本發(fā)明屬于道路工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及到一種評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
：在高速公路建設(shè)中，由于瀝青路面具有良好的行車舒適性和優(yōu)異的使用性能，以及建設(shè)速度快、養(yǎng)護(hù)維修簡便等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)80％以上高等級公路都采用瀝青類路面結(jié)構(gòu)型式。隨著科技的進(jìn)步，近年來全國范圍內(nèi)不斷出現(xiàn)瀝青及其混合料的檢測指標(biāo)均合格，但新建高等級公路通車不久即嚴(yán)重破損的現(xiàn)象。瀝青及其混合料的抗水損害性能已再度成為人們關(guān)注焦點(diǎn)。我國現(xiàn)行規(guī)范主要是通過水煮法對瀝青與粗集料表面的粘附性和粗集料的抗水剝離能力進(jìn)行評價(jià)，但是實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，某些瀝青尤其是改性瀝青采用該測試方法時(shí)試驗(yàn)結(jié)果均為五級，無法進(jìn)行有效區(qū)分，且該種方法是在靜止的狀態(tài)下進(jìn)行測試，而瀝青路面的使用條件是車輛不斷施加荷載，由此，該方法還需要進(jìn)行條件優(yōu)化。瀝青路面在使用不久后產(chǎn)生水損害的早期破壞，大概可以歸結(jié)于一種是瀝青路面產(chǎn)生疲勞破壞，有裂縫，水滲入導(dǎo)致的水損害；另一種是瀝青路面空隙率過大，在未有疲勞裂縫產(chǎn)生時(shí)，水就可以自動滲入致使路面產(chǎn)生水損害。第二種情況可以采取合理的路面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改善，針對第一種情況，則需要研究瀝青路面的疲勞特性。據(jù)研究表明，瀝青混合料的疲勞開裂主要集中在混合料的砂漿部分，該部分主要是瀝青膠結(jié)料和過1.18mm篩的集料。而瀝青膠砂中裂縫的引起和擴(kuò)展主要依賴于材料的特性，包括蠕變?nèi)嵝?、裂縫擴(kuò)展消耗能力及瀝青與集料之間的粘附功?，F(xiàn)有技術(shù)中用于評價(jià)瀝青膠砂疲勞性能的試驗(yàn)設(shè)備龐大、試驗(yàn)投資高、非動態(tài)荷載不能夠代表路面實(shí)際受力狀態(tài)的缺陷，存在諸多不足。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種試驗(yàn)投資小、試驗(yàn)周期短、動態(tài)荷載下評價(jià)不同瀝青膠砂在干燥和有水條件下的疲勞性能，進(jìn)而用二者比值評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備龐大、試驗(yàn)投資高、非動態(tài)荷載不能夠代表路面實(shí)際受力狀態(tài)的缺陷。本發(fā)明的上述目的是通過下面的技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的方法，將瀝青膠結(jié)料和集料成型制成瀝青膠砂試件，先分別獲得瀝青膠砂試件于干燥條件和有水條件的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)，再用干燥條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)除以有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)得到裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比，通過裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比評價(jià)不同瀝青膠砂試件的水穩(wěn)定性，其中：裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)通過如下公式計(jì)算：其中，N為任意給定的荷載循環(huán)次數(shù)，N＞1；其中，粘附功ΔGf、參考模量GR、松弛參數(shù)m、松弛模量E1、疲勞參數(shù)b為瀝青膠砂試件的性能參數(shù)，通過表面自由能試驗(yàn)和動態(tài)力學(xué)分析方法試驗(yàn)獲得，具體如下：ΔGf為瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功，通過表面自由能試驗(yàn)獲得；GR為低應(yīng)變周期荷載作用下未破壞的瀝青膠砂復(fù)數(shù)參考模量，通過動態(tài)力學(xué)分析方法試驗(yàn)中低應(yīng)變試驗(yàn)獲得，且試件在循環(huán)過程中沒有發(fā)生損傷破壞；E1、m分別為低應(yīng)變周期荷載作用下瀝青膠砂的松弛模量以及松弛參數(shù)，通過動態(tài)力學(xué)分析方法試驗(yàn)中低振幅恒定應(yīng)變松弛試驗(yàn)獲得，二者與對應(yīng)時(shí)間t滿足以下公式：E(t)＝E0+E1t-m其中，E0為常數(shù)；b為高應(yīng)變周期荷載作用下瀝青膠砂的疲勞參數(shù)，通過如下公式計(jì)算得出：WR＝a+bln(N)其中，a為常數(shù)，N為給定荷載循環(huán)次數(shù)，N＞1；WR為耗散偽應(yīng)變能，通過應(yīng)力測量值-偽應(yīng)變曲線的面積計(jì)算得出；其中，干燥條件是指在測試獲取瀝青膠砂試件的性能參數(shù)前，將瀝青膠砂試件置于常溫常濕條件下存放；有水條件是指在測試獲取瀝青膠砂試件的性能參數(shù)前，將瀝青膠砂試件浸于溫度為25℃±0.5℃的恒溫水中不少于2小時(shí)。