复杂荷载环境下路面层间粘结耐久性能评价方法及系统

本发明涉及道路工程，特别涉及一种复杂荷载环境下路面层间粘结耐久性能评价方法及系统。

背景技术：

1、路面层间粘结的耐久性能会显著影响路面的使用寿命，在车辆的反复荷载作用下路面层间容易产生剪切破坏，丧失粘结效果，使路面产生滑移开裂、脱皮、推移拥包等病害。而在多雨地区，降水渗透到路面结构层内部，冲刷层间粘结的薄弱位置，会加快层间粘结性能的衰减和路面病害的发展。因此路面不同的材料结构层之间进行合适的防水粘结处理，保证层间粘结的耐久性能是施工的关键技术环节，其中包括沥青面层之间的粘结，以及水泥混凝土板和沥青层间粘结的耐久性能都至关重要。

2、目前常用于评价路面层间粘结性能的方法主要有直接剪切试验、斜向剪切试验、扭转剪切试验和直接拉伸试验等。

3、以leutner剪切仪和lisst剪切仪为代表的直接剪切试验，通过竖向加载杆在层间施加恒定剪切位移速率，测试层间抗剪强度，在直剪试验中层间的滑移方向与加载杆移动方向平行，张锋等人为研究水泥混凝土防水粘结层的粘结性能，制备了复合试件进行直接剪切试验，结果表明随着防水粘结层用量的增大，剪切强度呈先增大后减小的趋势。直接剪切试验原理简单，实施方便，但与路面层间实际的受力状态不符，无法揭示层间的破坏机理。

4、斜向剪切试验又称斜剪试验，试验中层间的滑移方向与加载杆移动方向存在一定的夹角，使试件层间既受到切向的剪应力，也受到法向的压应力，季节等人通过斜剪试验评价了不同温度、剪切速率和粘结材料对防水粘结层材料强度的影响规律，确定了试验的最佳剪切速率与水泥混凝土的表面处理方式。斜剪试验可以更好地模拟行车荷载对路面层间的剪切破坏以及评价层间的粘结性能，但已有的斜剪试验大部分是单次加载破坏的强度试验，不能反应水泥层与沥青层界面在车辆重复荷载作用下层间粘结性能的衰减过程，少数斜剪试验涉及到的重复加载也是采用的连续加载模式，没有考虑到路面在服役时，车辆荷载是间歇施加的，间歇期间粘结层的损伤会在一定程度上得以恢复，因此室内的斜剪疲劳试验的加载还需要考虑荷载的间歇，才能真实准确地测试层间的粘结性能。

5、扭转剪切试验将试件固定在仪器底座上，试件顶部粘接钢板并连接扳手，对试件施加扭矩直至层间产生破坏，计算相应的扭转剪应力，可以用于评价薄层罩面的施工质量；ltcqt拉拔试验可以测试粘层油的粘结效果，将仪器拉拔头直接固定在完成施工的粘结层上，以0.2mm/s匀速升起以测试拉拔粘结强度。但扭转剪切试验与直接拉伸试验也与路面层间实际受力状态不符，不能准确评价层间粘结性能。

6、总的来说，已有的评价路面层间粘结性能的试验方法大多不能体现层间真实的受力状态，与实际的层间粘结破坏机理不符，且不能准确模拟在间歇的车辆荷载作用下，以及水对层间粘结性能的影响，对于层间粘结疲劳破坏的判断标准也不明确，缺少能准确评价真实服役环境下路面层间粘结耐久性能的方法，因此，有必要开发能评价复杂荷载环境下路面层间粘结耐久性能的方法及系统，为路面层间的处理与施工起到准确的指导作用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复杂荷载环境下路面层间粘结耐久性能评价方法及系统，以解决现有测试层间粘结性能的方法中存在的与路面层间实际受力状态不符、无法评价实际间歇车辆荷载与水的作用下路面层间粘结的耐久性等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种复杂荷载环境下路面层间粘结耐久性能评价方法，包括：

