一种沥青砂浆抗冻融性能的检测方法与流程

本发明属于应力吸收层力学特性评价的应用领域，涉及沥青砂浆，具体涉及一种沥青砂浆抗冻融性能的检测方法。
背景技术：
：季冻区在我国分布非常广泛，遍及我国北方10余个省，占国土面积的50％以上。季冻区路面在运行期内，都要遭受持续低温、剧烈的冻融循环及大温差等恶劣自然条件的影响，路面经常出现裂缝、坑槽、使用周期短等问题。在水泥混凝土刚性基层上或者半刚性基层上加铺沥青面层修筑的复合式路面可以克服水泥混凝土路面和沥青路面的缺点，集中这两种路面结构的优点。但刚性及半刚性基层普遍存在各类裂缝问题，在车辆荷载与环境因素作用下，这些反射裂缝的产生，严重影响了加铺层的使用寿命。在刚性及半刚性基层与沥青面层之间设置复合改性沥青混合料应力吸收层，能显著降低沥青面层层底的荷载应力，抑制沥青面层中反射裂缝的形成，延长了加铺层的使用寿命。在季冻区，要求这种复合改性沥青混合料应力吸收层在低温下仍能保持较大的变形能力及消散温度应力的能力，以保证低温下仍保持良好的防反射裂缝效果。目前，我国规范中评价沥青混合料低温抗裂性能时，通常采用直接在车辙板上切割制成的特定尺寸的棱柱体小梁，进行跨中加载弯曲破坏试验，得到小梁破坏时的抗弯拉强度和梁底最大弯拉应变，利用二者的比值，即破坏时的弯曲劲度模量来表征沥青混合料的低温抗裂性能，其原理是基于沥青混合料在低温下发生的是线弹性小变形破坏。该方法并未对小梁在试验之前的使用环境进行模拟，且小梁在弯曲试验过程中的受力状况不能真正体现应力吸收层在实际路面中的受力状况。鉴于此，本领域需要研发一种可靠性好、精度高且又能体现路面应力吸收层实际受力状况的低温抗裂性评价方法。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种评价沥青砂浆抗冻融性能的方法，解决现有技术中应力吸收层低温抗裂性能评价方法可靠性不足的问题。为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：一种沥青砂浆抗冻融性能的检测方法，该方法按照以下步骤进行：步骤一，制备复合车辙板：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0703-2011)，轮碾法成型300mm×300mm×40mm车辙板试件，作为刚性或半刚性基层，然后在刚性或半刚性基层的表面制作应力吸收层，应力吸收层的厚度1～3cm，7天养生后，再在应力吸收层上面轮碾成型沥青混合料，即柔性面层，柔性面层的厚度为4cm，制得复合车辙板；步骤二，真空饱水：将制备好的复合车辙板在室温下冷却之后，对复合车辙板进行真空饱水15分钟，然后在常温水浴中浸泡0.5小时；步骤三，冻融循环：先将经过步骤二真空饱水后的复合车辙板放入温度为X1的冰箱中冷冻，冷冻时间为Y1，再将复合车辙板放入温度为X2的水浴箱中，放置时间为Y2，然后取出，重复M次；步骤四，重复加载：将经过步骤三冻融循环后的复合车辙板，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0719-2011)中的车辙试验机，设置温度X3，进行重复碾压N次，碾压次数N根据公式Ⅰ和公式Ⅱ计算确定；式中：Ne—设计期内设计车道上的累计当量轴载作用次数；t—设计期；γ—设计期内交通量的年平均增长率；N1—初始年设计车道日平均当量轴；N—碾压次数；a—折算系数；t'—道路已使用年限。