专利名称：沥青路面多层组合结构混合料抗车辙性能的检测方法
技术领域：
本发明属于浙青路面路用性能测试和评价的应用技术领域，具体涉及一种浙青路面多层组合结构浙青混合料高温抗车辙性能的检测方法。
背景技术：
近十几年来我国高速公路取得举世瞩目的成果，但同时也看到，随着重载交通的增长，高速公路的早期损害也日益严重。一些高速公路在建成通车I 2年时间内就出现了车辙、坑槽等严重的早期损害，路面车辙损坏已成为我国高速公路路面早期损坏的主要形式，是导致路面维修的最主要原因。高速公路浙青路面并不是单一混合料铺筑而成，而是由存在性能差异的浙青混合料分层铺筑而成，浙青路面车辙是多层浙青混合料永久变形累积的结果。然而目前国内外关于车辙的研究，由于受到试验设备和试验方法的限制，大多 数控制浙青路面车辙的方法都主要致力于提高浙青混合料的高温性能而忽略了路面结构因素，如在路面中采用SMA、SBS、Superpave等技术。但是最新调查发现满足抗车辙要求的浙青混合料组成的浙青路面，以上、中面层为主的车辙现象正在转变为以中、下面层车辙为主，而车辙的出现也只是略有减缓，路面仍不可避免出现较大车辙。目前，浙青路面结构研究通常需要铺筑足尺试验路，相对于室内材料试验而言耗时费力，因此亟需开发一种相对简便的浙青路面结构车辙室内试验方法。
发明内容
为了解决目前采用浙青混合料车辙试验的标准方法进行车辙试验，无法更改试件的厚度，不能进行多层组合试验，只能评价单层固定厚度浙青混合料的高温性能，无法评价和分析不同厚度及结构组合的浙青混合料的高温性能的问题，本发明的目的在于，提供一种浙青路面多层组合结构混合料抗车辙性能的检测方法。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案一种浙青路面多层组合结构混合料抗车辙性能的检测方法，其特征在于，该方法利用多层组合结构浙青混合料车辙试验模具，分层成型车辙试件，然后利用改进后的常规国产车辙仪进行车辙试验，具体按如下步骤进行(I)分两层成型组合结构的车辙试件，在组合结构车辙试模上安装不同高度的挡块，并调整垂直于碾压方向的侧板高度和试件下层板的厚度一致；(2)成型下层车辙板时，先在一个方向碾压2个往返，即4次，然后将试件调转方向再碾压10个往返，即20次；下层板成型后需在室温条件下养护12h，在车辙试模上安装与上层板相同厚度的挡块，然后在下层板上碾压成型上层板，碾压方向应与下层板一致；碾压时先在一个方向碾压6个往返，即12次，然后将试件调转方向再碾压6个往返，即12次；(3)将国产车辙仪试验台的支柱卸去一节(目前的国产车辙仪试验台的支架一节高度为5cm)，使试验轮的高度在7. 5cnTl5Cm范围内调节，以满足组合结构车辙试验的要求。
(4)将试件连同试模一起，置于试验温度为60°C 土TC的恒温室中，保温时间为7h 24h，然后置于改进后的国产轮辙试验机的试验台上，试验轮的行走方向须与试件碾压或行车方向一致；(5)启动试验机，使试验轮往返行走，时间60min时为止。(6)采用60min的车辙深度作为组合结构车辙试验的评价指标，分析浙青层厚度、结构层的模量比以及层间接触条件结构因素对浙青路面高温性能的影响。本发明的多层组合结构浙青混合料高温性能检测方法，采用适用于国产车辙试验设备的组合结构车辙试验模具，与现有技术相比，其改进与优势主要体现以下两点(I)可以更改车辙试件的厚度，进行不同厚度的车辙试验，克服了传统的车辙试验只能成型固定厚度的车辙板进行试验的缺点，能够用于分析浙青层的厚度对浙青路面高温抗车辙性能的影响。 (2)可以进行多层结构的浙青混合料车辙试验，克服了传统车辙试验只能进行单层结构浙青混合料试验的不足。不仅可以用于分析浙青混合料的高温性能，而且也可以用于分析浙青路面结构的高温性能。可以分别从材料和结构组合方面综合评价浙青路面的高温抗车辙性能，进一步完善我国的浙青路面检测和设计工作。