優(yōu)選地，評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的方法中，所述瀝青膠砂試件通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型，目標(biāo)空隙率為8-12％；試件尺寸為45mm×10mm×10mm。優(yōu)選地，評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的方法中，在獲取松弛參數(shù)m和松弛模量E1時(shí)，對膠砂試件施加0.0065％的應(yīng)變進(jìn)行300s的松弛試驗(yàn)。優(yōu)選地，評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的方法中，在獲取復(fù)數(shù)參考模量GR時(shí)，對膠砂試件施加0.0065％的應(yīng)變，10Hz正弦波持續(xù)500個(gè)循環(huán)。優(yōu)選地，評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的方法中，在獲取疲勞參數(shù)b時(shí)，在高應(yīng)變下以10Hz正弦波循環(huán)加載到規(guī)定的加載循環(huán)次數(shù)或者直到膠砂試件破壞，獲得每個(gè)循環(huán)的應(yīng)變，進(jìn)而求得耗散偽應(yīng)變能WR。更優(yōu)選地，評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的方法中，高應(yīng)變?yōu)?.01％。上述方法在評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性中的應(yīng)用。本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)：本發(fā)明提供的方法將瀝青(瀝青膠結(jié)料)與集料之間的粘附功與動態(tài)力學(xué)分析(DMA)方法相結(jié)合，提出疲勞擴(kuò)展指標(biāo)，用來模擬和預(yù)測疲勞開裂的擴(kuò)展，與其它疲勞試驗(yàn)相比，該測試方法試驗(yàn)投資小、試驗(yàn)周期短、動態(tài)荷載下能夠代表路面的實(shí)際受力狀態(tài)，比較真實(shí)的反映了路面的實(shí)際情況。通過測試瀝青膠砂在干燥條件和有水條件下的疲勞特性，可以評價(jià)瀝青膠砂的水穩(wěn)定性和抗水損害能力。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例具體介紹本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，但并不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)驗(yàn)中未詳述的試驗(yàn)操作均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)試驗(yàn)操作。為便于理解，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施過程作進(jìn)一步說明：分別對按照設(shè)計(jì)級配，成型制備江蘇70#、林拉90#、塔河90#以及克拉瑪依90#四種瀝青(即瀝青膠結(jié)料)制備瀝青膠砂試件，按照本發(fā)明提供的方法比較四種瀝青膠砂的水穩(wěn)定性，同時(shí)采用常規(guī)試驗(yàn)方法即凍融劈裂強(qiáng)度比來評價(jià)上述瀝青膠砂的水穩(wěn)定性能以驗(yàn)證本發(fā)明方法的可靠性。本發(fā)明評價(jià)方法的結(jié)束條件為1000次，或者膠砂試件破壞結(jié)束試驗(yàn)，當(dāng)達(dá)到任何一個(gè)條件時(shí)停止試驗(yàn)。本實(shí)施中的材料均是執(zhí)行到了加載循環(huán)次數(shù)1000次。其中實(shí)施例1～4以及對照例5中的瀝青膠砂所用的級配一樣，具體如下表1所示。其中所用的集料為石灰石巖礦料，各項(xiàng)指標(biāo)均符合《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)范要求。