基于单轴贯入试验确定沥青路面封层材料影响深度的方法

摘要

本发明公开了一种基于单轴贯入试验确定沥青路面封层材料影响深度的方法，包括步骤：（1）准备试件，对沥青路面进行钻芯制取或室内制备；（2）将试件放置恒温箱中保温至恒温；（3）将试件从恒温箱中取出后对试件实施无侧限单轴贯入试验，压至试件破坏或贯入一定深度；（4）实时采集贯入载荷、贯入深度；（5）根据各实施封层的试件的荷载-贯入深度曲线与未实施封层试件的荷载-贯入深度曲线的交点得出各涂抹量不同封层的影响深度。本发明为路面预防性养护适宜封层形式的选择，材料用量、封层效果的评价提供了理论依据，为降低路面寿命周期养护费用，提高路面使用性能，延长路面使用寿命奠定了基础，具有显著的技术、经济、社会和环境效益。

说明书

技术领域

本发明属于沥青路面预防性养护技术领域。具体涉及采用无侧限单轴贯入试验确定用于沥青路面预防性养护的封层材料影响深度的方法。

背景技术

随着我国公路建设的快速发展，干线公路的建设基本完成，公路交通基础设施正在从以建设为主的阶段向以养护维修管理为主的阶段过渡。近年来，以表面处治为主的预防性养护措施被广泛地应用于各等级公路的沥青路面，对于改善路面功能，延长沥青路面使用寿命起到了积极的作用。然而，这些以表面处治为主的预防性养护措施对旧沥青路面的材料性能恢复和改善的程度，以及影响的范围有多大，至今还没有确切的答案，人们还只能通过经验来判断。这对于正确评价养护措施选择的适宜性，预防性养护的效果，预防性养护技术的改进和优化都是不利的。本发明提出的方法有效解决了这一问题，为路面预防性养护选择适宜的封层形式，材料用量的设计以及封层效果的评价提供了理论依据和方法。为路面的科学管理，降低路面的寿命周期养护费用，提高路面使用性能，延长路面的使用寿命奠定了良好的基础。本方法可用于各等级公路和城市道路沥青路面预防性养护效果评价，具有显著的技术、经济、社会和环境效益。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于单轴贯入试验确定沥青路面封层材料影响深度的方法，为路面预防性养护养护适宜封层形式的选择，材料用量的设计以及封层效果的评价提供了理论依据。

本发明采用如下技术方案来实现：

基于单轴贯入试验确定沥青路面封层材料影响深度的方法，包括步骤：

（1）准备试件，按公路工程沥青及沥青混合料试验规程对沥青路面进行钻芯抽样，并切割成相同的厚度马歇尔试件，至少准备两组试件，一组实施封层，另一组未实施封层，每组不少于三个试件；

或者，

在室内制备沥青混合料马歇尔试件，共准备四组试件，一组未实施封层，另三组实施封层，每组封层涂抹量不同，每组至少准备三个试件；

（2）预设恒温箱温度，并将试件放置恒温箱中保温至恒温；

（3）将试件从恒温箱中取出，使用安装有单轴贯入压头的万能材料试验机以一定的加荷速度快速对试件实施无侧限单轴贯入试验，压至试件破坏或达到一定的贯入深度；

（4）按照与加荷速度相适应的数据采集时间间隔采集实时试验数据，包括贯入载荷、贯入深度；

（5）根据每组试件的平均值绘制出涂抹封层的试件荷载-贯入深度曲线以及未涂抹封层试件的荷载-贯入深度曲线，根据每组实施封层的试件的荷载-贯入深度曲线与未实施封层试件的荷载-贯入深度曲线的交点得出各涂抹量不同的封层的影响深度。

进一步地，所述恒温箱的预设温度为25±0.5℃。

进一步地，所述万能材料试验机为10t万能材料试验机。

进一步地，步骤(3)中所述的加荷速度为2mm/s-4mm/s，可根据不同需求确定。

进一步地，步骤(4)中，所述数据的采集时间间隔为0.01s或0.02s，根据需求的数据量确定，以保证可以记录完整的试验过程。

进一步地，所述单轴贯入压头的直径为28mm。

相比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明有效解决了以往对沥青路面实施预防性养护后无法判断或评价封层材料的影响深度范围，因此无法评价养护效果的问题，为路面预防性养护养护适宜封层形式的选择，材料用量的设计以及封层效果的评价提供了理论依据，为路面的科学管理，降低路面的寿命周期养护费用，提高路面使用性能，延长路面的使用寿命奠定了良好的基础。本方法可用于各等级公路和城市道路沥青路面预防性养护效果评价，具有显著的技术、经济、社会和环境效益。

