第1个回答 2021-03-09
沥青路面低温缩裂不仅在寒冷地区而且在温暖地带也是十分普遍，是目前世界上尚未完全解决的一种道路病害，它的产生不仅破坏了路面的连续性和整体性，也影响路面的美观，而且往往使路况进一步恶化，在车辆荷载和水的共同作用下加剧裂缝的发展和扩大，以至形成大面积的龟裂和网裂，严重地危及道路的使用质量和寿命。
季节性冰冻地区的沥青面层，由于低温收缩受到约束而引起的横向开裂，是沥青和沥青混合料的变形性质与环境温度的变化(低温和降温速率)不相适应所产生的。在给定的环境温度条件下，对沥青面层低温缩裂的出现及其开裂密度(开裂量)的控制，主要依赖于选用与环境温度相适应的沥青和沥青混合料，沥青路面的结构特性(沥青面层厚度、龄期和路基类型)仅影响沥青面层低温缩裂的开裂量。
沥青的低温性能是影响沥青面层低温缩裂的关键因素，而沥青混合料的低温性能对沥青面层的低温缩裂有很大程度的影响。评价沥青混合料低温性能的主要指标为低温蠕变劲度(蠕变柔度)、低温抗拉强度和温度收缩系数。由这三项参数可以计算分析沥青混合料的临界开裂温度，并与当地的路面最低温度比较后判断该沥青混合料的性能能否满足要求。
目前，在新版《公路沥青路面设计规范》(jtgd50-2017)中，明确规定了在路面设计阶段要低温性能的验算，其最重要的参数是采用沥青的低温蠕变劲度模量，而在已铺筑完成的路面中，在对沥青路面低温性能进行验证时，由于测试表面层沥青胶结料的低温弯曲劲度模量要对路面表面层进行钻芯取样，并对沥青进行抽提、蒸馏后才能进行沥青胶结料试验，操作流程较为繁琐，且抽提后的沥青中会残留部分三氯乙烯，该种方法对于铺筑后路面的适用性较差，影响了试验结果的准确性。鉴于此，提出了沥青胶结料低温性能与沥青混合料低温性能关系确定方法。
技术实现要素：
本发明的目的是建立一种现场取芯芯样的路面低温抗裂性能验证方法，建立沥青低温性能与沥青混合料低温性能的关系，从而采用沥青混合料试件的低温性能来评价沥青胶结料的低温性能，解决测试表面层沥青胶结料的低温弯曲劲度模量对于铺筑后路面的适用性较差的情况，实现沥青路面低温性能验收方法的简便化、准确化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
沥青胶结料低温性能与沥青混合料低温性能关系确定方法，包括以下步骤：
步骤1，采用弯曲梁流变仪进行沥青胶结料低温性能试验，将沥青胶结料制作成沥青梁，通过弯曲梁流变仪对沥青梁施加恒定荷载，并通过计算机采集系统控制并记录整个试验过程中沥青梁的试验荷载及跨中挠度随时间的变化情况；应用弹性梁体理论，计算出沥青梁的蠕变劲度模量(s)和蠕变速率(m)，其中，蠕变劲度模量是在一定的温度和时间下，应力与应变的比值；蠕变速率是劲度对数和时间对数曲线上任一时间的斜率；
步骤2，对沥青梁在不同的测试温度条件下进行低温弯曲梁流变试验；试验应满足：60s的蠕变劲度模量不得超过300mpa，蠕变速率值应大于或等于0.3；计算不同的测试温度下沥青胶结料的蠕变劲度模量以及蠕变速率；
步骤3，采用材料试验系统对沥青混合料进行低温间接拉伸蠕变试验，采用旋转压实成型法制作旋转压实成型试件；
步骤4，将步骤3旋转压实成型后的试件选取中间较为均匀的部分，通过双面锯沿径向切割两段，选取中间较为均匀的部分作为代表性试件；先采用定位规准板在试件的两个端面上分别粘结四个传感器支撑柱，然后在两个横向的传感器支撑柱上安装横向针式电磁位移传感器；在两个竖向传感器支撑柱上安装竖向针式电磁位移传感器，竖向针式电磁位移传感器和横向针式电磁位移传感器十字交叉设置，且不能接触，用于测定两个方向的位移变化；
