權(quán)利要求

1.實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，其特征在于，具體包括以下步驟： 步驟1，選取待監(jiān)測的瀝青路面，根據(jù)待監(jiān)測瀝青路面瀝青層的結(jié)構(gòu)和材料制備瀝青混合料試樣； 步驟2，利用材料試驗機對瀝青混合料試樣進行單軸壓縮動態(tài)模量試驗，測量在不同試驗溫度和加載頻率條件下瀝青混合料試樣各結(jié)構(gòu)層的動態(tài)模量，基于時溫等效原理建立瀝青混合料動態(tài)模量主曲線； 步驟3，根據(jù)瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，確定瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，如式（1）所示：  （1） 其中， （2）  （3） 式中， 為瀝青混合料的動態(tài)模量，單位為MPa； 為加載頻率，單位為Hz； 為瀝青混合料的溫度，單位為℃； 為瀝青混合料的最大限制模量，單位為MPa； 、 、 、 均為模型系數(shù)； 為瀝青混合料的礦料間隙率； 為瀝青混合料的瀝青飽和度； 步驟4，在待監(jiān)測瀝青路面中安裝瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)，獲取瀝青路面上車輛的車速和瀝青路面的內(nèi)部溫度，計算瀝青路面上車輛荷載對路面的加載頻率，如式（4）所示：  （4） 式中， 為加載頻率，單位為Hz； 為瀝青路面中瀝青層的厚度，單位為m； 為瀝青路面上車輛的車速，單位為 ； 根據(jù)瀝青路面上車輛荷載對路面的加載頻率和瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部溫度，利用瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，確定瀝青路面瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的瀝青混合料動態(tài)模量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，其特征在于，所述瀝青路面的瀝青層內(nèi)設(shè)置有三個結(jié)構(gòu)層，由上到下依次為上面層、中面層和下面層。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，其特征在于，所述步驟2中，選取多個試驗溫度，在各試驗溫度條件下分別測量加載頻率為0.1Hz、0.2Hz、0.5Hz、1 Hz、2 Hz、5 Hz、10 Hz、20 Hz、25 Hz時瀝青混合料試樣的動態(tài)模量。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，其特征在于，所述試驗溫度為20℃、35℃和50℃。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，其特征在于，所述步驟4中，瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)包括交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置和瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置，瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置分別與交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置相連接； 所述交通軸載測量裝置用于測量瀝青路面上行駛車輛的車速，路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置用于測量瀝青路面瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部溫度，瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置內(nèi)設(shè)置有瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，用于接收交通軸載測量裝置和路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置的測量數(shù)據(jù)，實時計算瀝青路面的瀝青混合料動態(tài)模量。 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，其特征在于，所述交通軸載測量裝置設(shè)置于瀝青層的頂部，路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置設(shè)置于瀝青層各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，其特征在于，所述路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置設(shè)置為溫度傳感器。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及道路工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法。

背景技術(shù)

瀝青混合料動態(tài)模量作為瀝青路面服役性能分析中表征材料特性的重要參數(shù)，是瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計和養(yǎng)護維修的重要依據(jù)，瀝青混合料動態(tài)模量的確定是路面服役性能分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于瀝青混合料的力學性質(zhì)易受加載時間和溫度的影響，導致其動態(tài)模量在特定條件下（加載時間和溫度）為特定值，目前，通常使用瀝青混合料在10Hz、20℃條件下的動態(tài)模量分析瀝青路面服役性能，評價瀝青路面的路面服役情況。但是，瀝青路面實際服役過程中會受到不同交通荷載及環(huán)境條件的影響，單純利用瀝青混合料在10Hz、20℃條件下的動態(tài)模量無法準確分析瀝青路面的路面服役性能，從而無法為瀝青路面服役情況的精確評估提供有力依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決上述問題，提供了一種實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，實現(xiàn)了對瀝青路面中瀝青混合料動態(tài)模量的實時監(jiān)測，為瀝青路面服役性能的準確評估提供了依據(jù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，具體包括以下步驟：

步驟1，選取待監(jiān)測的瀝青路面，根據(jù)待監(jiān)測瀝青路面瀝青層的結(jié)構(gòu)和材料制備瀝青混合料試樣；

步驟2，利用材料試驗機對瀝青混合料試樣進行單軸壓縮動態(tài)模量試驗，測量在不同試驗溫度和加載頻率條件下瀝青混合料試樣各結(jié)構(gòu)層的動態(tài)模量，基于時溫等效原理建立瀝青混合料動態(tài)模量主曲線；

步驟3，根據(jù)瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，確定瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，如式（1）所示：

 （1）其中，（2） （3）式中， 為瀝青混合料的動態(tài)模量，單位為MPa； 為加載頻率，單位為Hz； 為瀝青混合料的溫度，單位為℃； 為瀝青混合料的最大限制模量，單位為MPa； 、 、 、 均為模型系數(shù)； 為瀝青混合料的礦料間隙率； 為瀝青混合料的瀝青飽和度；