附图说明

图1为虚拟单轴贯入试验荷载-贯入深度曲线。

图2为试件实施无侧限单轴贯入试验示意图。

图3为实施例一的各试件单轴贯入试验荷载-贯入深度曲线。

图4为实施例一的封层涂抹量与贯入深度的关系图。

图中所示为：1-单轴贯入压头；2-试件。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

基于单轴贯入试验确定沥青路面封层材料影响深度的方法，包括步骤：

（1）准备试件2，在室内制备沥青混合料马歇尔试件，共准备四组试件2，一组未实施封层，另三组实施封层，每组封层涂抹量不同，每组至少准备三个试件2；

（2）预设恒温箱温度为25℃，并将试件2放置恒温箱中保温至恒温；

（3）将试件2从恒温箱中取出，使用安装有直径为28mm的单轴贯入压头1的10t万能材料试验机以3mm/s的加荷速度快速对试件实施无侧限单轴贯入试验，压至试件2破坏或达到10mm的贯入深度，单轴贯入压头1的直径小于试件直径的三分之一；(如图2所示)；

（4）按照0.02s的时间间隔采集实时试验数据，包括贯入载荷、贯入深度，如图3所示，从图中可以看出，贯入强度的峰值所对应的贯入深度随封层涂抹量的增加而增加，这在一定程度上反映了封层渗透量和渗透深度对贯入强度的影响；

（5）根据每组试件2的平均值绘制出涂抹封层的试件荷载-贯入深度曲线以及未涂抹封层试件的荷载-贯入深度曲线，根据每组实施封层的试件2的荷载-贯入深度曲线与未实施封层试件2的荷载-贯入深度曲线的交点得出各涂抹量不同的封层的影响深度，如图4所示，如果将涂抹封层的试件2荷载-贯入深度曲线与未涂抹封层试件2的荷载-贯入深度曲线的交点对应的贯入深度定义为封层的影响范围或名义渗透深度，则封层的渗透深度(即影响深度)与封层的涂抹量呈线性关系，这个关系在某种意义上与达西定律是一致的。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：试件2是按公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE2011）对沥青路面进行钻芯抽样，并切割成相同的厚度马歇尔试件，至少准备两组试件2，一组实施封层，另一组未实施封层，每组不少于三个试件2。

上述实施例的原理如下：

利用离散元软件颗粒流ParticleFlowCode（PFC）建立模型，PFC软件采用离散元方法建模，一般将外形复杂的集料颗粒简化为理想的球形体进行分析，通过设置摩擦系数、接触特性等细观参数对集料的细观接触特性进行模拟，以使生成的虚拟试件性能接近真实的试件。作为概念化或机理的研究，本发明生成的单一粒径通用模型包括表面未施加封层的情况和表面施加封层的情况，表面施加封层的情况通过改变模型上层结构一定范围内颗粒的刚度来实现。分别对两个模型进行虚拟单轴贯入加载试验，即通过编写PFC代码，在虚拟试件的表面新建一段墙作为贯入头，再赋予贯入头一个初始速度，然后使贯入头缓慢向下移动，直到试件破坏。

软件可以记录虚拟试件贯入试验全过程的应力-变形数据，导出应力-变形数据，并将应力换算成荷载，即可以得到单轴虚拟贯入试验的荷载-贯入深度曲线，如图1所示。

通过模拟试验可以发现:（1）实施虚拟封层后，试件的承载能力得到一定提高，与实际路面实施封层后的状况是一致的；（2）实施封层试件的荷载-贯入深度曲线与未实施封层试件的荷载-贯入深度曲线会相交，且在交点后重合。这一现象说明，表面封层具有一定的影响深度，当贯入头通过这一深度后，材料的力学性质会恢复到未实施封层的材料状况。从图1可以看出，交点对应的贯入深度与虚拟封层的厚度基本一致。本发明将这个贯入深度定义为封层材料的影响深度或名义渗透深度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。