步骤5，根据试验的代表性试件的高度和直径尺寸，选用间接拉伸试验压条，将装配后的代表性试件放在材料试验系统的夹具中央并夹紧，然后将压条安装在装配后的代表性试件的上表面处，竖向针式电磁位移传感器与材料试验系统的加载杆处于同一平面内，首先测定间接拉伸极限强度，然后根据该极限强度确定蠕变试验所施加的静态荷载，静态荷载值的大小要满足水平应变在一定值以下，确保沥青混合料的力学行为在线性粘弹范围内，若100s时刻的水平横向应变超过500με，则立即停止试验，试件静置一段时间后，再次试验，直到静态荷载值的大小满足水平应变在一定值以下，然后进行下一步；
步骤6，在步骤5试验准备就绪后，首先通过材料试验系统给代表性试件施加静态荷载；其次设定试件的加载时间；最后设定试验温度，本步骤中的低温性能试验的温度区间与步骤2中沥青梁的低温性能试验的温度区间相同，最后分别通过横向针式电磁传感器和竖向针式电磁传感器测定不同温度下试件端面中心周围产生水平方向和竖直方向的应变值，进而通过公式(1)、(2)和(3)计算得到沥青混合料的蠕变柔量d(t)，通过公式(4)计算得到沥青混合料的泊松比v；
其中：d(t)为t时刻的蠕变柔量(kpa)；bgva、davg和pavg为若干组平行试验试件的平均厚度(mm)、直径(mm)和蠕变荷载值(n)；δxtm,t为水平变形的修剪均值(mm)；x为t时刻的水平方向的应变值(mm)；y为t时刻的竖直方向的应变值(mm)；ccmpl为中间变量；
通过若干组平衡试验得出的t时刻的水平位移和竖直位移，分别计算出ccmpl的值，然后求出中间变量的平均值c，将其带入公式(3)中求出蠕变柔量d(t)的值；若ccmpl的值不满足公式(2)，将此组试验数据舍弃；
步骤7，将步骤2得到沥青胶结料的蠕变劲度模量与步骤6得到的沥青混合料的蠕变柔量进行对比分析，得到沥青胶结料的蠕变劲度模量与沥青混合料的蠕变柔量的关系式。
步骤2的低温性能试验的温度区间的左端点为路面最低设计温度加10℃；右端点依据温度组数和相邻温度间隔人为选择。
步骤2所述的不同温度的组数为6～10组，不同温度的选择为等间距或非等间距。
步骤4每个试件的高度控制在40～42mm。
步骤6所述的静态荷载的选择，需要保证在100s内水平应变在33～500με之间，在1000s内水平应变在250～750με之间；同时计算得到的泊松比在0.05～0.5范围内，数据为有效。
步骤6所述的试件加载时间为100～300s。
本发明的有益效果为：
本发明在建立了沥青胶结料低温性能与沥青混合料低温性能的对应关系后，即可利用现场取芯芯样进行沥青混合料低温性能测试，通过沥青混合料的低温性能来反应沥青胶结料的低温性能，在工程领域为沥青路面低温抗裂性能验收工作提供了一种有效方法。本操作方法对于路面芯样具有较好的适用性，简化了试验过程，大大降低了试验费用，具有广泛的应用空间和极大的应用潜力。
本专利对沥青混合料的低温测试方法和指标进行研究，以期建立沥青胶结料低温性能与沥青混合料低温性能的关系，实现沥青路面低温性能验收方法的简便化、准确化。
附图说明
图1为沥青混合料试件传感器安装示意图；
图2为实施例1的沥青胶结料与沥青混合料低温性能关系；
图3为实施例2的沥青胶结料与沥青混合料低温性能关系。
1-传感器支撑柱，2-横向针式电磁传感器，3-竖向针式电磁传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
沥青胶结料低温性能与沥青混合料低温性能关系确定方法，包括以下步骤：