表1礦料的合成級配通過率本發(fā)明評價(jià)方法包括以下步驟：S1：按照旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件，目標(biāo)空隙率控制在10％±0.5％，切成尺寸為45mm×10mm×10mm的試件；S2：低應(yīng)變周期荷載作用下(粘彈性力學(xué)特性)分別在干燥條件和有水條件下確定瀝青膠砂的松弛模量E1以及松弛參數(shù)m；在獲取松弛參數(shù)m和松弛模量E1時(shí)，對膠砂試件施加0.0065％的應(yīng)變進(jìn)行300s的松弛試驗(yàn)，通過動態(tài)力學(xué)分析方法試驗(yàn)中低振幅恒定應(yīng)變松弛試驗(yàn)獲得，二者與對應(yīng)時(shí)間t滿足以下公式：E(t)＝E0+E1t-m，其中，E0為常數(shù)。S3：確定低應(yīng)變周期荷載作用下未破壞瀝青膠砂分別在干燥條件和有水條件下的復(fù)數(shù)參考模量GR；通過動態(tài)力學(xué)分析方法試驗(yàn)中低應(yīng)變試驗(yàn)獲得，且試件在循環(huán)過程中沒有發(fā)生損傷破壞；具體地，對膠砂試件施加0.0065％的應(yīng)變，10Hz正弦波持續(xù)500個(gè)循環(huán)；S4：建立高應(yīng)變周期荷載作用下的疲勞損傷方程，利用最小二乘法分別在干燥條件和有水條件下確定疲勞參數(shù)b；疲勞損傷方程為WR＝a+bln(N)；其中，a為常數(shù)，N為給定荷載循環(huán)次數(shù)，N＞1；WR為耗散偽應(yīng)變能，通過材料應(yīng)力測量值-偽應(yīng)變曲線的面積計(jì)算得出；在獲取疲勞參數(shù)b時(shí)，在0.01％應(yīng)變下以10Hz正弦波循環(huán)加載到規(guī)定的加載循環(huán)次數(shù)或者直到膠砂試件破壞，獲得每個(gè)循環(huán)的應(yīng)變，進(jìn)而求得耗散偽應(yīng)變能WR。S5：利用表面自由能試驗(yàn)分別在干燥條件和有水條件確定瀝青膠結(jié)料和集料粘附功ΔGf；S6：建立疲勞荷載作用下的瀝青膠砂裂縫擴(kuò)展指數(shù)方程，分別求出干燥條件和有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)；其中，N為任意給定的荷載循環(huán)次數(shù)，N＞1。S7：用干燥條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)除以有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)得到裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比，通過裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比評價(jià)不同瀝青膠砂的水穩(wěn)定性。其中，瀝青膠砂試件制成后先正常養(yǎng)生，即在空氣中放置24小時(shí)。干燥條件是指在測試獲取瀝青膠砂試件的性能參數(shù)前，將正常養(yǎng)生后的瀝青膠砂試件置于常溫常濕條件下存放；有水條件是指在測試獲取瀝青膠砂試件的性能參數(shù)前，將正常養(yǎng)生后的瀝青膠砂試件浸于溫度為25℃±0.5℃的恒溫水中不少于2小時(shí)。下述實(shí)施例中，集料和瀝青的粘附功由表面自由能試驗(yàn)，采用視頻光學(xué)接觸角測量儀DSA100-Kruss來測得，動態(tài)力學(xué)分析方法試驗(yàn)采用動態(tài)剪切流變儀DHR-2來測得。實(shí)施例1江蘇70#瀝青膠砂將符合要求的試件按照本發(fā)明的試驗(yàn)方法按步驟進(jìn)行。通過低應(yīng)變周期荷載作用下確定江蘇70#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的松弛模量E1以及松弛參數(shù)m。表2江蘇70#瀝青膠砂E1和m值試驗(yàn)條件E1m干燥2.1E+080.4有水3.2E+080.56確定低應(yīng)變周期荷載作用下未破壞的江蘇70#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下復(fù)數(shù)參考模量GR；表3瀝青膠砂GR值建立高應(yīng)變周期荷載作用下的疲勞損傷方程，確定江蘇70#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的疲勞參數(shù)b；通過計(jì)算江蘇70#瀝青膠砂干燥條件下的疲勞參數(shù)b為31.6967。有水條件下的江蘇70#瀝青膠砂疲勞參數(shù)b為150。利用表面自由能試驗(yàn)確定瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf；干燥條件下江蘇70#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為53.35mJ/m2。