基于單軸貫入試驗確定瀝青路面封層材料影響深度的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于瀝青路面預防性養(yǎng)護技術領域。具體涉及采用無側限單軸貫入試驗確定用于瀝青路面預防性養(yǎng)護的封層材料影響深度的方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國公路建設的快速發(fā)展，干線公路的建設基本完成，公路交通基礎設施正在從以建設為主的階段向以養(yǎng)護維修管理為主的階段過渡。近年來，以表面處治為主的預防性養(yǎng)護措施被廣泛地應用于各等級公路的瀝青路面，對于改善路面功能，延長瀝青路面使用壽命起到了積極的作用。然而，這些以表面處治為主的預防性養(yǎng)護措施對舊瀝青路面的材料性能恢復和改善的程度，以及影響的范圍有多大，至今還沒有確切的答案，人們還只能通過經驗來判斷。這對于正確評價養(yǎng)護措施選擇的適宜性，預防性養(yǎng)護的效果，預防性養(yǎng)護技術的改進和優(yōu)化都是不利的。本發(fā)明提出的方法有效解決了這一問題，為路面預防性養(yǎng)護選擇適宜的封層形式，材料用量的設計以及封層效果的評價提供了理論依據和方法。為路面的科學管理，降低路面的壽命周期養(yǎng)護費用，提高路面使用性能，延長路面的使用壽命奠定了良好的基礎。本方法可用于各等級公路和城市道路瀝青路面預防性養(yǎng)護效果評價，具有顯著的技術、經濟、社會和環(huán)境效益。
【發(fā)明內容】
[0003]針對上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于單軸貫入試驗確定瀝青路面封層材料影響深度的方法，為路面預防性養(yǎng)護養(yǎng)護適宜封層形式的選擇，材料用量的設計以及封層效果的評價提供了理論依據。
[0004]本發(fā)明采用如下技術方案來實現:
基于單軸貫入試驗確定瀝青路面封層材料影響深度的方法，包括步驟:
(1)準備試件，按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程對瀝青路面進行鉆芯抽樣，并切割成相同的厚度馬歇爾試件，至少準備兩組試件，一組實施封層，另一組未實施封層，每組不少于三個試件；
或者，
在室內制備瀝青混合料馬歇爾試件，共準備四組試件，一組未實施封層，另三組實施封層，每組封層涂抹量不同，每組至少準備三個試件；
(2)預設恒溫箱溫度，并將試件放置恒溫箱中保溫至恒溫；
(3)將試件從恒溫箱中取出，使用安裝有單軸貫入壓頭的萬能材料試驗機以一定的加荷速度快速對試件實施無側限單軸貫入試驗，壓至試件破壞或達到一定的貫入深度；
(4)按照與加荷速度相適應的數據采集時間間隔采集實時試驗數據，包括貫入載荷、貫入深度；
(5)根據每組試件的平均值繪制出涂抹封層的試件荷載-貫入深度曲線以及未涂抹封層試件的荷載-貫入深度曲線，根據每組實施封層的試件的荷載-貫入深度曲線與未實施封層試件的荷載-貫入深度曲線的交點得出各涂抹量不同的封層的影響深度。
[0005]進一步地，所述恒溫箱的預設溫度為25±0.5°C。
[0006]進一步地，所述萬能材料試驗機為10t萬能材料試驗機。
[0007]進一步地，步驟(3)中所述的加荷速度為2mm/s-4mm/s，可根據不同需求確定。
[0008]進一步地，步驟(4)中，所述數據的采集時間間隔為0.01s或0.02s，根據需求的數據量確定，以保證可以記錄完整的試驗過程。
[0009]進一步地，所述單軸貫入壓頭的直徑為28mm。
[0010]相比現有技術，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明有效解決了以往對瀝青路面實施預防性養(yǎng)護后無法判斷或評價封層材料的影響深度范圍，因此無法評價養(yǎng)護效果的問題，為路面預防性養(yǎng)護養(yǎng)護適宜封層形式的選擇，材料用量的設計以及封層效果的評價提供了理論依據，為路面的科學管理，降低路面的壽命周期養(yǎng)護費用，提高路面使用性能，延長路面的使用壽命奠定了良好的基礎。本方法可用于各等級公路和城市道路瀝青路面預防性養(yǎng)護效果評價，具有顯著的技術、經濟、社會和環(huán)境效益。
【附圖說明】
[0011]圖1為虛擬單軸貫入試驗荷載-貫入深度曲線。
[0012]圖2為試件實施無側限單軸貫入試驗示意圖。
[0013]圖3為實施例一的各試件單軸貫入試驗荷載-貫入深度曲線。
[0014]圖4為實施例一的封層涂抹量與貫入深度的關系圖。
[0015]圖中所示為:1-單軸貫入壓頭；2_試件。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0017]實施例一
基于單軸貫入試驗確定瀝青路面封層材料影響深度的方法，包括步驟:
(1)準備試件2，在室內制備瀝青混合料馬歇爾試件，共準備四組試件2，一組未實施封層，另三組實施封層，每組封層涂抹量不同，每組至少準備三個試件2 ;
(2)預設恒溫箱溫度為25°C，并將試件2放置恒溫箱中保溫至恒溫；
(3)將試件2從恒溫箱中取出，使用安裝有直徑為28mm的單軸貫入壓頭1的10t萬能材料試驗機以3mm/s的加荷速度快速對試件實施無側限單軸貫入試驗，壓至試件2破壞或達到10mm的貫入深度，單軸貫入壓頭1的直徑小于試件直徑的三分之一；(如圖2所示)；
(4)按照0.02s的時間間隔采集實時試驗數據，包括貫入載荷、貫入深度，如圖3所示，從圖中可以看出，貫入強度的峰值所對應的貫入深度隨封層涂抹量的增加而增加，這在一定程度上反映了封層滲透量和滲透深度對貫入強度的影響；