步骤1，采用弯曲梁流变仪进行沥青胶结料低温性能试验，对建设工程现场加工铁本路面4标sbs改性沥青进行试验，通过弯曲梁流变仪对沥青梁施加恒定荷载，并通过计算机采集系统记录整个240s的试验过程中沥青梁的试验荷载及跨中挠度随时间的变化情况；
步骤2，对沥青梁在不同的测试温度条件下进行低温弯曲梁流变试验，低温性能试验的温度区间为-18℃到-12℃，每间隔1℃进行试验，试验温度为-18℃、-17℃、-16℃、-15℃、-14℃、-13℃和-12℃，共7组，计算不同的测试温度下sbs改性沥青的蠕变劲度模量(s)和蠕变速率(m)；
步骤3，利用utm-100材料试验系统对沥青混合料进行低温间接拉伸蠕变试验，先通过铁本路面4标sbs改性沥青现场旋转压实成型三个sma-13试件，试件直径和高度为150mm；
步骤4，将步骤3旋转压实成型后的sma-13试件，通过双面锯切割加工，留取中间较为均匀的部分，并将试件沿径向分切成两段，选取中间较为均匀的部分作为代表性试件，得到高度为40mm的代表性试件；先采用定位规准板在代表性试件的两个端面上分别粘结四个传感器支撑柱1，且相邻两个传感器支撑柱1呈90度设置；然后在两个横向的传感器支撑柱1上安装横向针式电磁位移传感器2；在两个竖向传感器支撑柱1上安装竖向针式电磁位移传感器3，竖向针式电磁位移传感器3和横向针式电磁位移传感器2十字交叉设置，且不能接触，用于测定两个方向的位移变化，如图1所示；
步骤5，根据代表性试件的高度40mm和直径150mm选取间接拉伸试验压条，将装配后的代表性试件放在材料试验系统的夹具中央并夹紧，然后将压条安装在装配后的代表性试件的上表面处，竖向针式电磁位移传感器3与材料试验系统的加载杆处于同一平面内，测定间接拉伸极限强度，并根据该极限强度确定本次蠕变试验所施加的荷载大小为20n；
步骤6，在步骤5试验准备就绪后，通过材料试验系统给代表性试件施加20n的静态荷载，首先进行沥青混合料蠕变试验，试验加载时间为300s，蠕变柔量的计算选用加载时间的一半数值，为150s；设定时间的试验温度，本步骤中的低温性能试验的温度区间与步骤2中的沥青梁的低温性能试验的温度区间相同，均是在-18℃到-12℃的条件下，每间隔1℃进行一次试验，试验温度为-18℃、-17℃、-16℃、-15℃、-14℃、-13℃和-12℃，共7组；通过横向针式电磁传感器和竖向针式电磁传感器测定分别不同试验温度下的试件端面中心周围产生水平方向和竖直方向的应变值，进而通过公式(1)、(2)和(3)计算得到沥青混合料的蠕变柔量d(t)，通过公式(4)计算得到沥青混合料的泊松比v；
其中：x为t时刻的水平方向的应变值；y为t时刻的竖直方向的应变值；ccmpl为中间变量；d(t)为t时刻的蠕变柔量(kpa)；gbva、davg和pavg为三组平行试验试件的平均厚度(mm)、直径(mm)和蠕变荷载值(n)；δxtm,t为水平变形的修剪均值(mm)；x为t时刻的水平方向的应变值(mm)；y为t时刻的竖直方向的应变值(mm)；c为三组符合公式(2)的中间变量的均值；
通过三组平衡试验得出的t时刻的水平位移和竖直位移，分别计算出ccmpl的值，本实施里中三组ccmpl的值均满足公式(2)，然后求出三个ccmpl的平均值c，将其带入公式(3)中求出蠕变柔量d(t)的值；然后通过公式(4)计算出泊松比；
步骤7，为通过沥青混合料的低温性能来反应沥青胶结料的低温性能，将步骤2得到沥青胶结料的蠕变劲度模量与步骤6得到的沥青混合料的蠕变柔量进行对比分析，将沥青胶结料的蠕变劲度模量作为横坐标，沥青混合料的蠕变柔量作为纵坐标，得到关系图如图2所示，沥青胶结料的蠕变劲度模量与沥青混