有水條件下江蘇70#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為62.65mJ/m2。建立疲勞荷載作用下的瀝青膠砂裂縫擴(kuò)展指數(shù)方程，求出裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)；經(jīng)過計(jì)算江蘇70#瀝青膠砂在干燥條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為6.2628。在有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為9.7435。經(jīng)過計(jì)算江蘇70#瀝青膠砂的裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比為64.27％。實(shí)施例2林拉90#瀝青膠砂將符合要求的試件按照本發(fā)明的試驗(yàn)方法按步驟進(jìn)行。通過低應(yīng)變周期荷載作用下確定林拉90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的松弛模量E1以及松弛參數(shù)m。表4林拉90#瀝青膠砂E1和m值試驗(yàn)條件E1m干燥5.25E+080.23有水6.3E+080.5確定低應(yīng)變周期荷載作用下未破壞的林拉90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下復(fù)數(shù)參考模量GR；表5瀝青膠砂GR值建立高應(yīng)變周期荷載作用下的疲勞損傷方程，確定林拉90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的疲勞參數(shù)b；通過計(jì)算林拉90#瀝青膠砂干燥條件下的疲勞參數(shù)b為100。有水條件下的林拉90#瀝青膠砂疲勞參數(shù)b為114。利用表面自由能試驗(yàn)確定瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf；干燥條件下林拉90#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為45.58mJ/m2。有水條件下林拉90#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為54.00mJ/m2。建立疲勞荷載作用下的瀝青膠砂裂縫擴(kuò)展指數(shù)方程，求出裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)；經(jīng)過計(jì)算林拉90#瀝青膠砂在干燥條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為6.8519。在有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為7.1425，所以林拉90#瀝青膠砂的裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比為95.93％。實(shí)施例3塔河90#瀝青膠砂將符合要求的試件按照本發(fā)明的試驗(yàn)方法按步驟進(jìn)行。通過低應(yīng)變周期荷載作用下確定塔河90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的松弛模量E1以及松弛參數(shù)m。表6塔河90#瀝青膠砂E1和m值試驗(yàn)條件E1m干燥4.0E+080.28有水4.0E+080.17確定低應(yīng)變周期荷載作用下未破壞的塔河90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下復(fù)數(shù)參考模量GR；表7塔河90#瀝青膠砂GR值建立高應(yīng)變周期荷載作用下的疲勞損傷方程，確定塔河90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的疲勞參數(shù)b；通過計(jì)算塔河瀝青膠砂干燥條件下的疲勞參數(shù)b為619.03。有水條件下的塔河90#瀝青膠砂疲勞參數(shù)b為1170。利用表面自由能試驗(yàn)確定瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf；干燥條件下塔河90#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為36.64mJ/m2。有水條件下塔河90#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為52.47mJ/m2。建立疲勞荷載作用下的瀝青膠砂裂縫擴(kuò)展指數(shù)方程，求出塔河90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)；經(jīng)過計(jì)算塔河90#瀝青膠砂在干燥條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為21.7056。