步驟4，在待監(jiān)測瀝青路面中安裝瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)，獲取瀝青路面上車輛的車速和瀝青路面的內(nèi)部溫度，計算瀝青路面上車輛荷載對路面的加載頻率，如式（4）所示： （4）式中， 為加載頻率，單位為Hz； 為瀝青路面中瀝青層的厚度，單位為m； 為瀝青路面上車輛的車速，單位為 ；

根據(jù)瀝青路面上車輛荷載對路面的加載頻率和瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部溫度，利用瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，確定瀝青路面瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的瀝青混合料動態(tài)模量。

優(yōu)選地，所述瀝青路面的瀝青層內(nèi)設(shè)置有三個結(jié)構(gòu)層，由上到下依次為上面層、中面層和下面層。

優(yōu)選地，所述步驟2中，選取多個試驗溫度，在各試驗溫度條件下分別測量加載頻率為0.1Hz、0.2Hz、0.5 Hz、1 Hz、2 Hz、5 Hz、10 Hz、20 Hz、25 Hz時瀝青混合料試樣的動態(tài)模量。

優(yōu)選地，所述試驗溫度為20℃、35℃和50℃。

優(yōu)選地，所述步驟4中，瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)包括交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置和瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置，瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置分別與交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置相連接；

所述交通軸載測量裝置用于測量瀝青路面上行駛車輛的車速，路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置用于測量瀝青路面瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部溫度，瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置內(nèi)設(shè)置有瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，用于接收交通軸載測量裝置和路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置的測量數(shù)據(jù)，實時計算瀝青路面的瀝青混合料動態(tài)模量。

優(yōu)選地，所述交通軸載測量裝置設(shè)置于瀝青層的頂部，路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置設(shè)置于瀝青層各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置設(shè)置為溫度傳感器。

本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果：

本發(fā)明方法通過試驗確定瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，獲取瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，建立瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，確定了瀝青路面行駛車輛車速、內(nèi)部溫度與瀝青混合料動態(tài)模量之間的關(guān)系，實現(xiàn)了對瀝青混合料動態(tài)模量的準確計算。同時，本發(fā)明方法還利用瀝青混合料動態(tài)模量智能檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了對瀝青路面中瀝青混合料動態(tài)模量的實時監(jiān)測，為瀝青路面結(jié)構(gòu)服役性能的評價提供了精確的材料參數(shù)，有利于瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計和養(yǎng)護維修，延長瀝青路面的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中瀝青路面的路面結(jié)構(gòu)。

圖2為本發(fā)明實施例中的瀝青混合料動態(tài)模量主曲線；圖中，SMA13曲線為上面層的瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，AC20曲線為中面層的瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，AC25為下面層的瀝青混合料動態(tài)模量主曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。

本發(fā)明提出了一種實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法，具體包括以下步驟：

步驟1，選取待監(jiān)測的瀝青路面，根據(jù)待監(jiān)測瀝青路面瀝青層的結(jié)構(gòu)和材料制備瀝青混合料試樣。

步驟2，利用材料試驗機對瀝青混合料試樣進行單軸壓縮動態(tài)模量試驗，設(shè)置多個試驗溫度，對于各試驗溫度分別改變加載頻率，測量同一溫度不同加載頻率條件下瀝青混合料試樣各結(jié)構(gòu)層的動態(tài)模量，并基于時溫等效原理建立瀝青混合料動態(tài)模量主曲線。

步驟3，根據(jù)瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，確定瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，如式（1）所示：

 （1）其中，（2） （3）式中， 為瀝青混合料的動態(tài)模量，單位為MPa； 為加載頻率，單位為Hz； 為瀝青混合料的溫度，單位為℃； 為瀝青混合料的最大限制模量，單位為MPa； 、 、 、 均為模型系數(shù)； 為瀝青混合料的礦料間隙率； 為瀝青混合料的瀝青飽和度。

步驟4，在待監(jiān)測瀝青路面中安裝瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)，瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)包括交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置和瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置，交通軸載測量裝置用于測量瀝青路面上行駛車輛的車速，路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置用于測量瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部溫度，瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置分別與交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置相連接，瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置用于實時接收交通軸載測量裝置和路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置的測量數(shù)據(jù)，計算瀝青路面的瀝青混合料動態(tài)模量。

瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置能夠根據(jù)瀝青路面上車輛的車速計算車輛荷載對路面的加載頻率，如式（4）所示： （4）式中， 為加載頻率，單位為Hz； 為瀝青路面中瀝青層的厚度，單位為m； 為瀝青路面上車輛的車速，單位為 。

瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置內(nèi)部還設(shè)置有瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，通過將車輛荷載的加載頻率和瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部溫度代入瀝青混合料動態(tài)模量計算模型中，即可實時計算瀝青路面瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的瀝青混合料動態(tài)模量。

實施例1

本實施例以山東濟南地區(qū)高速公路瀝青路面為例，在高速公路上選取實驗路段，采用本發(fā)明提出的一種實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法實時監(jiān)測實驗路段的瀝青混合料動態(tài)模量，具體包括以下步驟：