图I为多层组合结构车辙试验模具结构图。其中，左图为模具的俯视图，右图为模具沿碾压方向的侧视图。图2为组合结构试件厚度与60min车辙变形量的关系曲线。其中，左图为组合结构试件厚度与60min车辙深度关系曲线，右图是结构试件厚度与相对变形关系曲线。图3为组合结构试件结构层强度与60min车辙变形量的关系图。图4为组合结构试件层间接触条件与60min车辙变形量的关系图。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式申请人:以《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中规定的“T0719-1993浙青混合料车辙试验”为基础，提出多层组合结构浙青混合料车辙试验方法，并且开发了一种新型的浙青混合料车辙试验模具，分析该方法的可行性及试验条件；在此基础上，提出基于路面组合结构的浙青路面抗车辙设计原则，完善我国现有的浙青路面检测和设计方法。I、组合结构车辙试模的开发采用有限元分析方法对O. 7MPa标准荷载作用下，厚度为5cm、10cm、12cm和15cm的车辙试件进行分析，发现当车辙试件厚度小于IOcm时，剪应力峰值较大，且随着车辙试件厚度减小，“峰值”急剧增大；当车辙试件厚度大于IOcm后，“峰值”明显减小，且随着车辙试件厚度增加，“峰值”变化不大。认为底部钢质试模的约束作用会对车辙试件内部剪应力的分布产生影响，并且以IOcm厚度为临界值，车辙试件厚度越薄，底部边界条件的影响越明显，当车辙试件厚度大于IOcm后，底部边界条件随着车辙试件厚度增加变化不大。从减弱底部边界条件的约束效果出发，组合车辙试件厚度最好大于10cm。
多层组合结构车辙试验试模采用工具钢制作(图1)，内部平面尺寸为300mmX 300mm,沿碾压方向两侧侧板高度为120mm,两端开有刻槽，可以安装不同高度的挡块以调整试件的厚度；沿碾压方向侧板高度为50mm，不安装挡块时可供常规车辙试验使用。2、常规国产车辙仪的改进常规车辙仪只能做单层浙青厚度的车辙试验，试验轮高度一般只能在2. 5cm IOcm之间进行调节。而我们现在是要针对组合结构的浙青层考虑其抗永久形变的能力，IOcm不能满足组合结构车辙试验试件厚度的要求。因此，要进行组合结构车辙试验必须对常规车辙仪进行改进。将国产车辙仪试验台的支柱卸去一节(目前的国产车辙仪试验台的支架一节高度为5cm)，这样试验轮的高度就可以在7. 5cnTl5Cm范围内调节，能够满足组合 结构车辙试验的要求。3、组合结构车辙试验条件的确定( I)试验温度实测数据表明，在高温季节，浙青路面结构内部的温度通常会达到50°C以上，在持续高温季节，其温度甚至可能超过60°C。因此，为了模拟实际路面结构内部的高温状况，组合结构车辙试验温度仍采用标准试验温度(60 ± O. 5 ) °C。(2)试验荷载我国《公路浙青路面设计规范》(JIOD50— 006)在路面结构设计时的荷载接地压强为O. 7MPa，为了使试验荷载与路面设计荷载相适应，在不考虑超载、重载的情况下，组合结构车辙试验仍采用标准荷载(O. 7 ± O. 05 )Mpa，加载速率为(42 ± I)次/min (即每分钟21次往返)。(3)保温时间组合结构车辙试件的厚度较厚，为了保证车辙试件内部温度恒定，分布均匀，需要更长的保温时间以达到标准试验温度。通过实测组合结构车辙试件的保温时间，保温7h即可确保试件内部温度达到标准试验温度。因此，组合结构车辙试验的保温时间不少于7h，同时也不得多于24h。4、组合结构车辙试件的成型准备试验用各种规格的矿料和浙青，将矿料按照一定的比例保温并将浙青加热到合适的温度，将各层试件所需的预热的粗细集料置于拌和机中，然后加入浙青和矿粉，最后将拌合好的浙青混合料装入开发的多层组合结构车辙试验模具，放在轮碾成型机上碾压成型。5、组合结构车辙试验将试件连同试模一起，置于试验温度为60°C 土1°C的恒温室中，保温时间不少于7h,同时也不多于24h。将试件连同试模移置于轮辙试验机的试验台上,试验轮在试件的中央部位，其行走方向须与试件碾压或行车方向一致。开动车辙变形自动记录仪，然后启动试验机，使试验轮往返行走，时间60min。考虑到结构组合车辙试验以分析比较不同结构的高温变形为主要目标，并不同于单层车辙试验对浙青混合料性能的评价。因此，采用60min的车辙深度作为组合结构车辙试验的评价指标。以下是发明人给出具体的实验过程。