(5)根據每組試件2的平均值繪制出涂抹封層的試件荷載-貫入深度曲線以及未涂抹封層試件的荷載-貫入深度曲線，根據每組實施封層的試件2的荷載-貫入深度曲線與未實施封層試件2的荷載-貫入深度曲線的交點得出各涂抹量不同的封層的影響深度，如圖4所示，如果將涂抹封層的試件2荷載-貫入深度曲線與未涂抹封層試件2的荷載-貫入深度曲線的交點對應的貫入深度定義為封層的影響范圍或名義滲透深度，則封層的滲透深度(即影響深度)與封層的涂抹量呈線性關系，這個關系在某種意義上與達西定律是一致的。
[0018]實施例二
本實施例與實施例一的區(qū)別在于:試件2是按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E2011)對瀝青路面進行鉆芯抽樣，并切割成相同的厚度馬歇爾試件，至少準備兩組試件2，一組實施封層，另一組未實施封層，每組不少于三個試件2。
[0019]上述實施例的原理如下:
利用離散元軟件顆粒流Particle Flow Code (PFC)建立模型，PFC軟件采用離散元方法建模，一般將外形復雜的集料顆粒簡化為理想的球形體進行分析，通過設置摩擦系數、接觸特性等細觀參數對集料的細觀接觸特性進行模擬，以使生成的虛擬試件性能接近真實的試件。作為概念化或機理的研究，本發(fā)明生成的單一粒徑通用模型包括表面未施加封層的情況和表面施加封層的情況，表面施加封層的情況通過改變模型上層結構一定范圍內顆粒的剛度來實現。分別對兩個模型進行虛擬單軸貫入加載試驗，即通過編寫PFC代碼，在虛擬試件的表面新建一段墻作為貫入頭，再賦予貫入頭一個初始速度，然后使貫入頭緩慢向下移動，直到試件破壞。
[0020]軟件可以記錄虛擬試件貫入試驗全過程的應力-變形數據，導出應力-變形數據，并將應力換算成荷載，即可以得到單軸虛擬貫入試驗的荷載-貫入深度曲線，如圖1所示。
[0021]通過模擬試驗可以發(fā)現:(1)實施虛擬封層后，試件的承載能力得到一定提高，與實際路面實施封層后的狀況是一致的；(2)實施封層試件的荷載-貫入深度曲線與未實施封層試件的荷載-貫入深度曲線會相交，且在交點后重合。這一現象說明，表面封層具有一定的影響深度，當貫入頭通過這一深度后，材料的力學性質會恢復到未實施封層的材料狀況。從圖1可以看出，交點對應的貫入深度與虛擬封層的厚度基本一致。本發(fā)明將這個貫入深度定義為封層材料的影響深度或名義滲透深度。
[0022]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.基于單軸貫入試驗確定瀝青路面封層材料影響深度的方法，其特征在于，包括步驟: (1)準備試件，按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程對瀝青路面進行鉆芯抽樣，并切割成相同的厚度馬歇爾試件，至少準備兩組試件，一組實施封層，另一組未實施封層，每組不少于三個試件； 或者， 在室內制備瀝青混合料馬歇爾試件，共準備四組試件，一組未實施封層，另三組實施封層，每組封層涂抹量不同，每組至少準備三個試件； (2)預設恒溫箱溫度，并將試件放置恒溫箱中保溫至恒溫； (3)將試件從恒溫箱中取出，使用安裝有單軸貫入壓頭的萬能材料試驗機以一定的加荷速度快速對試件實施無側限單軸貫入試驗，壓至試件破壞或達到一定的貫入深度； (4)按照與加荷速度相適應的數據采集時間間隔采集實時試驗數據，包括貫入載荷、貫入深度； (5)根據每組試件的平均值繪制出涂抹封層的試件荷載-貫入深度曲線以及未涂抹封層試件的荷載-貫入深度曲線，根據每組實施封層的試件的荷載-貫入深度曲線與未實施封層試件的荷載-貫入深度曲線的交點得出各涂抹量不同的封層的影響深度。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述恒溫箱的預設溫度為25±0.5°C。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述萬能材料試驗機為10t萬能材料試驗機。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中所述的加荷速度為2mm/s~4mm/s。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟⑷中，所述數據的采集時間間隔為0.01s 或 0.02s。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述單軸貫入壓頭的直徑為28mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單軸貫入試驗確定瀝青路面封層材料影響深度的方法，包括步驟：（1）準備試件，對瀝青路面進行鉆芯制取或室內制備；（2）將試件放置恒溫箱中保溫至恒溫；（3）將試件從恒溫箱中取出后對試件實施無側限單軸貫入試驗，壓至試件破壞或貫入一定深度；（4）實時采集貫入載荷、貫入深度；（5）根據各實施封層的試件的荷載-貫入深度曲線與未實施封層試件的荷載-貫入深度曲線的交點得出各涂抹量不同封層的影響深度。本發(fā)明為路面預防性養(yǎng)護適宜封層形式的選擇，材料用量、封層效果的評價提供了理論依據，為降低路面壽命周期養(yǎng)護費用，提高路面使用性能，延長路面使用壽命奠定了基礎，具有顯著的技術、經濟、社會和環(huán)境效益。
【IPC分類】G01N3/08, G01N3/42
【公開號】CN105352795
【申請?zhí)枴緾N201510697975
【發(fā)明人】王端宜, 梁何浩, 徐馳
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月21日