一种四场耦合作用下的排水沥青路面耐久性评价方法与流程

1.本发明属于沥青路面耐久评价技术领域，具体涉及一种四场耦合作用下的排水沥青路面耐久性评价方法。


背景技术：

2.近年来，由于我国经济的高速发展，全国各省在高速公路的建设领域取得了长足的发展，全国高速公路网基本建成。同时随着海绵生态城市的理念推广，传统密级配沥青路面已经无法再满足城市发展的需要，排水沥青路面凭借其在透水降噪、抗滑耐用方面的突出性能，从而获得了越来越多的道路工作者青睐，在我国高等级路面和市政道路中得到了大力的推广。
3.排水沥青路面是由排水沥青混合料作为面层而修筑的路面，其空隙率一般大于18％。该种路面的路表水可进入路面横向排出，从而消除路面积水，有效减低因雨天湿滑而引起的交通事故率。排水沥青路面主要有以下优势特点：(1)大幅提升雨天行车安全性和舒适性，排水沥青路面雨天路面无积水，可保证轮胎与路面之间有良好的附着力，大大改善了路面的抗滑性能，防止水漂事故的发生；同时可减少车辆后方溅水和水雾，改善了行车条件，提高雨天行车的能见度；路面构造深度和抗滑性能显著提高，道路安全事故大幅降低。(2)降低车辆行驶产生的滚动噪音，公路交通噪声主要是由车辆行驶时车辆本身以及轮胎与路面间的相互作用产生的，据相关资料显示，当车速大于50km/h时，主要的噪声源为轮胎与路面间的噪声。排水沥青路面空隙率大，为多孔隙结构，该种结构减小了轮胎与路面间的泵吸效应，降低噪声3-8分贝，改善了道路沿线人居环境。(3)改善路面的视觉性能，防止眩光，由于排水沥青路面表面粗糙，易于形成漫反射，在白天可以防止阳光耀眼，在夜晚能减缓对向车灯的眩目，从而可大大降低道路交通事故发生率，具有良好的社会经济效益。
4.由于排水沥青路面的大空隙特点，导致其沥青混合料表面和内部都有许多连通空隙，使其更容易受到阳光、雨水、灰尘等不利因素的侵蚀，特别在运营过程中，随着粉尘、泥土等碎屑物进入排水沥青路面的空隙中，造成排水沥青路面的空隙率下降，透水能力下降，在雨季行车过程中形成动水压力，加剧排水沥青路面形成飞散、坑槽等病害。目前国内对于排水沥青路面的混合料设计已经出版了相关的行业规范，但在混合料设计中，尚未考虑到排水沥青路面长期运营的耐久性问题，而长期使用耐久性问题却又是排水沥青路面能否大面积推广使用需要解决的问题。而在湿热地区实际运营过程中，排水沥青路面最易发生病害的阶段就是在堵塞路段的雨天过后，行车荷载形成动水压力，不断侵蚀排水沥青路面的结构。因此本发明提出一种“水-温度-荷载-空隙堵塞”四场耦合作用下的湿热地区排水沥青路面耐久性评价方法，可以与现行混合料设计规范进行互相补充，对排水沥青路面的混合料耐久性设计提出了新方法和指标，可以更为有效地保证排水沥青路面的耐久性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种四场耦合作用下的排水沥青路面耐久性评价方法，旨
在通过“水-温度-荷载-空隙堵塞”四场耦合作用下，计算空隙衰减率和动稳定度衰减率来评价排水沥青路面的长期运营耐久性。
6.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
7.本发明提供了一种四场耦合作用下的排水沥青路面耐久性评价方法，包括如下步骤：
8.步骤1：采用轮碾法制作沥青混合料试件六块，分成两组，每组三块，养护成型好的沥青混合料试件脱模后备用，同时称量第一组沥青混合料试件的干重t1和体积指标v1，以及第二组沥青混合料试件的干重t2和体积指标v2；
9.步骤2：将固定级配量的细集料加入2.5l的纯净水中充分进行搅拌均匀，得到配置的堵塞溶液；
10.步骤3：将第一组脱模后的沥青混合料试件采用大车辙板试件模板锁定装回，然后将配置好的堵塞溶液缓慢均匀地倒入沥青混合料试件上，期间不断用玻璃棒在烧杯中进行搅拌，使得堵塞溶液分散均匀，防止堵塞溶液飞溅，重复数次堵塞试验即得到堵塞状态下的车辙试件，然后放入烘箱中烘干48小时至恒重，最后脱模放凉后称量得到干重t2；
11.步骤4：将第一组堵塞状态下的车辙试件放入浸水车辙仪中，浸水保温后进行浸水车辙试验，试验结束后即得到浸水动稳定度d1；
12.步骤5：将第二组沥青混合料试件放入车辙仪中空气养护保温后进行试验，试验结束后即得到动稳定度d2；