步骤五，制备复合小梁试件：将经过步骤四重复加载之后的复合车辙板按垂直于车辙试验机的加载方向，切割成长250mm±2mm、宽30mm±2.0mm，高100mm±2mm的棱柱体复合小梁，且在复合小梁的刚性或半刚性基层材料中间切缝，切缝深度30mm；步骤六，弯曲试验：根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0715-2011)，实验温度为-10℃±0.5℃，用万能材料试验机或压力机对复合小梁试件进行弯曲试验，得到荷载-跨中挠度曲线，并利用公式Ⅲ计算复合小梁试件破坏时的弯曲劲度模量；式中：SB—试件破坏时的弯曲劲度模量，单位：MPa；L—试件的跨径，单位：mm；PB—试件破坏时的最大荷载，单位：N；d—试件破坏时的跨中挠度，单位：mm；h—跨中断面试件的高度，单位：mm；b—跨中断面试件的宽度，单位：mm。本发明还具有如下区别技术特征步骤三中，所述的X1的取值为-20℃～-16℃之间。步骤三中，所述的X2的取值为58℃～62℃之间。步骤三中，所述的Y1的取值为16～18小时。步骤三中，所述的Y2的取值为22～26小时。步骤三中，所述的复合车辙板的冻融循环的重复次数M，基于《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0715-2011)中沥青混合料冻融劈裂实验方法，根据《公路自然区划标准》JTJ003-1986中的分区结果，对处于Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅶ区的道路应力吸收层，M取2；对处于Ⅳ区、Ⅴ区与Ⅵ区的道路应力吸收层，M取1。步骤四中，所述的X3的取值为60℃。本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：(Ⅰ)对传统弯曲试验的小梁试件进行改进，优化为复合小梁试件，相比单独的沥青混合料小梁试件，更接近路面的实际受力状况。(Ⅱ)在对复合小梁进行低温弯曲试验之前，进行了冻融循环和重复加载步骤，以此更接近路面应力吸收层的实际应用状况，得到准确性更好、可靠性更高的试验数据，以此评价沥青混合料的低温抗裂性能。附图说明图1为传统低温弯曲试验小梁结构示意图。图2为本发明中所用复合车辙板结构示意图。图3为本发明中所用复合小梁结构示意图。图4为荷载-跨中挠度曲线。图中各个标号的含义为：1-柔性面层，2-应力吸收层，3-刚性或半刚性基层。以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。具体实施方式遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。实施例1：遵从上述技术方案，结合图1至图3，为说明并验证本方法的可靠性和准确性，共制备六组试件，其中一组试件来自实际运行五年的路面应力吸收层取样，其他五组为实验室制备并采用不同试验方法作对比，最后在相同条件下分别进行低温弯曲试验。根据表1所示级配，制作应力吸收层混合料车辙板，并切割制成小梁试件，记为Ⅰ组，如图1所示。表1应力吸收层矿料级配根据表2、表3所示级配，制备四组复合车辙板，下层用半刚性基层材料，中层用上述应力吸收层，上层用柔性常用沥青混凝土，如图2所示。上述四组车辙板，其中第一组复合车辙板在室温下放置24h之后，切割制成复合小梁试件，记为Ⅱ组；第二组复合车辙板在室温放置24h之后，按照步骤三进行冻融循环M次，然后切割制成复合小梁试件，记为Ⅲ组；第三组复合车辙板在室温放置24h之后，按照步骤四进行重复加载N次，然后切割制成复合小梁试件，记为Ⅳ组；第四组复合车辙板在室温放置24h之后，按照步骤三进行冻融循环M次，再按照步骤四进行重复加载N次，然后切割制成复合小梁试件，记为Ⅴ组；在实际运行五年的水泥混凝土路面加铺应力吸收层及沥青混凝土路面上，利用切割机取样，制得复合小梁试件，记为Ⅵ组。