沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法

摘要

本发明公开一种沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法，该方法以路面钻取的两个圆柱体试件为基础，通过切割、粘粘等措施对圆柱体试件进行拼接，并对拼接后试件进行汉堡车辙试验，根据车辙深度与荷载作用次数的关系曲线，评价沥青路面的抗车辙性能。本发明克服了在沥青路面现场挖取车辙板方法的缺陷，便于操作，可以准确的评价车辆荷载下沥青路面抗车辙性能，预测路面车辙发展的规律，对降低路面检测费用和维修成本具有重要的现实意义。

说明书

技术领域

本发明属于沥青路面路用性能测试和评价的应用技术领域，具体涉及一种沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法。

背景技术

车辙是沥青路面主要病害之一，它影响路面的平整度，降低路面的使用品质，如果车辙累积过快，则直接影响路面的使用寿命。为了延长沥青路面的使用寿命，提高路面使用品质，对已建成的沥青路面的抗车辙能力进行合理的评价预估，并采用相应的技术措施进行必要的处置是道路工作者通常采取的技术手段。它一方面可以通过分析获得沥青路面车辙的发展规律，另一方面也可以为道路养护管理部门提供决策依据。基于此，对路面结构内的沥青混合料抗车辙能力进行室内试验评价已经成为衡量路面性能的重要内容之一。

对于沥青路面的抗车辙性能的评价和测试，一股采用两种方法，第一对室内的新拌沥青混合料进行老化处理以模拟路面实际条件下材料的老化过程，并进行重复荷载下的永久变形试验，以此反映沥青路面抗车辙性能的好坏；第二，在已经建成通车的沥青路面实体结构上获得沥青混合料试样，运用室内试验，评价沥青路面的抗车辙性能。其中，第二种方法由于试样直接从路面结构中获取，其试验结果的针对性更强，也是道路工作者在路面抗车辙性能评价时普遍采用的研究方法。

目前，直接从路面结构中获取沥青混合料试验进行室内车辙试验的评价方法，具体操作过程为：首先对路面结构内沥青混合料取样，样品一股为较大尺寸的方形试板；然后，把路面取得的方形试板，搬运至实验室内，经切割后得到沥青混合料小梁试件；最后，对小梁试验进行车辙试验，获得沥青混合料的动稳定度，进行抗车辙性能的评价。但是，随着人们研究的不断深入，上述传统测试方法的弊端也逐渐显现，主要表现在：较大尺寸的沥青混合料试板一股都是在气温较低的条件下，运用包括铲车等道路施工的大型机械获得，试板内混合料结构在获取和运输的过程中一股都受到不同程度的挠动，使得在试板内切割得到小梁试件的抗车辙性能不能真实的反映沥青路面真实的路用性能。因此，如何最大限度的保持试板或者芯样的完整性，使得测试的试件尽可能保留沥青路面原有混合料的结构特征，真实的反映沥青路面材料的抗车辙性能是道路工作者亟待解决的技术问题之一。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法。

技术方案：本发明所述的沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法是对沥青路面结构钻 取圆柱体芯样，并对圆柱体芯样进行室内拼接，采用汉堡车辙试验仪进行拼接试件的抗车辙性能评价。

该测试方法包括如下步骤：

1)采用钻孔取芯机在路面结构上相邻位置钻取直径为20cm、高度为12cm的两个沥青混合料圆柱体试件；

2)对每个圆柱体试件的进行两次切割操作，分别是：在高度方向上把试件切割成高度为10cm的圆柱体试件，保证试件的顶面与底面平整；在直径方向上，切除高度为5.5cm的球冠部分；

3)把切割得到的试件剩余部分晾干后，在方形截面上均匀的涂抹石膏，并把两试件相互粘贴拼接，得到长度为29cm、厚度为10cm的拼接试件；

4)把拼接后的试件放入汉堡车辙仪内保温4h以上，并设置荷载大小，进行汉堡车辙试验，获得试件车辙深度与荷载作用次数关系的蠕变曲线，并分别对永久变形量ε_p与荷载作用次数N的幂函数模型ε_p＝aN^b和史蒂芬普斯模型ε_p＝D₀+D₁N-D₂e^-λN内的计算参数a，b，D₀，D₁，D₂和λ进行拟合，由b和D₁定量描述路面的抗车辙性能。其中，a、b是依赖材料与试验条件的参数，a表示荷载作用一次时的混合料永久变形，b为双对数坐标下混合料的永久应变率，D₀是混合料蠕变曲线直线段在纵轴上的截距，反映了初始变形，D₁为混合料蠕变曲线直线段的斜率，D₂为蠕变曲线的起点与直线段起点在水平方向的距离，λ是蠕变曲线初始阶段的累计永久应变率。

有益效果：本发明是一种沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法，也是进行路面车辙病害处理决策的依据，发明在以下几方面具有明显的优势。

(1)本发明所测试的沥青混合料试样，可以通过常规的钻孔取芯机在路面结构上直接钻取，操作极为方便，不需要大型的机械设备；

(2)由于钻取圆柱体试件方便，避免了在路面结构上切割试板时试样出现损伤和破损的情况，使得试样尽可能的保持了原有路面混合料的结构，试验结果也更能准确的反映沥青路面的抗车辙性能；

