chǎn)車轍儀進行車轍試驗。根據(jù)車轍深度與試驗輪行走時間之間的關系曲線，評價瀝青路面組合結構的抗車轍性能。該方法克服了常規(guī)車轍試驗只能評價單層固定厚度瀝青混合料的高溫性能，無法評價和分析不同厚度及結構組合的瀝青混合料的高溫性能的缺陷，可以進行多層組合結構的瀝青混合料車轍試驗，能夠準確評價車輛荷載作用下組合結構對瀝青路面抗車轍性能的影響，對完善我國瀝青路面的檢測和設計方法具有重要的現(xiàn)實意義。
文檔編號G01N3/34GK102944488SQ20121047042
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權日2012年11月19日
發(fā)明者張爭奇, 陶晶, 楊博, 張苛 申請人:長安大學