乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验方法与流程

本发明具体涉及一种乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验方法，属于道路工程
技术领域：
。
背景技术：
：乳化沥青就地冷再生技术(Coldin-placerecycling，简称CIR)是将旧沥青路面铣刨料添加乳化沥青、水泥、水、新料等进行再生利用的一项技术，在用于我国干线公路路面中下面层的使用状况良好，为更好地了解乳化沥青冷再生混合料的材料性质，需对其高温抗车辙性能进行科学地评价。目前用于冷再生混合料高温性能评价的试验方法主要有40℃马歇尔试验、车辙试验等。马歇尔试验简单易操作，但不能恰当地评估沥青混合料的抗剪强度，与实际路面车辙的关联度不佳；车辙试验虽能直观地反应路面材料的抗车辙能力，但在试件制作时容易过压，且试验结果变异性较大。美国NCHRP研究计划推荐采用动态蠕变试验来评价沥青混合料的抗永久变形的能力，但该试验需用旋转压实仪直径150mm高度180mm的圆柱体试件，再将整体试件通过转芯、切割等操作，制作为直径100mm，高度150mm的圆柱体试件，但冷再生混合料早期强度很低，成型直径150mm高度180mm的试件时容易发生塌落破坏，且在标准试验条件下(60℃、0.7MPa)破坏过程较快，无法准确地获取流变次数等评价指标。本方法是基于冷再生混合料的早期强度低的特点，结合其作为路面中下面层的实际所受温度和荷载，通过有限元软件模拟温度场和荷载应力，设计一种新型的专用于乳化沥青就地冷再生混合料的高温蠕变试验方法，用于研究乳化沥青就地冷再生混合料的高温蠕变特性，完善冷再生混合料抗永久变形性能评价体系，同时，也为冷再生工程中对材料的选取提供技术支持，防止在冷再生路面铺设初期及中期出现车辙病害。技术实现要素：技术问题：本发明的目的是为了克服现有评价乳化沥青就地冷再生混合料高温稳定性能的室内试验方法的不足，设计开发了一种可以模拟实际路面所受温度和行车荷载的乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验方法，用于研究乳化沥青冷再生混合料的高温蠕变特性。该试验方法对我国干线公路大中修决策工作具有指导意义。技术方案：本发明的乳化沥青就地冷再生混合料的高温蠕变试验方法，主要包括以下步骤：1)基于有限元模拟冷再生层的温度场和荷载应力分别使用二维模型和三维模型模拟实际路面结构的温度场和荷载应力，计算夏季典型高温日内(日最高气温38℃)冷再生层顶处的最高温度，对应中面层温度52℃，下面层温度38℃，和标准轴载作用下冷再生层顶处的荷载应力，对应中面层为0.66MPa，下面层为0.55MPa，从而确定乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验的保温及试验温度、荷载应力，当冷再生作为中面层时为52℃、0.66MPa，作为下面层时为38℃、0.55MPa。2)确定养生条件确定常温12h、60℃12h、常温48h连续养生后适用于评价施工7天后交工检验时的空隙率与强度，常温12h、60℃48h、常温60h连续养生后适用于评价路面养生完全后(100天后)的强度；该方法最贴近实际冷再生工程路面芯样在7天及100天时的空隙率、40℃马歇尔稳定度、15℃劈裂强度，便于施工检验及对不同冷再生路面结构力学性能进行评价。3)试件成型及压头大小采用旋转压实50次成型直径100mm高度120mm的圆柱体试件，通过切割操作，去除试件顶部和底部各10mm，制作为直径100mm，高度100mm的圆柱体试件；通过有限元模拟确定压头大小为27.8mm；压头由两部分构成，均为圆盘状，上压头直径为100mm，厚度为25mm，下压头直径27.8mm，厚度为25mm，上下连接成整体，均选用钢材成型，如图1所示。该压头可以均匀传递荷载应力，并能模拟路面实际应力分布；4)高温蠕变试验：选取三个平行试件，除上表面外其余表面涂抹隔热层材料(北京志盛威华ZS-1型耐高温隔热保温涂料)，试件需要在52℃(冷再生作为中面层)或38℃(冷再生作为下面层)的恒温箱保温4h以上，将压头放置在试件上，下压头中心对准试件上表面中心，之后进行循环加载，如图2所示，每一次循环加载的周期为1s，0.1s加载，0.9s卸载，荷载波形为半正弦波，当冷再生作为中面层时荷载峰值σ为0.66MPa，作为下面层时荷载峰值σ为0.55MPa。试验过程记录沥青混合料的竖向应变随加载次数变化的曲线，如图3所示。试验终止条件为累积微应变达到100000或者沥青混合料的蠕变曲线明显进入第三阶段(即应变快速增长阶段)。三次试验的流变次数误差应控制在30次以内，否则应重新成型补做直至满足要求为止。5)结果分析：乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验方法，可以获取冷再生混合料高温蠕变试验的蠕变曲线，深入分析可以获取冷再生混合料在其下的流变次数，最大微应变和平均应变速率以及流变次数参数等指标。有益效果：与现有技术相比，本发明设计的试验方法充分考虑了乳化沥青就地冷再生混合料的成型与养生方式对其强度的影响，结合在实际路面中的环境温度条件和受力特点，所得试验结果区分度高，且稳定可靠。该试验方法有利于对乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变机理的研究，对冷再生工程中材料选择提供帮助，对我国干线公路大中修决策工作具有指导意义。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：图1为本发明的压头模具示意图，图2为本发明的加载波形示意图，图3为竖向应变随加载次数变化的曲线示意图，图4为本发明的乳化沥青就地冷再生高温蠕变试验方法流程图，图5为本发明的路面结构示意图。