I、浙青混合料车辙试件的制作本实施例中，车辙试件的成型采用常规国产轮碾成型机，试模采用多层组合结构车辙试验试模，分两次成型双层的车辙试件。(I)准备工作I)进行车辙试件各层浙青混合料的配合比设计。2)确定制作浙青混合料车辙试件的拌和及压实温度。3)按配方准备矿料和浙青，将各种规格的矿料置105°C ±5°C的烘箱中烘干至恒重(一般不少于4h)。根据需要，粗集料可先用水冲洗干净后烘干，也可将粗细集料过筛后用水冲洗再烘干备用。4)将烘干分级的粗细集料，按每个试件设计级配要求称其质量，在一金属盘中混合均匀，置烘箱中预热至浙青拌和温度以上15°C (采用重交浙青时通常为160°C;采用改性浙青时通常需175°C)备用，矿粉单独加热。5)将采集的浙青试样，用恒温烘箱、电热套熔化加热至规定的浙青混合料拌和温度备用，但不得超过175°C。6)将浙青混合料拌和机预热至拌和温度以上10°C左右备用并加热至合适的温度备用。7)将金属车辙试模、小型击实锤、铲子及铁锹等置于100°C烘箱中加热lh。8)按本发明拌制浙青混合料时，所需的混合料质量由I块板的体积乘以马歇尔标准击实密度乘以I. 03的系数计算。(2)轮碾成型I)车辙试件下层的成型①将预热的各试件下层的粗细集料置于拌和机中，用小铲子适当混合，然后再加入需要数量的已加热至拌和温度的浙青，开动拌和机一边搅拌一边将拌和叶片插入混合料中拌和Imin I. 5min,然后暂停拌和,加入单独加热的矿粉,继续拌和至均勻为止,并使浙青混合料保持在要求的拌和温度范围内，总拌和时间为3min。②将预热的组合结构车辙试模从烘箱中取出，安装不同高度的挡块以调整垂直于碾压方向的侧板高度和各试件下层的厚度一致。在试模中铺一张裁好的普通纸，使底面及侧面均被纸隔离，将拌和好的全部浙青混合料，用小铲稍加拌和后均匀地沿试模由边至中按顺序转圈装入试模，中部要略高于四周。③用预热的小型击实锤由边至中转圈夯实一遍，整平成凸圆弧形。④插入温度计，待混合料冷却至规定的压实温度后，在表面铺一张裁好尺寸的普通纸。⑤当用轮碾机碾压时，先将碾压轮预热至100°C左右。然后，将盛有浙青混合料的试模置于轮碾机的平台上，轻轻放下碾压轮，调整总荷载为9kN (线荷载300N/cm)。⑥启动轮碾机，先在一个方向碾压2个往返(4次)，然后将试件调转方向碾压至马歇尔标准密实度100±1%为止。试件正式压实前，应经试压，决定碾压次数，一般12个往返(24次)左右可达要求。压实成型后在试块上注明碾压方向。2 )车辙试件上层的成型试件下层压实成型后需在室温条件下养护12h以上(通常为一天)，在车辙试模上安装与上层板相同厚度的挡块，然后在下层板上碾压成型上层板，碾压方向应与下层板一致。试件上层的成型步骤参考下层的成型，但是试件上层碾压时应先在一个方向碾压预定遍数的1/2遍，然后将试件调转方向碾压剩余的1/2遍数，以保证碾压均匀性，提高制件质量。碾压次数可根据要求的浙青混合料的设计空隙率经试压决定(本试验通过对碾压后的试件切割测量的方法来测定试件的空隙率，要满足设计空隙率的要求)。试件上层成型后，在试件上注明碾压方向，连同试模一起在常温条件下放置的时间不得少于12h，对聚合物改性浙青混合料，放置的时间以48h为宜，使聚合物改性浙青充分固化后方可进行车辙试验，但也不得长于一周。