表2半刚性基层矿料级配表3柔性沥青混凝土AC-13矿料级配针对上述制备好的六组小梁试件(复合小梁试件)，按照沥青砂浆抗冻融性能的检测方法分别进行相同条件下低温弯曲试验，得到其弯曲破坏试验结果，见表4。本实施例中具体的沥青砂浆抗冻融性能的检测方法按照以下步骤进行：步骤一，制备复合车辙板：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0703-2011)，轮碾法成型300mm×300mm×40mm车辙板试件，作为刚性或半刚性基层，然后在刚性或半刚性基层的表面制作应力吸收层，应力吸收层的厚度1～3cm，7天养生后，再在应力吸收层上面轮碾成型沥青混合料，即柔性面层，柔性面层的厚度为4cm，制得复合车辙板；步骤二，真空饱水：将制备好的复合车辙板在室温下冷却之后，对复合车辙板进行真空饱水15分钟，然后在常温水浴中浸泡0.5小时；步骤三，冻融循环：先将经过步骤二真空饱水后的复合车辙板放入温度为-20℃～-16℃，优选-18℃的冰箱中冷冻，冷冻时间为16～18小时，优选18小时，再将复合车辙板放入温度为58℃～62℃，优选60℃的水浴箱中，放置时间为22～26小时，优选24小时，然后取出，以此重复2次；步骤四，重复加载：将经过步骤三冻融循环后的复合车辙板，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0719-2011)中的车辙试验机，设置温度为60℃，进行重复碾压N次，碾压次数N根据公式Ⅰ和公式Ⅱ计算确定；式中：Ne—设计期内设计车道上的累计当量轴载作用次数；t—设计期；γ—设计期内交通量的年平均增长率；N1—初始年设计车道日平均当量轴次；N—碾压次数；a—折算系数；t'—道路已使用年限。本实施例中，选取陕西咸阳某二级公路，设计年限15年，设计期内交通量的年平均增长率为2.84％，初始年设计车道日平均当量轴次为167次/天，设计期内设计车道上的累计当量轴载作用次数为1120000次。道路已使用年限t'为5年，折算系数a取0.01，碾压次数N为3733次。步骤五，制备复合小梁试件：将经过步骤四重复加载之后的复合车辙板按垂直于车辙试验机的加载方向，切割成长250mm±2mm、宽30mm±2.0mm，高100mm±2mm的棱柱体复合小梁，且在复合小梁的刚性或半刚性基层材料中间切缝，切缝深度30mm；步骤六，弯曲试验：根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0715-2011)，实验温度为-10℃±0.5℃，用万能材料试验机或压力机对复合小梁试件进行弯曲试验，得到荷载-跨中挠度曲线，并利用公式Ⅲ计算复合小梁试件破坏时的弯曲劲度模量；式中：SB—试件破坏时的弯曲劲度模量，单位：MPa；L—试件的跨径，单位：mm；PB—试件破坏时的最大荷载，单位：N；d—试件破坏时的跨中挠度，单位：mm；h—跨中断面试件的高度，单位：mm；b—跨中断面试件的宽度，单位：mm。本实施例中L为200mm，Ⅰ组小梁h为35mm，Ⅱ-Ⅵ组小梁h为100mm，b为30mm，其它试验结果如表4所示，荷载-跨中挠度曲线如图4所示。表4弯曲破坏试验结果试件编号破坏挠度/mm破坏荷载/N弯曲劲度模量(MPa)Ⅰ0.5212502504.0Ⅱ0.551162.3140.9Ⅲ0.43880.2136.5Ⅳ0.45956.1141.6Ⅴ0.53706.588.9Ⅵ0.5658.387.8从表4中可以看出，Ⅵ组试件为实际运行路面应力吸收层的试验结果，Ⅰ-Ⅴ组为不同条件下的室内制备试件实验结果。由表4可知，只有Ⅴ组试件的实验结果与实际路面试件的实验结果比较接近，说明本实验方法更真实的模拟了路面的实际受力状况，并得到了准确性更好、可靠性更高的试验数据，以此评价沥青混合料的低温抗裂性能。当前第1页1 2 3