13.步骤6：根据所得参数，按照下式计算空隙衰减率：
[0014]vdr
＝(vv
1-vv2)/vv1*100％＝(v1*t
2-v2*t1)/(v1*v2*r
t-v2*t1)*100％；
[0015]
式中：v
dr
为空隙衰减率，vv1为初始车辙试件空隙率，vv2为试验后车辙试件空隙率，v1为第一组沥青混合料试件的体积，v2为第二组沥青混合料试件的体积，r
t
为车辙试件最大理论密度；
[0016]
步骤7：根据所得参数，按照下式计算动稳定度衰减率：
[0017]ddr
＝(d
2-d1)/d2*100％；
[0018]
式中：d
dr
为动稳定度衰减率，d1为堵塞状态下50℃浸水动稳定度，d2为空气浴下60℃动稳定度；
[0019]
步骤8：根据空隙衰减率v
dr
和动稳定度衰减率d
dr
进行耐久性评价，当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
处于[0～20％]区间，动稳定度衰减率d
dr
处于[0～35％]区间时，耐久性优秀；当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
处于[0～20％]区间，动稳定度衰减率d
dr
处于[35％～50％]区间时，耐久性良好；当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
处于[0～20％]区间，动稳定度衰减率d
dr
处于[50％～100％]区间时，耐久性较差；或当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
＞20％时，动稳定度衰减率d
dr
处于[0％～50％]区间时，耐久性良好；当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
＞20％时，动稳定度衰减率d
dr
处于[50％～100％]区间时，耐久性较差。
[0020]
作为本发明的进一步改进，步骤1中所述沥青混合料试件的空隙率一致，重复性误差为平均值15％，每块试件尺寸为300mm
×
300mm
×
50mm。
[0021]
作为本发明的进一步改进，步骤2中所述细集料的级配和质量如下表所示：
[0022][0023]
作为本发明的进一步改进，在步骤3中，为将堵塞溶液完全倒入车辙试件中，分多次采用累计总量为500ml的纯净水将粘黏在杯壁上的粉尘细集料全部冲洗入车辙试件中，使得全部用水量总和为3l；堵塞溶液距离车辙试件表面高度为10～15cm；堵塞试验次数为3次。
[0024]
作为本发明的进一步改进，步骤3中所述大车辙板试件模板材质为钢板或者铜板，其内侧尺寸为300mm
×
300mm
×
100mm；装模过程中，将车辙试件板底对准大车辙板试件模板底，使得大车辙板试件模板内侧高出车辙试件板顶50mm；改性沥青混合料的车辙试件烘干温度为105℃
±
5℃；基质沥青混合料的车辙试件烘干温度为80℃
±
5℃；烘干后放凉时间为48h。
[0025]
作为本发明的进一步改进，步骤4中所述浸水保温的温度为50℃，浸水保温的时间不少于5小时，不超过12小时。
[0026]
作为本发明的进一步改进，步骤5中所述保温的温度为60℃，保温时间不少于5小时，不超过12小时。
[0027]
本发明的优点：
[0028]
本发明采用的评价方法充分考虑了“水-温度-荷载-空隙堵塞”四因素耦合环境条件下排水沥青路面的最不利运营环境、评价结果物理力学理论明确、指标与排水沥青路面实际情况密切相关，可以准确评价出湿热地区排水沥青路面长期运营的耐久性，为我国的排水沥青路面耐久性评价提供新的方法和参数，丰富排水降噪沥青混合料的耐久性评价手段。
附图说明
[0029]
图1为本发明所述耐久性评价方法的步骤流程框图。
具体实施方式
[0030]
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031]
本发明提供了一种四场耦合作用下的排水沥青路面耐久性评价方法，包括如下步骤：
[0032]