4、对双层车辙板进行切割制备试件；所述双层车辙板包括水泥混凝土和沥青混合料，或者所述双层车辙板包括两层沥青混合料；

5、将所述试件分为冻融组试件和未冻融组试件；所述冻融组试件为进行不同周期的冻融循环处理后的试件，所述未冻融组试件为置于常温下的试件；

6、分别对所述冻融组试件和所述未冻融组试件进行层间粘结耐久性能试验，得到加载过程中的最大荷载；

7、根据所述最大荷载确定重复荷载的峰值，分别对所述冻融组试件和所述未冻融组试件进行层间粘结疲劳试验，得到位移变化曲线；

8、根据所述位移变化曲线确定所述冻融组试件和所述未冻融组试件的层间疲劳寿命；

9、根据所述冻融组试件的层间疲劳寿命与所述未冻融组试件的层间疲劳寿命的比值评价所述试件的层间粘结耐久性能。

10、可选地，对双层车辙板进行切割制备试件，具体包括：

11、在沥青混合料车辙板模具中碾压成型沥青混合料板或浇筑水泥混凝土板；

12、将成型好的浇筑水泥混凝土板或成型沥青混合料板放入沥青混合料车辙板模具中，在浇筑水泥混凝土板或成型沥青混合料板的表面喷洒粘层材料，倒入拌合好的热沥青混合料，使用车辙板自动成型仪碾压成型双层车辙板，在室温下养护48h后脱模，对成型的双层车辙板进行切割，得到试件。

13、可选地，冻融循环处理具体包括：

14、将试件浸没于25℃水中，并在3.4～4.0kpa的负压条件下持续振动15min后恢复常压，在水中继续放置30min，再将试件放入塑料袋中密封并装入10ml水，在-16～-20℃条件下冷冻16h，再放入60℃热水中浸泡24h，此为一个周期的冻融循环。

15、可选地，分别对所述冻融组试件和所述未冻融组试件进行层间粘结耐久性能试验，得到加载过程中的最大荷载，具体包括：

16、将所述冻融组试件和所述未冻融试件同时放入25℃水中保温2h；

17、将夹具安装压力机中，分别将所述冻融组试件和所述未冻融试件放入夹具中固定；所述装压力机上装有力传感器和位移传感器；

18、启动压力机，控制加载杆以20mm/min的速率进行加载，使得所述冻融组试件和所述未冻融试件的层间位置逐渐错开，直至所述冻融组试件和所述未冻融试件破坏，记录加载过程中的最大荷载。

19、可选地，根据所述最大荷载确定重复荷载的峰值，分别对所述冻融组试件和所述未冻融组试件进行层间粘结疲劳试验，得到位移变化曲线，具体包括：

20、通过带荷载间歇的控制应力加载模式进行层间粘结疲劳试验，重复荷载采用半正弦波，设置荷载峰值为最大荷载的0.1～0.8倍，加载频率为10hz，每完成一个周期的加载后，设置荷载间歇，再重复进行下一个周期的加载，记录得到加载过程中位移变化曲线。

21、可选地，根据所述位移变化曲线确定所述冻融组试件和所述未冻融组试件的层间疲劳寿命，具体包括：

22、通过拟合函数拟合所述位移变化曲线，拟合的位移曲线将逐渐偏离所述拟合函数，当偏移量达到10％时，定义此时所述试件发生粘结疲劳破坏，对应的加载次数为所述试件的层间疲劳寿命。

23、本发明还提供了一种复杂荷载环境下路面层间粘结耐久性能评价系统，包括：

24、试件制备模块，用于对双层车辙板进行切割制备试件；所述双层车辙板包括水泥混凝土和沥青混合料，或者所述双层车辙板包括两层沥青混合料；

25、分组模块，用于将所述试件分为冻融组试件和未冻融组试件；所述冻融组试件为进行不同周期的冻融循环处理后的试件，所述未冻融组试件为置于常温下的试件；

26、层间粘结耐久性能试验模块，用于分别对所述冻融组试件和所述未冻融组试件进行层间粘结耐久性能试验，得到加载过程中的最大荷载；

27、层间粘结疲劳试验模块，用于根据所述最大荷载确定重复荷载的峰值，分别对所述冻融组试件和所述未冻融组试件进行层间粘结疲劳试验，得到位移变化曲线；

28、层间疲劳寿命确定模块，用于根据所述位移变化曲线确定所述冻融组试件和所述未冻融组试件的层间疲劳寿命；

29、层间粘结耐久性能评价模块，用于根据所述冻融组试件的层间疲劳寿命与所述未冻融组试件的层间疲劳寿命的比值评价所述试件的层间粘结耐久性能。

30、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

31、(1)本发明对试件施加带间歇的重复荷载，以评价路面各类材料结构层组合的层间粘结耐久性能，包括水泥混凝土+沥青混合料或沥青混合料+沥青混合料的层间粘结耐久性能，试件层间既受到切向应力也受到法向应力，准确模拟了路面层间在间歇性车辆荷载作用下的受力模式。

32、(2)本发明对试件进行不同次数的冻融循环处理，能真实反应路面层间在实际服役环境中受到水的侵蚀作用导致的层间粘结性能衰退，结合疲劳试验，可以准确评价路面层间粘结的耐久性能。

33、(3)本发明提出了明确统一的层间粘结疲劳破坏标准及层间疲劳寿命确定方法，使得经过不同冻融循环次数试件的层间粘结耐久性能可以进行有效直观的比较与评价。