采用层间剪切实验评价路面老化情况的方法

摘要

本发明公开了一种采用层间剪切实验评价路面老化情况的方法。包括以下步骤：对现场路面钻芯取样，采集不同服役年限尚未产生病害路段以及相应服役年限病害路段的路面芯样；尚未产生病害路段的芯样进行上面层和中面层之间的层间剪切试验，根据试验所得到的数据作出其相关的抗剪切性能老化曲线图；对病害路段的路面芯样进行上面层和中面层之间的层间剪切试验，将得到的数据以及图表进行病害边界条件处理，界定该段路面的病害边界条件；进行联合分析，共同评价整条路段的老化情况。本发明首次提出了采用病害边界条件和老化曲线联合分析的方法来确定路面芯样的老化情况，且所有分析结果都依据层间实验的检测数据而界定，相比起其他方法，据有着更强的适用性。

说明书

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种采用层间剪切实验评价路面老化情况的方法。

背景技术

沥青路面由于具有独特的半柔性特性，使其在老化和特殊环境下易出现病害。其中最主要的病害类型之一是车辙。关于车辙的成因，目前的研究认为，这是主要由于沥青材料在高温环境下的软化和层间抗剪切性能的衰减等因素的相互作用产生的。

层间抗剪切性能是一项重要的公路质量指标，其表征路面在抵御层间剪切力的能力的大小。层间剪切实验是一种研究沥青混合料的层间抗剪切性能的常规实验，此实验测试层间的抗剪切强度以表征路面不同层之间的粘接力，同时也被用于表征其混合料本身的抗剪切强度。此试验在研究对象类型的选择上有多种选择，本发明研究对象的选择的是通过检测路面取回芯样的剪切性能来评价路面的老化情况，从而探究病害的不同位置和不同服役年份的芯样的层间剪切性能的规律。尽管国内外开展过很多针对层间抗剪切力的研究，也曾经开展过不同尺寸和不同实验方法的层间抗剪切力的测试，但采用层间剪切实验来通过检测路面取回芯样的剪切性能来评价路面老化情况的方法尚未被提出。

发明内容

本发明目的在于提供一种采用层间剪切实验评价路面老化情况的方法。所述发明方法不仅操作简单，科学有效，还可以通过对现场芯样层间剪切力的准确试验，得到其层间抗剪切性能的衰减情况，从而准确的评价其路面老化情况。

为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

采用层间剪切实验评价路面老化情况的方法，包括以下步骤：

对现场路面钻芯取样，采集不同服役年限尚未产生病害路段以及相应服役年限病害路段的路面芯样；

对不同服役年限尚未产生病害路段的芯样进行上面层和中面层之间的层间剪切试验，根据试验所得到的数据作出其相关的抗剪切性能老化曲线图；所述相关的抗剪切性能老化曲线图包括层间抗剪切强度图、最大应变图和剪切应力-应变曲线图；抗剪切强度强度越低，最大应变越大、应力-应变曲线越陡峭，代表老化越严重，反之则老化轻微；

对相应服役年限病害路段的路面芯样进行上面层和中面层之间的层间剪切试验，将得到的数据以及图表进行病害边界条件处理，界定该段路面的病害边界条件；所述边界条件为相应服役年限病害路段的平均层间抗剪切强度、平均最大应变和剪切应力-应变曲线斜率；平均层间抗剪切强度越大，平均最大应变越小，应力-应变曲线越接近S型则老化越轻微，反之则老化严重；

将上述不同服役年限尚未产生病害路段相关的的抗剪切性能老化曲线图以及相应服役年限病害路段的病害边界条件进行联合分析，共同评价整条路段的老化情况。

按上述方案，所述不同服役年限尚未产生病害路段是同一条待测公路上的路段，时间上的跨度为半年至一年。

按上述方案，所述相应服役年限病害路段的路面芯样为病害路段处不同位置的芯样，包括非车辙，车辙和路肩处的芯样。

按上述方案，所述层间剪切试验包括以下步骤：

1)将芯样和模具在10℃的环境下进行保温，保温时间至少为5h；

2)设置马歇尔稳定度测定仪上升速度为50mm/min，并调水平；

3)将保温好的模具取出后立刻放在马歇尔稳定度测定仪平台上，同时拿出一个芯样，放入模具中固定；

4)按照马歇尔试验规范要求进行马歇尔试验，并在此芯样试验结束后立即进行卸样，并将模具搬回保温箱继续保温；

5)调整机器，记录数据，进行下一个芯样的实验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于层间实验从病害的形成机理方向出发，从层间抗剪切性能的角度对路面性能进行了评价。