步驟1，獲取實驗路段的路面結(jié)構(gòu)，如圖1所示，路面結(jié)構(gòu)由上到下依次為瀝青層（包括上面層、中面層和下面層）、粒料層和路基，瀝青層厚度 為180mm，粒料層設(shè)置為34cm級配碎石。瀝青層由上到下依次設(shè)置為上面層、中面層和下面層，其中，上面層厚度為40mm，采用SMA13鋪設(shè)而成，瀝青混合料的瀝青飽和度為65%、礦料間隙率為15.5%；中面層厚度為60mm，采用AC20鋪設(shè)而成，瀝青混合料的瀝青飽和度為63%、礦料間隙率為15.3%；下面層厚度為80mm，采用AC25鋪設(shè)而成，瀝青混合料的瀝青飽和度為67%、礦料間隙率為15.7%。

根據(jù)實驗路段瀝青層的結(jié)構(gòu)和材料制備瀝青混合料試樣，并利用該瀝青混合料試樣確定實驗路段的瀝青混合料動態(tài)模量主曲線。

步驟2，在實驗室內(nèi)利用材料試驗機對瀝青混合料試樣進行單軸壓縮動態(tài)模量試驗，設(shè)置試驗溫度為20℃、35℃和50℃，在各溫度條件下依次將加載頻率調(diào)整為0.1Hz、0.2Hz、0.5 Hz、1 Hz、2 Hz、5 Hz、10 Hz、20 Hz和25 Hz，分別測量加載頻率為0.1Hz、0.2Hz、0.5 Hz、1 Hz、2 Hz、5 Hz、10 Hz、20 Hz、25 Hz時瀝青混合料試樣瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的動態(tài)模量，測量結(jié)果如表1所示。

針對瀝青混合料試樣瀝青層的各結(jié)構(gòu)層，基于時溫等效原理，分別對不同溫度條件下瀝青混合料試樣的加載頻率和動態(tài)模量進行擬合，建立瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，如圖2所示。

表1 單軸壓縮動態(tài)模量試驗測量結(jié)果

步驟3，根據(jù)瀝青混合料動態(tài)模量主曲線，得到瀝青層中各結(jié)構(gòu)層瀝青混合料動態(tài)模量計算模型，如下所示：

瀝青層中上面層的瀝青混合料動態(tài)模量計算模型為：

 （5）式中， 為上面層的瀝青混合料動態(tài)模量，單位為MPa； 為加載頻率，單位為Hz； 為上面層的溫度，單位為℃；

瀝青層中中面層的瀝青混合料動態(tài)模量計算模型為：

 （6）式中， 為中面層的瀝青混合料動態(tài)模量，單位為MPa； 為加載頻率，單位為Hz； 為中面層的溫度，單位為℃；

瀝青層中下面層的瀝青混合料動態(tài)模量計算模型為：

 （7）式中， 為下面層的瀝青混合料動態(tài)模量，單位為MPa； 為加載頻率，單位為Hz； 為下面層的溫度，單位為℃。

由于實際瀝青路面的加載頻率由瀝青路面上的車輛荷載所產(chǎn)生，因此，利用瀝青路面上行駛車輛的車速可以確定車輛荷載作用于瀝青路面上的加載頻率，從而僅需確定行駛于瀝青路面上車輛的車速和瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的內(nèi)部溫度輸入至瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的瀝青混合料動態(tài)模量計算模型中，即可確定瀝青路面瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的瀝青混合料動態(tài)模量。

步驟4，設(shè)置瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)，瀝青混合料動態(tài)模量智能監(jiān)測系統(tǒng)包括交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置和瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置，將交通軸載測量裝置安裝于瀝青層的頂部，將路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置分別埋設(shè)于瀝青層的上面層、中面層和下面層內(nèi)部，本實施例中路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置為溫度傳感器，交通軸載測量裝置、路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置均與瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置相連接，瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置內(nèi)部設(shè)置有瀝青路面瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的瀝青混合料動態(tài)模量計算模型。

利用交通軸載測量裝置實時測量得到實驗路段上車輛的車速為80Km/h，同時利用路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置測量得到瀝青層中上面層溫度為51℃、中面層溫度為48℃、下面層溫度為41℃。將交通軸載測量裝置和路面結(jié)構(gòu)溫度測量裝置的測量數(shù)據(jù)實時傳輸至瀝青路面數(shù)據(jù)處理裝置中，計算得到瀝青層中各結(jié)構(gòu)層的瀝青混合料動態(tài)模量，其中，上面層的瀝青混合料動態(tài)模量為837MPa、中面層的瀝青混合料動態(tài)模量為1393MPa、下面層的瀝青混合料動態(tài)模量為4397MPa，從而實現(xiàn)了對實驗路段瀝青層中各結(jié)構(gòu)層瀝青混合料動態(tài)模量的實時監(jiān)測。

當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。

實時確定瀝青混合料動態(tài)模量的方法.pdf