2、浙青混合料多层组合结构车辙试验(I)改进后国产车辙仪试验轮接地压强测定为了保证试验结果的准确性，首先应标定车辙仪荷载轮的轮压。标定工作在60°C条件下进行I)在试验台上放置一块50mm厚的钢板，其上铺一张毫米方格纸，上铺一张复写纸；2)加上规定的700N的荷载后，启动试验轮静压复写纸，即可在方格纸上得出轮压面积；3)计算求得荷载轮平均接地压强。当压强不符合O. 7MPa±0. 5MPa，荷载应予适当调整。(2)将试件连同试模一起，置于已达试验温度60°C ±1°C的恒温室中，保温时间不少于7h，同时也不多于24h。在试件的试验轮不行走的部位上，粘贴一个热电隅温度计，控制试件温度稳定在60°C ±0. 5°C。(3)将试件连同试模移置于改进后的国产轮辙试验机的试验台上，试验轮在试件的中央部位，其行走方向须与试件碾压或行车方向一致。开动车辙变形自动记录仪，然后启动试验机，使试验轮往返行走，时间约60min时为止。试验时，记录仪自动记录变形曲线及试件温度。(4)评价指标考虑到结构组合车辙试验以分析比较不同结构的高温变形为主要目标，并不同于单层车辙试验对浙青混合料性能的评价。因此，本发明采用60min的车辙深度作为组合结构车辙试验的评价指标。以下是发明人以某条高速公路浙青路面给出的实施例，需要说明的是，这些实施例是较优的例子，本发明不限于该实施例。实施例影响浙青路面高温性能的结构因素主要包括浙青层厚度、结构层的模量(强度)比以及层间接触条件。根据以上三个影响因素，制定组合结构车辙试验方案(表1)，开展浙青路面组合结构车辙试验表I :组合结构车辙试验方案
权利要求
1. 一种浙青路面多层组合结构混合料抗车辙性能的检测方法，其特征在于，该方法利用多层组合结构浙青混合料车辙试验模具，分层成型车辙试件，然后利用改进后的常规国产车辙仪进行车辙试验，具体按如下步骤进行 (1)分两层成型组合结构的车辙试件，在组合结构车辙试模上安装不同高度的挡块，并调整垂直于碾压方向的侧板高度和试件下层板的厚度一致； (2)成型下层车辙板时，先在一个方向碾压2个往返，即4次，然后将试件调转方向再碾压10个往返，即20次；下层板成型后需在室温条件下养护12h，在车辙试模上安装与上层板相同厚度的挡块，然后在下层板上碾压成型上层板，碾压方向应与下层板一致；碾压时先在一个方向碾压6个往返，即12次，然后将试件调转方向再碾压6个往返，即12次； (3)将国产车辙仪试验台的支柱卸去一节，使试验轮的高度在7.5cm 15cm范围内调节，以满足组合结构车辙试验的要求。
(4)将试件连同试模一起，置于试验温度为60°C±1°C的恒温室中，保温时间为7h 24h，然后置于改进后的国产轮辙试验机的试验台上，试验轮的行走方向须与试件碾压或行车方向一致； (5)启动试验机，使试验轮往返行走，时间60min时为止。
(6)采用60min的车辙深度作为组合结构车辙试验的评价指标，分析浙青层厚度、结构层的模量比以及层间接触条件结构因素对浙青路面高温性能的影响。
全文摘要
本发明公开一种沥青路面多层组合结构混合料抗车辙性能的检测方法，该方法利用多层组合结构沥青混合料车辙试验模具分层成型车辙试件，然后利用改进后的常规国产车辙仪进行车辙试验。根据车辙深度与试验轮行走时间之间的关系曲线，评价沥青路面组合结构的抗车辙性能。该方法克服了常规车辙试验只能评价单层固定厚度沥青混合料的高温性能，无法评价和分析不同厚度及结构组合的沥青混合料的高温性能的缺陷，可以进行多层组合结构的沥青混合料车辙试验，能够准确评价车辆荷载作用下组合结构对沥青路面抗车辙性能的影响，对完善我国沥青路面的检测和设计方法具有重要的现实意义。
文档编号G01N3/34GK102944488SQ20121047042
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者张争奇, 陶晶, 杨博, 张苛 申请人:长安大学