步骤1：采用轮碾法成型pac-13沥青混合料试件六块，分成两组，每组三块，养护成型好的沥青混合料试件脱模后备用，同时称量第一组沥青混合料试件的干重t1和体积指标v1，以及第二组沥青混合料试件的干重t2和体积指标v2；
[0033]
分别采用2种改性沥青制备pac-13沥青混合料，一种采用壳牌sbs改性沥青，一种采用广西交科集团有限公司生产的高性能橡胶改性沥青(rubber modified asphalt，rma)，高黏改性剂为中路高科交通科技集团有限公司生产，配合比设计目标空隙率均为21％，首先根据马歇尔标准击实试件密度100％
±
1％计算进行配料，然后按照《公路工程沥
青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)中的“沥青混合料试件制作方法(轮碾法)”(t0703-2011)制作2组12块(每块尺寸：300mm
×
300mm
×
50mm)排水降噪沥青混合料车辙试件，其中轮碾法成型试件时，试膜中的垫纸采用隔离纸，防止垫纸粘接车辙试件底部和侧面，影响堵塞试验。将成型好的车辙试件放置室温养护48h后，拆膜称重，测量体积指标，分成四组备用，结果如下表1所示，根据计算法可得最大理论密度为2.717g/cm3，每组的空隙率重复性误差均满足平均值15％之内。
[0034]
表1四组沥青混合料的基本指标
[0035][0036][0037]
步骤2：将一定级配量的细集料加入2.5l纯净水中充分进行搅拌均匀，即可得到配置的堵塞溶液；按照表2的细集料级配组成，配料260g，然后加入2.5l的纯净水中充分进行搅拌，即可制成堵塞溶液。
[0038]
表2细集料级配组成
[0039][0040]
步骤3：将第一组脱模后的试件采用大车辙板试件模板锁定装回，然后将配置好的堵塞溶液按照先边部后中心的原则，缓慢均匀地倒入沥青混合料试件上，期间不断用玻璃棒在烧杯中进行搅拌，使得堵塞溶液分散均匀，同时防止堵塞溶液飞溅出去；重复数次堵塞试验即可得到堵塞状态下的车辙试件，然后放入烘箱中烘干48小时至恒重，最后脱模放凉后称量得到t2；
[0041]
分别将sbs改性沥青pac-13和橡胶改性沥青pac-13第一组脱模后的3块沥青混合料试试件采用大车辙板试件模板锁定装回，然后用垫砖将试件模板外侧垫高，使得车辙板下部悬空，让配置的堵塞溶液可以自由通过，垫砖不可以阻挡车辙板下侧面，其中每块试件配备3杯堵塞溶液，随后将配置好的堵塞溶液按照先边部后中心的原则，在距离车辙试件表面10cm的位置，缓慢均匀地倒入试件上，期间不断用玻璃棒在烧杯中进行搅拌，使得堵塞溶
液分散均匀，防止堵塞溶液飞溅出去；为将堵塞溶液完全倒入车辙板中，可分多次采用累计总量为500ml的纯净水将粘黏在杯壁上的粉尘细集料全部冲洗入车辙板中，使得全部用水量总和为3l；每块试件进行3次堵塞试验即可得到堵塞状态下的车辙试件，然后放入烘箱中在105℃下烘干48小时至恒重，最后分别脱模放凉48h后称量得到t2，结果如下表3所示。
[0042]
表3堵塞试验后沥青混合料的基本指标
[0043]
序号(堵塞试验试件)干重/g体积/cm3sbs组1-110086.94545sbs组1-210001.34518sbs组1-310025.74527cr组1-19976.84536cr组1-210050.24554cr组1-310025.74554
[0044]
步骤4：将第一组堵塞试件放入浸水车辙仪中，浸水保温后进行浸水车辙试验，试验结束后即可得到浸水动稳定度d1；
[0045]
分别将sbs改性沥青pac-13和橡胶改性沥青pac-13第一组的3块堵塞试件放入浸水车辙仪中浸水保温，温度为50℃，浸水保温时间为6小时，待保温时间到后，依次将2种pac-13的3块试件进行浸水车辙试验，分别得到2种pac-13的3块试件动稳定度d1，其中sbs改性沥青pac-13分别为9875次/mm、9777次/mm及9437次/mm；橡胶改性沥青pac-13分别为8874次/mm、8447次/mm及9217次/mm。
[0046]
步骤5：将第二组养护成型试件放入车辙仪中空气养护保温后进行试验，试验结束后即可得到动稳定度d2；
[0047]