首次提出了采用病害边界条件和老化曲线联合分析的方法来确定路面芯样的老化情况，且所有分析结果都依据层间实验的检测数据而界定，相比起其他方法，据有着更强的适用性。

相较其他方法，所需时间更短，效率更高，针对性更强。

附图说明

图1：不同服役年份下的芯样层间抗剪切强度变化图；

图2：不同服役年份下的芯样层间最大应变变化图；

图3：不同服役年份下的芯样层间最大应变变化图；

图4：按位置区分芯样的抗剪切强度平均值散点对比图；

图5：按位置区分芯样的最大应变平均值散点对比图；

图6：第1组芯样层间抗剪切应力-应变曲线对比图；

图7：第2组芯样层间抗剪切应力-应变曲线对比图；

图8：第3组芯样层间抗剪切应力-应变曲线对比图；

图9：第4组芯样层间抗剪切应力-应变曲线对比图；

图10：第5组芯样层间抗剪切应力-应变曲线对比图；

图11：第6组芯样层间抗剪切应力-应变曲线对比图；

图12：不同年限芯样层间抗剪切强度与边界条件对比分析图；

图13：不同年限芯样层间最大应变与边界条件对比分析图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

本发明一种采用层间剪切实验评价路面老化情况的方法，具体步骤如下：

对现场路面钻芯取样，采集不同服役年限尚未产生病害路段以及相应服役年限病害路段的路面芯样；

对不同服役年限尚未产生病害路段的芯样进行上面层和中面层之间的层间剪切试验，根据试验所得到的数据作出其相关的抗剪切性能老化曲线图；所述相关的抗剪切性能老化曲线图包括层间抗剪切强度图、最大应变图和剪切应力-应变曲线图；抗剪切强度强度越低，最大应变越大、应力-应变曲线越陡峭，代表老化越严重，反之则老化轻微；

对相应服役年限病害路段的路面芯样进行上面层和中面层之间的层间剪切试验，将得到的数据以及图表进行病害边界条件处理，界定该段路面的病害边界条件；所述边界条件为相应服役年限病害路段的平均层间抗剪切强度、平均最大应变和剪切应力-应变曲线斜率；平均层间抗剪切强度越大，平均最大应变越小，应力-应变曲线越接近S型则老化越轻微，反之则老化严重；

将上述不同服役年限尚未产生病害路段相关的的抗剪切性能老化曲线图以及相应服役年限病害路段的病害边界条件进行联合分析，共同评价整条路段的老化情况。

本发明层间剪切试验过程如下：

1)将芯样和模具在10℃的环境下进行保温，保温时间至少为5h；

2)设置马歇尔稳定度测定仪上升速度为50mm/min，并调水平；

3)将保温好的模具取出后立刻放在马歇尔稳定度测定仪平台上，同时拿出一个芯样，放入模具中固定；

4)按照马歇尔试验规范要求进行马歇尔试验，并在此芯样试验结束后立即进行卸样，并将模具搬回保温箱继续保温；

5)调整机器，记录数据，进行下一个芯样的实验。

对现场路面钻芯取样，取回其不同服役年限尚未产生病害路段以及相同服役年限病害路段不同位置的路面芯样，具体如表1与表2。

表1按不同服役年份区分芯样表

编号铣刨年份服役年份芯样数量12011482201238320132842014185201508

表2按病害的不同位置区分芯样表

对取回的不同服役年限尚未产生病害路段的芯样进行层间剪切试验，根据试验所得到的相关数据作出其相关的抗剪切性能的老化曲线图，如图1、图2、图3所示。

对取回的相应服役年限不同病害处的芯样进行层间剪切实验，将得到的数据以及图表进行病害边界条件处理，界定该段路面病害的边界条件如图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11所示。

先分析老化曲线，根据图1、图2变化图可知芯样的抗剪切强度和最大应变的随着服役年份的增加逐渐变小，即都有着一定程度的衰减，这表面了路面层间的抗剪切强度和最大应变与路面的老化程度之间的关系。

根据图3，随着服役年份的增加，曲线的斜率变化程度逐渐降低，这表面路面的柔性随着服役年份的推移逐渐丧失。同时根据图4可知，从散点图中，我们可以看出车辙处的芯样的抗剪切强度平均值最低，这说明此处的材料已经老化；再界定病害边界条件，通过计算，在本研究路段中，非车辙、车辙和路肩的平均层间抗剪切强度为2508MPa、2446MPa和2423MPa，此为边界条件一。

根据图5，由于最大应变也可以作为判断条件，最大应变表现了材料在剪切过程中的韧性，最大应变越大，材料性能越好，越接近半刚性材料而非刚性，而车辙处的芯样的最大应变小于非车辙处和路肩处的芯样，这也证明了病害路面的最大应变也是边界条件，得到边界条件二。

根据图6、7、8、9、10、11所示1-6组芯样层间抗剪切应力-应变曲线对比图，由于沥青路面是一种半刚性的材料，具有一定柔性，体现到层间剪切的应力-应变曲线上，曲线应呈现“S”形或反“S”形，而刚性材料的剪切应力-应变曲线一般呈现直线。在六组曲线图中车辙处的曲线往往呈现直线，这表明在车辙处，这种沥青材料的老化程度很高，而非车辙和路肩处的情况则要稍好，判定半刚性的性质是否丧失也是边界之一，得到边界条件三。

最后联合老化曲线以及边界条件对比分析，根据图12与图13所示，服役4年的芯样在层间抗剪切性能上都与病害处芯样接近。综合抗剪切强度，最大应力和应力-应变曲线斜率变化三个方面，对比本次研究中界定的边界条件，服役4年的芯样的剪切性质与病害处芯样接近，这说明服役4年的芯样所在路面老化严重，具有出现车辙病害的风险，也说明其残余寿命较短，而其他服役年份的芯样根据服役年份的增加，性能有所下降，但是尚有一定的残余寿命，在保持现状不变的情况下，仍可长时间服役。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。