[发明专利]通过芯样疲劳‑模量综合性能预测沥青路面剩余寿命的方法

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种通过芯样疲劳-模量综合性能预测沥青路面剩余寿命的方法。

背景技术

沥青混凝土路面具有表面平整性好、对车辆和飞机震动影响小、行车和飞机滑行平稳舒适等优点，而且施工快捷，维修方便可再生，因此在高速公路、桥面铺装和机场跑道等高等级公路中具有广泛的应用。随着高等级公路的快速发展，对其各方面的服役性能要求也越来越高。近年来，我国高等级沥青混凝土路面随着服役时间的增加而显现出了日益严重的路面破坏现象，主要以裂缝、坑槽、车辙等病害形式表现出来，严重的影响了其行车舒适性、行车安全等服役性能。

我国要求沥青混凝土路面的设计使用年限为15年，但由于道路施工控制不够严格及超载严重等原因，导致了上述各种类型的破坏，影响了正常交通，需要提前进行路面的功能性修复甚至是结构性的维修与改造。而且经调查发现我国几乎绝大部分道路都需要提前进行大面积路面的维修与改造。但是，在路面出现病害后，是否应该进行结构性的维修，采取何种措施进行维修尚没有统一的标准。这就要求我们可以在一定程度上对不同病害特征的路面进行服役寿命预测，为何时进行路面养护提供一定的理论依据支持。目前沥青路面寿命预测方法主要有现象学法、力学近似法和能耗法。但是每个方法都有一定的局限性，不能从整体上系统的对沥青混合料的寿命进行预测。

发明内容

本发明目的在于更为准确、综合地描述路面在服役过程中沥青混合料破环失效的过程及规律，确定不同病害对路面的功能性功能及结构性功能的影响程度，可以更为准确地预估沥青路面剩余寿命，以更好的确定沥青路面的维修和改造时机。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

通过芯样疲劳-模量综合性能预测沥青路面剩余寿命的方法，包括以下步骤：

1)在沥青路面典型病害位置处钻芯取样；

2)确定芯样动态载荷作用下的回弹模量，其回弹模量按下式计算:

式中：E为间接拉伸模量，MPa；P为荷载，N；μ为泊松比；d为试件的水平方向位移，mm；T为试件的高度，mm；

3)确定芯样疲劳试验的变形-循环加载次数曲线，建立疲劳方程：

式中：N_f为试件疲劳破坏时的重复载荷作用次数；σ₀为施加的应力，MPa；Lg(K)为曲线的截距，n为曲线中的斜率；

4)建立模型预测沥青路面的剩余疲劳寿命：

式中f₁为实验中得到的系数，通过非线性规划求解使的(N₁-N_f)/N_f的平方和最小得出，E为上面得到的模量；

按上述方案，还包括结合温度的因素得到路面的实际寿命为：

式中C₁、C₂，m分别为试验常数，通过非线性规划求解使的(N-N₁)/N₁的平方和最小，从而得出以上常数值，T₀为参考温度。

按上述方案，还包括结合交通量的因素得到路面的实际寿命为：

N_c＝N-D

式中，D表示目前的交通量。

按上述方案，所述沥青路面典型病害为横缝、纵缝、车辙或坑槽。

按上述方案，在进行回弹模量试验时，试验温度为5℃，25℃，40℃。

按上述方案，在进行疲劳性能试验时，至少在3种应力比动态荷载下进行试验，分析疲劳性能。

沥青混合料属于典型的粘弹性材料，在受到行驶车辆的载荷作用下，既有因为高温蠕变产生滑移、拥包等病害，又有因为低温疲劳破坏而产生开裂的破坏。所以应该从沥青混合料的粘弹性本构关系出发，综合考虑模量、疲劳两方面的影响，对原有路面的疲劳寿命进行预估从而对路面的养护维修提供指导。

本发明的有益效果在于：

综合考虑了沥青混合料的粘弹性质，通过动态载荷作用模拟路面实际受力情况，分析比较不同位置的模量，疲劳曲线来描述路面的剩余寿命，为沥青混凝土路面的养护维护提供定量的剩余寿命预测，可以克服长期以来在路面维修时机选择时的随意性。

附图说明

图1：动态加载下应力-应变关系曲线；

图2：5℃时不同频率下回弹模量分布图；

图3：25℃时不同频率下回弹模量分布图；

图4：40℃时不同频率下回弹模量分布图；