具体实施方式本发明的乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验方法适用于测定乳化沥青就地冷再生混合料在实际温度和荷载作用下的力学性质，用来在干线公路冷再生养护工程时选择合适材料，也可对已经建成的冷再生路面进行混合料力学指标评价。宜采用的加载速率为0.1s加载，0.9s卸载。(1)试验方法原理本发明的乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验方法是结合了有限元模拟获取的道路实际温度与荷载条件的冷再生混合料动态蠕变试验装置，选取合适的试验条件以及试验指标，实现对乳化沥青冷再生混合料在实际温度及轴载作用下的高温蠕变特性的室内模拟。利用不同地区的气候数据，根据不同工程的特点，可以灵活的改变蠕变试验的加载温度和应力水平，从而实现对不同气候区、不同层位冷再生工程提供更符合实际的材料的高温蠕变性能的评价和预测。(2)试验方法准备(一)试验条件确定：该乳化沥青冷再生混合料高温蠕变试验可以在UTM万能试验机里完成，试验机需要能够提供要求的试验温度与固定频率的压缩荷载，并且记录试验过程中的累积微应变-作用次数曲线。经过有限元模拟试验，比较在不同压头大小下的乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验结果，最终确定该乳化沥青冷再生混合料高温蠕变试验的试验条件为：常温12小时、60℃48小时、常温60小时后进行试验；压头为直径27.8cm，试验加载频率为1Hz，即0.1s加载，0.9s卸载。在该种试验条件下，乳化沥青冷再生混合料高温蠕变试验更能真实地反映冷再生混合料的高温蠕变特征。(二)试验所需设备：乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验需要使用沥青混合料动态蠕变试验夹具在UTM万能试验机里进行。UTM万能试验机需要能够提供要求的试验温度与固定频率的压缩荷载，并且记录试验过程中的累积微应变-作用次数曲线。(3)试验方法步骤乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变试验方法主要包括：模拟道路温度场、确定荷载应力水平、选取合适养生方式、确定压头大小、试件成型、高温蠕变试验以及实验结果分析，如图4所示。乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变的主要试验步骤如下：步骤一：获取路面温度场采用二维路面模型模拟冷再生路面温度场，以图5的路面结构为例，具体计算参数如表1所示。选取江苏省某地夏季典型的气候数据进行计算，包括日太阳辐射总量、日最高最低气温、有效日照时间、日平均风速等数据，得到冷再生层顶位置即路面以下4cm处的最高温度为52℃。表1温度场模型计算参数材料类型热传导率(J/m·h·℃)比热容(J/kg·℃)密度(kg/m3)沥青面层4680924.92300冷再生混合料31609602180水稳碎石基层5616911.72200石灰土底基层5148942.92100土基561610401800步骤二：确定荷载应力水平采用三维路面模型模拟冷再生路面荷载应力场，具体试验参数如表2所示，其中各层位的计算参数均为步骤一中计算出的温度下对应的数据。绘制双轮轮载作用下水平方向的正应力分布图，得到冷再生层顶位置即路面以下4cm处的最大正应力为0.66MPa。表2荷载应力模型计算参数材料类型弹性模量(MPa)泊松比SMA-135270.35冷再生混合料4000.3SUP-255870.3水稳碎石基层15000.35石灰土底基层5000.25土基400.4步骤三：成型试件利用旋转压实仪成型直径100mm高度120mm的圆柱体试件，通过切割操作，去除试件顶部和底部各10mm，制作为直径100mm，高度100mm的圆柱体试件，保证试件上下表面相互平行，制作3个平行试件用来进行高温蠕变试验。切割在养生完成后进行。步骤四：试件养生为验证该路面结构的长期使用性能，选择养生方式为：常温12小时、60℃48小时、常温60小时后进行高温蠕变试验。步骤五：压头制作试验用压头由两部分构成，均为圆盘状，上下连接成整体。上压头直径为100mm，厚度为25mm，用于传递压力杆的应力，并保证可以对下压头施加均布力，下压头直径27.8mm，厚度为25mm，应选用钢材成型，要求压头在试验温度范围内变形<0.001％，并具有较高强度，在试验荷载范围内变形<0.001％。步骤六：高温蠕变试验乳化沥青冷再生混合料高温蠕变试验可以在UTM万能试验机里进行。实验开始前，将切割后的试件1,2,3除上表面外涂抹上隔热层材料，在50℃的恒温空气箱中保温不少于4h，直至试件内部温度达到试验温度±0.5℃为止，保温时试件之间保持距离不少于20mm。设置试验机的各项参数，使得试验机的环境保温箱的温度达到50℃±0.5℃，试验机的压缩加载频率为1Hz，半正弦波加载，其中0.1s加载，0.9s卸载，波峰值为0.66MPa。将记录仪与荷载及位移传感器连接，开动试验机，试验过程记录沥青混合料的竖向应变随加载次数变化的曲线。试验终止条件为竖向应变达到100000με或者沥青混合料的蠕变曲线明显进入第三阶段(即应变快速增长阶段)。三次试验的流变次数误差应控制在30次以内，否则应重新成型补做直至满足要求为止。步骤七：结果分析根据记录仪记录的试验结果，可以获得乳化沥青就地冷再生高温蠕变试验的蠕变曲线，深入分析蠕变曲线获取乳化沥青就地冷再生混合料的流变次数，最大微应变和平均应变速率以及流变次数参数等指标。该试验方法可以应用于对乳化沥青就地冷再生混合料高温蠕变机理的研究，对冷再生工程中材料选择提供帮助，对我国干线公路大中修决策工作具有指导意义。当前第1页1 2 3