京沪高速江苏段沥青路面芯样高温性能研究.pdf
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1、总652期2023年第22期(8月 上)0 引言芯样室内试验和评价分析是制定养护方案的重要依据,通过室内芯样评价分析并结合路面检测数据以及建设期资料,有利于分析道路病害的原因;了解道路性能衰退情况;制定道路最佳养护时机;制定科学的养护计划和方案,从而延长道路的使用寿命,实现高速公路的可持续发展。1 现场调查和取芯结合京沪高速的检测数据,采取针对性的现场调查,可以发现京沪高速现阶段车辙状况相对良好。病害主要以裂缝为主,多为横向裂缝,并且在少数路段出现较为严重的纵向裂缝以及网裂。对病害位置或路面病害较典型段落进行取芯,通过对芯样状况的判断及室内试验掌握路面结构性能状况是一种直接、有效且精确的方法。
2、根据对研究高速公路路面状况的分析结果,选取典型病害路段进行路面现场取芯。通过对芯样的现场外观判断及室内相关试验掌握路面结构性能状况的发展。典型路段现场取芯的主要目的包括:了解典型病害处路面结构层质量,对破损发展程度及成因进行分析。2 高温性能评价针对已经取芯的7个路段共8个单车道进行整体和分层动态蠕变试验。每种试验均有2个平行试件以保证试验指标的合理性。2.1 多级加载的局部动态蠕变试验在进行道路设计及车辙预估时,往往根据过去总结的经验公式将多种轴载的加载换算成标准的单一轴载的加载1,由于不同的路面结构、材料对交通荷载的敏感性不同,以及交通量、环境条件也随着时间不断发生变化,单一的经验公式也存
3、在滞后性、普适性和准确性不足的问题。因此,采用多级加载,可以使室内试验的加载范围与实际路面的轴载范围相对应,探究不同路面材料对不同应力级别加载的敏感程度,从而更清晰地了解路面材料的高温变形行为2。在进行多级加载动态蠕变试验时,应尽可能地将实际路面上所有可能的轴载范围都涵盖在内,从而方便地得到该材料对应所有交通荷载级别的变形规律。因此,有必要考虑现有交通等级以及轴载分布等实际路面结构所处的应力状态进行室内的模拟试验,获取较为准确的力学参数,用于反映材料的适用性。该试验选取不同的旧路面整体面层结构以及大修工程后的路面整体结构进行相关研究。通过查阅江苏省高速公路路面养护管理系统,通过轴载谱换算,并且
4、考虑由于较低的荷载级别对沥青混合料蠕变的影响并不显著,设定加载范围为0.61.1MPa。由于高速公路交通流的速度通常不是一个定值,而是在一个范围内波动。已有的研究表明,车速越慢对沥青混凝土的永久变形造成的影响越显著3,而且轴重越重的车辆,在实际行驶中的速度可能越慢。在进行动态蠕变试验时,一次完整的加载持续时间通常设定为1 s,包括了应力脉冲时间和间歇时间。为综合考虑车速对永久变形的影响,在进行室内试验时,可以通过调整室内试验中半正弦波的脉冲时间来模拟不同车速的加载,然后将不同车速下得到的应变取平均,从而得到在可能的行驶速度范围内平均车速下的永久应变。为更准确地评价芯样的高温稳定性,对芯样面层收
5、稿日期:2022-12-16作者简介:夏正丰(1985),男,江苏建湖人,高级工程师,研究方向为道路工程。京沪高速江苏段沥青路面芯样高温性能研究夏正丰(东南大学建筑设计研究院有限公司,江苏 南京 210096)摘要:为研究高速公路路面病害成因,对京沪高速江苏段取得的芯样进行高温性能分析。通过多级加载的局部动态蠕变试验、整体动态蠕变试验及分层动态蠕变试验方法,分析得出:不同养护方案造成的路面高温性能不尽相同,其中旧路不处理直接罩面,性能最差,旧路铣刨后重新加铺的路面结构性能最好。分析结果可为延长高速公路的使用寿命提供参考。关键词:动态蠕变试验;沥青路面;高温性能中图分类号:U414文献标识码:B
6、26交通世界TRANSPOWORLD结构的蠕变性能进行评价,重点评价面层的整体抗高温变形性能。基于沥青路面实际工作状态的整体结构,高温变形试验方法采用全厚式沥青面层整体试件,合理确定了沥青层温度梯度及控制方法等试验条件,从而实现对沥青路面多物理场的耦合模拟,可以对整个面层结构进行高温抗变形能力的评价。结合取芯路段历年气温数据和路面温度随时间和结构深度的变化规律,确定了室内模拟试验中试件内温度梯度的控制方法和试验时间区间,包括环境箱温度、试验开始时间。为评价整体芯样的蠕变性能,将取回的芯样断面切割平整,如图1(a)所示,然后将整体芯样四周和底部分两次刷涂ZS-1型耐高温隔热保温涂料,待固化时间足
7、够后(约为3 d)进行试验。(a)刷涂保温涂料(b)试验过程图1 整体芯样试验图与整体芯样试验类似,分层多级加载动态蠕变试验也分为预加载和多序列加载两个阶段,依旧采用50 mm压头。加载模式如图1(b)所示。但是,对不同层位的芯样需设定不同的加载级别范围及试验温度,以求更接近实际路面受力及温度状况。该试验选取不同的旧路面面层结构以及大修工程后路面结构的上中下面层进行相关研究,切割后的试件如图2(a)所示。结合已有现场实测的路面温度场数据以及 Comsol有限元软件对沥青路面结构的温度场计算结果,考虑不同层位的温度梯度的差异性,确定罩面的试验温度为62,原上面层为58,原中面层为54,原下面层为
8、48。罩面层由于直接承受车辆荷载,因此,加荷级别与整体路面芯样相同。对原路面上中下面层的受力,本研究采用Comsol有限元软件建立了实际路面结构的有限元模型,明确了在不同应力级别作用下Mises应力随面层深度的变化规律。因此,在确定分层试验方案时,原路面上中下面层除温度较罩面层有不同程度的降低外,施加的应力范围也有不同程度的减小。2.2 整体动态蠕变试验由于现有沥青混合料高温变形试验条件与路面实际工作状态有较大的差异,所以其试验结果与路面实测永久变形量的相关性较差。因此,必须建立能够模拟沥青路面实际工作状态的室内试验方法。为了更准确地评价芯样的高温稳定性,对芯样面层结构的蠕变性能进行评价,重点
9、评价面层的整体抗高温变形性能。根据项目组历年来对芯样的研究结论,自主设计基于沥青路面实际工作状态的整体结构高温变形试验方法4。本试验方法采用全厚式沥青面层整体试件,合理确定了沥青层温度梯度及控制方法等试验条件,从而实现对沥青路面多物理场的耦合模拟,可以对整个面层结构进行高温抗变形能力的评价。并从蠕变曲线和不同应力条件下的蠕变速率分别进行定性分析。图3为7个路段不同车道整体结构蠕变曲线图,可以发现各路段整体结构蠕变发展较为稳定,均处于蠕变发展的稳定阶段,蠕变速率相近。其中,路段1蠕变的累计变形相对较大,并且蠕变曲线在试验后期也出现略微上升的趋势,表明该路段整体结构的抗永久变形能力相对较弱,衰减较
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