基于轴载谱的沥青混合料多级加载高温蠕变试验方法
【技术领域】
[0001 ]本发明具体涉及一种基于轴载谱的沥青混合料多级加载高温懦变试验方法，属于 道路工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，车辙等永久变形破坏日益成为我国高等级沥青路面最典型也最具危害性 的病害形式之一。针对沥青路面的高温车辙问题，国内外学者在试验条件、试验方法、材料 组成、荷载特性、环境因素等方面做了大量的研究。美国NCHRP研究计划开展了沥青混合料 的简单性能试验方法的研究，经过大量的筛选和室内试验研究，推荐3种简单性能试验 (simple performance test，简称SPT)用来评价沥青混合料的抗永久变形的能力，包括:动 态模量试验、静态蠕变试验和动态蠕变试验。其中动态蠕变试验可以较为有效的评价沥青 混合料的抗永久变形的能力。但是该试验方法的加载模式是单一荷载的半正弦波加载，这 与实际路面所受的复杂的轴载状况不符。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是现有的试验方法得出的结果无法真实的反应路况，并 为道路养护提供准确实时的数据支持。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于轴载谱的沥青混合料 多级加载高温蠕变试验方法，包括以下步骤:步骤一:对所研究道路的轴载谱进行分析，利 用道路养护管理决策系统(PMS)获取换算为单轴双轮组的道路轴载谱;步骤二:根据道路轴 载谱确定轴载应力水平和不同轴载的权重;步骤三:根据步骤二中获得的轴载应力水平中 第一加载次序的应力水平数据进行预加载试验;步骤四：根据步骤二中获得的不同轴载的 权重数据计算试验中第一次加载次序作用次数和多级荷载作用的总周期长度;步骤五:根 据步骤四得到的数据进行多级加载的高温蠕变试验;步骤六:获得实验结果。
[0005] 该方法中，轴载谱、预加载试验和多级加载的高温蠕变试验均为现有的成熟技术， 然而，由于现有技术中带入预加载试验和多级加载的高温蠕变试验的数据脱离事实，导致 试验的结果无法真实的反应路况，为道路养护提供准确实时的数据支持。本发明方法将实 际路面所受轴载谱型应用在室内试验，利用道路养护管理决策系统(PMS)中对已通车的高 速公路的交通量、轴载谱做出的准确详细的统计数据，充分考虑了沥青混合料在实际路面 当中的受力特点，利用实际路面轴载谱数据准确地模拟沥青混合料在多级轴载复合加载模 式下的高温蠕变特性，使得本方法得出的数据带入预加载试验和多级加载的高温蠕变试验 后得出的结论具有真实性高，实时性好的效果，试验结果稳定可靠。
[0006] 进一步，所述步骤二包括以下步骤:1)选择道路轴载谱中各轴重对应的轴载数据， 所述轴重大于六吨，所述轴载数据即该轴重对应的轴载作用次数数据;根据轴载数据确定 主要轴重范围W a~Wb，此轴重范围内的轴重为连续数值，范围内任意一个轴重对应的轴载数 据占大于6吨的轴载作用总次数的比例的1%以上，且范围内各个轴重对应的轴载数据之和 占大于6吨的轴载作用总次数的比例95%以上;2)将Wa~Wb均匀划分为4个代表轴重区间1 ~W2、W2~W3、W3~W4、W4~Wb，其中每个区间的中值为代表轴重ql、q2、q3、q4(ql〈q2〈q3〈q4); 将四个代表轴重换算为相对应的轮胎接地压强，〇i、〇2、〇 3、〇4(σ4)，换算公式为：
其中〇#Pqi分别为轮胎接地压强(单位:KPa)和轴重(单位:KN) ;〇4Pqs分别为 标准轮胎接地压强700KPa和标准轴载100KN，即四个代表应力水平，根据轴载谱统计四个代 表轴重区间的作用次数比例确定四个代表应力水平的作用次数权重Ai: A2: A3: A4。实际使用 过程中，轴重小于6吨对路面产生的损伤微小，为考虑更不利荷载，因此，小于6吨的轴重予 以忽略不统计。对于需要统计的数据中，一般在轴载谱内，轴重越大，作用次数越少，占总作 用次数的比重越小，所以，本发明去除掉比重小于总次数1%的轴重，而选择轴重适中、次数 比较大的数据进行统计，更便于试验的可操作性，以便得到稳定可靠的数据;再次，随轴重 增大，轮胎接地压力也相应增大，同时轮胎的接地面积也会增大，因此轮胎接地压力并不是 随轴重线性增加，经检测，采用公式：