分别将sbs改性沥青pac-13和橡胶改性沥青pac-13第二组的3块试件放入车辙仪中空气保温，温度为60℃，保温时间为6小时，待保温时间到后，依次将2种pac-13的3块试件进行车辙试验，分别得到2种pac-13的3块试件动稳定度d2，其中sbs改性沥青pac-13分别为5925次/mm、5337次/mm及5105次/mm；橡胶改性沥青pac-13分别为5876次/mm、5797次/mm及6112次/mm。
[0048]
步骤6：根据所得参数，按照式(1)计算空隙衰减率：
[0049]vdr
＝(vv
1-vv2)/vv1*100％＝(v1*t
2-v2*t1)/(v1*v2*r
t-v2*t1)*100％； (1)
[0050]
式中：v
dr
为空隙衰减率，vv1为初始车辙试件空隙率，vv2为试验后车辙试件空隙率，v1为第一组沥青混合料试件的体积，v2为第二组沥青混合料试件的体积，r
t
为车辙试件最大理论密度，通过规范t0705计算法可得；
[0051]
步骤7：根据所得参数，按照式(2)计算动稳定度衰减率：
[0052]ddr
＝(d
2-d1)/d2*100％； (2)
[0053]
式中：d
dr
为动稳定度衰减率，d1为堵塞状态下50℃浸水动稳定度，d2为空气浴下60℃动稳定度；
[0054]
动稳定度衰减率越大，则表示堵塞状态下排水沥青路面的抗湿热性能越差，一定程度上代表了pac-13排水沥青路面的长期耐久性能力。
[0055]
根据计算法可得最大理论密度为2.717g/cm3，同时根据空隙衰减率公式(1)和动稳定度衰减率公式(2)进行计算，计算结果如下表4和表5所示。其中，为了保证试验的误差
性，重复性空隙衰减率的允许误差为平均值的20％，否则重新进行试验；以v
dr
和d
dr
的计算结果作为评判堵塞状态下排水沥青路面抗湿热性能的指标，评价湿热地区排水沥青路面长期运营的耐久性。
[0056]
表4空隙衰减率试验结果
[0057][0058]
表5动稳定度衰减率试验结果
[0059][0060]
步骤8：根据空隙衰减率v
dr
和动稳定度衰减率d
dr
进行耐久性评价，当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
处于[0～20％]区间，动稳定度衰减率d
dr
处于[0～35％]区间时，耐久性优秀；当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
处于[0～20％]区间，动稳定度衰减率d
dr
处于[35％～50％]区间时，耐久性良好；当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
处于[0～20％]区间，动稳定度衰减率d
dr
处于[50％～100％]区间时，耐久性较差；或当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
＞20％时，动稳定度衰减率d
dr
处于[0％～50％]区间时，耐久性良好；当排水沥青混合料空隙衰减率v
dr
＞20％时，动稳定度衰减率d
dr
处于[50％～100％]区间时，耐久性较差。
[0061]
根据表4结果可得，2种改性沥青混合料堵塞试验后的空隙率重复性允许误差均满足平均值的20％，故以上试验有效。由表5可得，常规车辙试验条件下的sbs改性沥青制备的pac-13沥青混合料动稳定度＞橡胶改性沥青制备的pac-13沥青混合料动稳定度，说明正常条件下sbs改性沥青制备的pac-13沥青混合料抗高温性能更强，但在湿热地区中，修筑的排水沥青路面在运营一段时间后，pac-13表面的空隙开始准备出现堵塞的情况，特别在夏季高温遇到暴雨期间，排水沥青路面处于最不利的服役阶段，极易发生破坏。而本试验则可较好地模拟此种情况，更好地反应排水沥青路面的耐久性，由表5可得，sbs-pac-13的动稳定度衰减率43.8％＞rma-pac-13的动稳定度衰减率33.0％。这说明sbs改性沥青制备的pac-13沥青混合料初始抗高温性能更强，但在实际服役过程中的耐久性比橡胶改性沥青制备的pac-13沥青混合料差，sbs改性沥青制备的pac-13沥青混合料耐久性评价为优秀；橡胶改性沥青制备的pac-13沥青混合料耐久性评价为良好。