确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法

摘要

本发明涉及钢桥面沥青自愈合技术领域，提供一种确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法，旨在解决现有钢桥面沥青铺面下部的温度难以直接获取，间歇加热的最佳间歇时间不能通过计算精确得到的问题，包括以下步骤，S1、根据钢桥面沥青混合料铺装设计的厚度与材料设计的目标配合比，通过轮碾法形成多组车辙板试件，并将车辙板切成小梁试件；S2、将制成的小梁试件取出2×m个，通过三点弯曲试验机分别进行三点弯曲试验，获取初始断裂强度F0；S3、分m组将2个断裂小梁试件分别对应拼接并叠起，后用夹具紧固，进行间歇加热自愈合试验。本发明尤其适用于钢桥面沥青摊铺层的自愈合检测，具有较高的社会使用价值和应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及钢桥面沥青自愈合技术领域，具体涉及一种确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法。

背景技术

钢桥面铺装开裂破坏是沥青铺装最典型的病害类型，当钢桥面铺面出现裂缝等病害之后，铺面与钢桥面板之间的粘结层易受到雨水浸蚀，且在行车荷载等作用下，铺面会开裂恶化甚至引起钢桥面板的锈蚀，从而降低钢桥面板的使用寿命，这不仅仅影响到钢桥面铺面路用性能,而且对钢桥面板的受力也相当不利。然而，钢桥面铺装往往用于较为繁忙且车道数较少的高架桥上，传统的修补工艺如沥青罩面法等由于封闭维修周期长，会对交通产生较大影响。

为解决这个问题，本发明充分利用钢桥面板的特殊性质，将感应加热技术引入到钢桥面铺装裂缝修复领域当中来：当交变磁场穿过桥面板铺面到达钢桥面板，在钢板内部会产生涡流，从而迅速产生热量加热上部沥青铺面，使得铺面温度上升。当桥面铺面达到一定温度时，沥青粘合剂开始表现为牛顿流体，沥青粘合剂会流过沥青混凝土中任何可能出现的裂缝，使桥面铺面中产生的疲劳裂缝得到有效修复。

然而，由于沥青是热的不良导体，在加热的过程中，极易造成钢桥面各层温度不一致，从而发生梯度愈合现象。在持续加热的状况下，容易出现靠近钢桥面板的局部沥青混合料温度过高，而铺装表面仍温度较低的情况，产生了巨大的能源浪费，也非常不利于钢桥面的自愈合修复。

为此，在钢桥面感应加热自愈合修复的施工过程当中，为避免出现局部过热现象，改善温度梯度愈合状况，应充分考虑钢桥面板的生热与沥青铺面传热两者关系的平衡，采用等时长间歇加热的方法。但在实际运用的过程中，因为沥青铺面下部的温度难以直接获取，间歇加热的最佳间歇时间不能通过计算精确得到，为此，我们提出了一种确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，旨在解决现有钢桥面沥青铺面下部的温度难以直接获取，间歇加热的最佳间歇时间不能通过计算精确得到的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法，包括以下步骤，

S1、根据钢桥面沥青混合料铺装设计的厚度与材料设计的目标配合比，通过轮碾法形成多组车辙板试件，并将车辙板切成小梁试件，模拟钢桥面摊铺层结构；

S2、将制成的小梁试件取出2×m个，通过三点弯曲试验机分别进行三点弯曲试验，获取初始断裂强度F

S3、分m组将2个断裂小梁试件分别对应拼接并叠起，后用夹具紧固，置于以钢板为底层板的感应加热设备加热范围内，进行间歇加热自愈合试验,加热总时长为t

S4、将步骤S3中自愈合的2×m个小梁试件静置24小时后取出，进行第二次三点弯曲试验，获取上方小梁断裂强度F

S5、根据强度恢复率η

优选的，所述步骤S3中，在间歇加热周期的前半段时长t

优选的，所述同一组试验组中使用的小梁试件均由一块车辙板切割而成，所有试验均设置三个平行试验组，参数由三组试验数据平均得出。

优选的，所述步骤S1中，小梁试件成型的具体方法包括以下步骤：

S1-1、将与钢桥面铺面配合比一致的沥青混合料内倒入模具，形成下层沥青混合料，厚度与钢桥面铺面下层厚度相同，冷却24小时，再在模具中倒入相同沥青混合料，碾压2～4次，厚度与钢桥面铺面上层厚度一致，冷却24小时，形成上层沥青混合料，成型300×300×50mm的车辙板；