在有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為24.7713，所以塔河90#瀝青膠砂的裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比為87.62％。實(shí)施例4克拉瑪依90#瀝青膠砂將符合要求的試件按照本發(fā)明的試驗(yàn)方法按步驟進(jìn)行。通過低應(yīng)變周期荷載作用下確定克拉瑪依90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的松弛模量E1以及松弛參數(shù)m；表8克拉瑪依90#瀝青膠砂E1和m值試驗(yàn)條件E1m干燥1.0E+090.39有水6.2E+080.525確定低應(yīng)變周期荷載作用下未破壞的克拉瑪依90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下復(fù)數(shù)參考模量GR；表9克拉瑪依90#瀝青膠砂GR值建立高應(yīng)變周期荷載作用下的疲勞損傷方程，確定克拉瑪依90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的疲勞參數(shù)b；通過計(jì)算克拉瑪依90#瀝青膠砂干燥條件下的疲勞參數(shù)b為142.2067。有水條件下的克拉瑪依90#瀝青膠砂疲勞參數(shù)b為167.17。利用表面自由能試驗(yàn)確定瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf；干燥條件下克拉瑪依90#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為45.03mJ/m2。有水條件下克拉瑪依90#瀝青膠結(jié)料和集料的粘附功ΔGf為64.82mJ/m2。建立疲勞荷載作用下的瀝青膠砂裂縫擴(kuò)展指數(shù)方程，求出克拉瑪依90#瀝青膠砂在干燥條件下和有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)；經(jīng)過計(jì)算克拉瑪依90#瀝青膠砂在干燥條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為7.2802。在有水條件下的裂縫擴(kuò)展指數(shù)ΔR(N)為8.7480，所以克拉瑪依90#瀝青膠砂的裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比為83.22％。四種瀝青膠砂的裂縫擴(kuò)展指數(shù)的條件比如下表所示：裂縫擴(kuò)展指數(shù)條件比越大表示在有水的條件下越不敏感，水穩(wěn)定性越好。表10裂縫擴(kuò)展指數(shù)的條件比瀝青膠砂裂縫擴(kuò)展指數(shù)△R(N)的條件比從大到小的排列次序?yàn)椋毫掷?0#＞塔河90#＞克拉瑪依90#＞江蘇70#，說明林拉90#瀝青膠砂的水穩(wěn)定性能最好。對照例5傳統(tǒng)凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)法依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTGE20-2011，以凍融劈裂試驗(yàn)中的強(qiáng)度比作為評價(jià)手段。對照組所用的試件的成型方式為馬歇爾擊實(shí)儀法，成型的圓柱體試件，試件的尺寸為直徑為101.6±0.25mm，高為63.5±1.3mm，實(shí)驗(yàn)條件為溫度25℃±0.5℃，加載速率為50mm/min。對照組瀝青膠砂的空隙率與本發(fā)明所要求的空隙率一樣，擊實(shí)次數(shù)可根據(jù)孔隙率10％來調(diào)整。對照組四種瀝青膠砂凍融劈裂試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如下表11所示：表11瀝青膠砂的凍融劈裂強(qiáng)度比瀝青膠砂凍融劈裂強(qiáng)度比(％)江蘇70#72.87林拉90#85.12塔河90#80.37克拉瑪依90#78.44通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，瀝青膠砂的凍融劈裂強(qiáng)度比從大到小的排列次序?yàn)椋毫掷?0#＞塔河90#＞克拉瑪依90#＞江蘇70#，與本發(fā)明的試驗(yàn)方法得出的試驗(yàn)結(jié)果一致，但本發(fā)明所涉及的試驗(yàn)方法考慮到瀝青的粘彈性，同時(shí)測試方法試驗(yàn)投資小、試驗(yàn)周期短、動態(tài)荷載以及有水的情形下能夠代表路面的實(shí)際受力狀態(tài)。所以，本發(fā)明的評價(jià)方法可作為評價(jià)瀝青膠砂水穩(wěn)定性的一種實(shí)驗(yàn)方法。以上實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下進(jìn)行的任何顯而易見改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3