(3)本发明获得的车辙深度与轮载作用次数的关系曲线不但可以定性的对沥青路面抗车辙能力进行评价，还可以通沥青混合料蠕变模型参数的回归对沥青路面的抗车辙性能进行定量的分析。

附图说明

图1为20cm拼接芯样汉堡车辙试验曲线。

图2为幂函数模型b与车辙深度之间的关系。

图3为史蒂芬普斯模型参数D₁与车辙深度之间的关系。

图4为汉堡车辙的试件拼接示意图，其中有：1-沥青圆柱体芯样；2-石膏。

具体实施方式

本发明所述的沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法，具体包括如下步骤：

(1)沥青路面结构内混合料芯样的获取

考虑到获得沥青混合料方形大板不具有很强的操作性，而圆柱体试件可以通过通常用的钻孔取芯机方便的获得。因此，本发明采用钻孔取芯机在沥青路面结构现场直接钻取直径为20cm、高度为12cm的圆柱体试件。另外，为了保证试验结果的准确性和典型性，两个相互拼接的试样应具有相近的级配和油石比，因此与第一个试件拼接的第二个试件，应当在第一个取样位置附近钻取。

(2)混合料芯样的切割与拼接

由于一个圆柱体试件的尺寸，不足以进行车辙试验，需要通过两个试件的拼接才能实现，另外，考虑到汉堡车辙仪允许的试件最大厚度不能超过10cm。因此，需要对室外获得的每个试样分别进行两次切割，这两次切割为：①把圆柱体试件切割成10cm的高度；②在圆柱体的直径方向上，切除高度为5.5cm的冠形部分，试件剩余部分在直径方向上的高度为14.5cm。把剩余试件通过石膏进行拼接，获得总长度为29cm的拼接试件，并用石膏把拼接试件固定在汉堡车辙仪试验用的钢板上。

(3)汉堡车辙试验与试验结果处理

设置汉堡车辙仪的试验温度条件，在试验前先将29cm的拼接试件放入汉堡车辙仪内保温4h；然后根据研究问题的具体特点，设置相应的荷载，进行汉堡车辙试验，获得不同荷载作用次数的车辙深度，并绘制车辙发展深度与荷载作用次数的曲线。

车辙深度与轮载作用次数的关系曲线可以直观上反映出沥青路面抗车辙性能的好坏，以及对多条沥青路面或者一条沥青路面的不同路段的抗车辙性能进行优劣排序。而且还可以采用不同的模型，根据车辙永久变形量ε_p与荷载作用次数N的关系，拟合得到幂函数模型ε_p＝aN^b和史蒂芬普斯模型ε_p＝D₀+D₁N-D₂e^-λN内的参数a，b，D₀，D₁，D₂和λ，并可采用b和D₁定量评价沥青路面的抗车辙性能，b、D₁越大，抗车辙性能越好。其中，a、b是依赖材料与试验条件的参数，a表示荷载作用一次时的混合料永久变形，b为双对数坐标下永久应变率，D₀是混合料蠕变曲线直线段在纵轴上的截距，反映了初始变形，D₁为混合料蠕变曲线直线段的斜率，D₂为蠕变曲线的起点与直线段起点在水平方向的距离，λ是蠕变曲线初始阶段的累计永久应变率。

下面结合附图，以某条高速公路沥青路面为实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法，包括如下步骤：

(1)沥青混合料圆柱体试件的钻取和切割

为了评价某条高速公路沥青路面的抗车辙能力，在路面不同位置处钻取直径为20cm的两个圆柱体试件，为了保证试验结果的稳定性，用于拼接的两个圆柱体试件钻取的位置应该相邻。并把圆柱体试件的高度切割成10cm，圆柱体试件在直径方向上切除高度为5.5cm的球冠部分，把剩余部分通过石膏紧密粘粘，得到长度为29cm、高度为10cm的拼接试件。

(2)试件的测试

用石膏同时把拼接试件固定在底部钢板上，试验时连同底板一起放入汉堡车辙仪，试验条件取为温度60℃，在试验前先将20cm拼接试件放入汉堡车辙仪内保温4h，然后再加荷，轮载为700N，试验轮行走距离为230mm。试验结果如图1所示。其中，6-3-肩-1、4H表示：代表车辙深度为＜7mm，取芯位置为路肩，是由编号为1、4两个芯样拼接而成的。其余类似，9代表车辙深度为9mm～11mm，13代表车辙深度为13mm～15mm。

(3)试验结果的处理分析

对上述车辙深度曲线，分别采用SPSS数据统计软件对幂函数模型和Stephen Price模型内的参数进行拟合，结果分别如表1和表2所示。

表120cm拼接试件汉堡车辙试验拟合参数(幂函数模型)

表2 20cm拼接试件汉堡车辙试验拟合参数(Stephen Price模型)

把路面实际测得的代表车辙深度与拟合得到的参数进行相关分析，如图2和图3所示。从图可以看出，采用幂函数模型进行拟合时(路肩芯样)，除编号为“13-3-肩-4、6H”的试件外，其参数b可以很好地表征各种混合料车辙曲线的发展趋势；采用Stephen Price模型进行拟合时，其参数D₁得到的结果与现场车辙深度结果一致。这一方面表明了幂函数模型的参数b和Stephen Price模型的参数D₁可以作为拼接试件抗车辙性能的评价指标，这些指标具有合理性和有效性；另一方面也证明了采用两个20cm芯样拼接试件进行汉堡车辙试验是可行的。