S1-2、将车辙板切块，形成尺寸为300×30×50mm的小梁试件；

S1-3、控制断裂试验期间的失效位置，将小梁试件的中心切出一个宽度为6mm，深度为3mm的预锯缝，试验时预锯缝朝下设置。

优选的，所述步骤S2中，三点弯曲试验的加载速度保持在40-60mm/min。

优选的，所述步骤S4中，强度恢复率η

优选的，所述步骤S5中，温度梯度系数γ

优选的，所述步骤S5中，比较m组试验的梯度改善系数γ

(三)有益效果

本发明实施例提供了一种确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法，具备以下有益效果：

1、相较于常规的连续加热方式，在钢桥面铺面感应加热自愈合作业时采用间歇加热的方式，更有利于铺面纵向温度的均匀分布，可以有效克服纵向温度梯度过大导致的沥青老化等问题，而通过本发明所述的试验方法，可以得到间歇加热最佳间歇时间这一重要参数，为钢桥面沥青摊铺层感应加热自愈合工艺的完善与发展有着重要意义。

2、本发明所述试验方法固定感应加热设备开机总时长，通过改变间歇加热的间歇周期时间长度，进行多组试验并进行对比，只需要在施工前进行一次试验，就可以确定钢桥面铺面间歇加热自愈合的最佳间歇时间，以及对应的实际工况条件，依据试验结果改变加热设备的相关参数，可以有效提高沥青摊铺层自愈合效果。本方法简单直观，具有良好的可操作性和实用性。

3、本发明依据小梁样件自愈合试验前后的两次三点弯曲试验所获得的断裂强度，通过比较两者的大小，创新性地提出了强度恢复率η这一指标。因为试件自愈合所吸收的能量全部来源于试件的感应生热热量，而试件的温度与感应生热热量呈正相关，因此不同层间沥青混合料的强度恢复率可以直观反映不同层间的温度分布状况对比。

4、本发明根据钢桥面沥青铺面结构，将沥青铺面纵向的复杂温度梯度分布简化为上下两层温度分布的对比，并利用与温度呈正相关关系的自愈合强度恢复率的对比，提出温度梯度系数γ，当γ绝对值越接近于1时，说明上部面层和下部面层的温度越接近，表明铺面在加热时的纵向温度分布越均匀。γ简单直观地反映了加热后铺面整体的温度分布状况，但又具有良好的准确度，对于确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间具有参考意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法，包括以下步骤，

S1、根据钢桥面沥青混合料铺装设计的厚度与材料设计的目标配合比，通过轮碾法形成多组车辙板试件，并将车辙板切成小梁试件，模拟钢桥面摊铺层结构；

本实施例中，所述步骤S1中，小梁试件成型的具体方法包括以下步骤：

S1-1、将与钢桥面铺面配合比一致的沥青混合料内倒入模具，形成下层沥青混合料，厚度与钢桥面铺面下层厚度相同，冷却24小时，再在模具中倒入相同沥青混合料，碾压2～4次，厚度与钢桥面铺面上层厚度一致，冷却24小时，形成上层沥青混合料，成型300×300×50mm的车辙板；

S1-2、将车辙板切块，形成尺寸为300×30×50mm的小梁试件；

S1-3、控制断裂试验期间的失效位置，将小梁试件的中心切出一个宽度为6mm，深度为3mm的预锯缝，试验时预锯缝朝下设置。

S2、将制成的小梁试件取出2×m个，通过三点弯曲试验机分别进行三点弯曲试验，获取初始断裂强度F

三点弯曲试验的加载速度保持在40-60mm/min；

S3、分m组将2个断裂小梁试件分别对应拼接并叠起，后用夹具紧固，置于以钢板为底层板的感应加热设备加热范围内，进行间歇加热自愈合试验,加热总时长为t

所述步骤S3中，在间歇加热周期的前半段时长t

S4、将步骤S3中自愈合的2×m个小梁试件静置24小时后取出，进行第二次三点弯曲试验，获取上方小梁断裂强度F

本实施例中，所述步骤S4中，强度恢复率η

S5、根据强度恢复率η

本实施例中，所述步骤S5中，温度梯度系数γ

比较m组试验的梯度改善系数γ

本实施例中，所述同一组试验组中使用的小梁试件均由一块车辙板切割而成，所有试验均设置三个平行试验组，参数由三组试验数据平均得出。

本实施例中，确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间的试验方法所提出的间歇式加热方法，与传统的连续加热相比，可以使铺面受热更加均匀，确保热量的传递，克服连续加热的缺点，完善钢桥面沥青摊铺层感应加热自愈合工艺；同时提出温度梯度系数γ，当γ增大时，表明铺面在加热时的纵向温度分布更加均匀。γ直观地反映了间歇式加热对于铺面整体自愈合效果的提升效果，对于确定钢桥面铺面间歇加热自愈合最佳间歇时间具有参考意义。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。