[0007] 进一步，所述步骤四包括以下步骤:1)确定加载次序;将选取的四个应力水平进行 从小到大排序，即σι<σ2<σ 3<σ4,则一个大周期内加载次序确定为:σ24σ 44σ3-σ1;利用预 加载试验确定各加载次序的作用次数Χι、Χ 2、Χ3、Χ4; 2)利用加载次序中第一次序的应力水平 下的标准动态蠕变试验，获得蠕变曲线;将获取的蠕变曲线分为三个阶段:第一阶段：即沥 青混合料多级加载开始后的第一个加载次序时间段;第二阶段：即第一个加载次序时间段 结束后，每一级应力水平加载产生的微应变都呈现线性增长的累积微应变线性增长阶段； 第三阶段：即沥青混合料处于高温失稳状态的累积微应变快速增长阶段;通过对第二阶段
进行线性拟合，确定第二阶段的起始点m;确定方法为 石.定义作用次数1^为初期压密达到100 %的位置点： 9
对应的作用次数为n2;其中：εi:第i次加载 试件的累积微应变；第i次加载试件的平均微应变；^:初期压密达到100%的平均微 应变；初期压密达到90%的平均微应变;四个代表应力水平对应的作用次 数权重;X2为n2和m之间的任意值;通过X!=X2AX/A2，求得X!;通过X3=X 2A3/A2，求得X3;通过X4 = Χ2Α4/Α2,求得Χ4;3)利用预加载试验确定多级荷载作用的总周期长度L;
[0008] L=Xi+X2+X3+X4
[0009] 其中土、办、&、乂4:应力水平1，2,3,4的作用次数，L:四个加载次序的总周期长度。
[0010] 优选的，当m和Π 2相差小于200次时，X2为m和Π 2之间任意值，当m和Π 2相差大于200 次时，X2为n#Pn2的中间值。。这样取值的优点是保证多级应力主要作用在蠕变曲线第二阶 段并且蠕变曲线第二阶段的长度足够进行四个不同应力水平的叠加作用。
[0011] 本发明的优点是：与现有技术相比，本发明设计的试验方法充分考虑了沥青混合 料在实际路面当中的受力特点，利用实际路面轴载谱数据可以准确地模拟沥青混合料在多 级轴载复合加载模式下的高温蠕变特性。试验方法简单易行，试验条件控制合理，试验结果 稳定可靠。该试验方法有利于对沥青混合料高温蠕变机理的研究，从而指导沥青混凝土路 面结构和材料的设计，尤其对路面养护方案决策具有指导意义。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的第一加载次序作用次数确定方法示意图；
[0013] 图2为本发明的多级加载应力水平变化示意图；
[0014] 图3为沪宁高速近五年的平均轴载谱(换算为单轴双轮组）；
[0015] 图4为本发明的多级加载高温蠕变试验方法流程图；
[0016] 图5为本发明的预加载试验的加载方式示意图；
[0017] 图6为本发明的预加载试验结果第二阶段线性拟合实例图；
[0018] 图7为本发明的第一加载次序作用次数确定方法实例图；
[0019] 图8为沥青混合料多级加载蠕变曲线实例图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1-8所示，本发明一种沥青混合料多级加载的高温蠕变试验方法，步骤如下：
[0021] 确定轴载应力水平:利用道路养护管理决策系统(PMS)获取待研究道路的轴载谱 数据，并将其换算为单轴双轮组类型的轴载谱。轴重小于6吨对路面产生的损伤微小，为考 虑更不利荷载，予以忽略。考虑轴重大于6吨的轴载数据，选择具有代表性且作用次数占比 大的轴重进行换算。根据轴载谱特征，确定主要轴重范围W a~Wb，此轴重范围内的轴载作用 次数占大于6吨的轴载作用总次数的比例需要大于95%。将W a~Wb划分为4个代表轴重区间 Wa~W2、W2~W3、W3~W4、W4~Wb，区间划分尽量均勾。其中每个区间的中值为代表轴重qi、q2、 q3、q4(qi〈q2〈q3〈q4)。通过查询表1将四个代表轴重换算为相对应的轮胎压力，即四个代表应 力水平0^02、σ 3、。四个应力水平分别代表了四个代表轴重区间。根据轴 载谱统计四个代表轴重区间的作用次数比例确定四种应力水平的作用次数比为:A 1:A2:A3: A40
[0022] 表1轴重和应力水平转换表
[0024] 试件成型：其主要是根据该试验的需要，利用旋转压实仪成型直径150mm高度 180mm的圆柱形试件，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，保证试件上下表面相互平行，从而完成基于轴载谱的多级加载高温蠕