一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法，该铣刨作业参数优化方法以旧沥青路面实际特性为基本点，通过分析确定旧沥青路面的服务年限和旧沥青路面的集料级配、集料密度、基质沥青型号、矿粉与改性沥青质量比、改性沥青与集料的质量比、改性剂的种类、改性剂的剂量，再模拟沥青老化过程制得老化沥青，加入与旧沥青路面相同规格的集料、矿粉制得与实际旧沥青路面性能更为相近的老化沥青混合料标准试件。利用PFC建立与老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变值更为接近的虚拟沥青混合料模型，导入铣刨机刀具模型，模拟旧沥青路面的铣刨过程，确定使集料在切削过程中尽可能不发生破坏的最佳条件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法
本专利技术涉及道路工程
，具体涉及一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法。
技术介绍
近年来，我国公路交通事业取得了飞速的发展，沥青路面已经成为我国道路发展的主要方向，但每年都有大部分沥青路面需要进行大中修养护，而铣刨作业是沥青路面的大中修工程中一个主要的施工环节。但目前在我国的铣刨作业中，针对各种不同的老化程度、不同类型的沥青混合料均采用一样的铣刨作业方法，而未考虑旧沥青路面的实际性能指标，因此，易造成过多的石料在铣刨过程中被打碎，或者铣刨下来较多的沥青混合料团块。导致铣刨料的规格性能难以保证，同时在铣刨过程中，由于缺乏相应合理的铣刨作业方法，造成铣刨机的磨损也是当下亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法，该铣刨作业参数优化方法能更真实的模拟旧沥青路面性能，达到一种理想的铣刨效果，为旧沥青路面的铣刨提供更加准确的铣刨作业参数，提高旧沥青路面中原料的回收率，降低对铣刨机刀具的损害，提高旧沥青路面的铣刨效率，降低铣刨成本。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法，包括以下步骤：步骤1，旧沥青路面调查取样分析对旧沥青路面进行调查取样，确定旧沥青路面的服务年限和旧沥青路面的集料级配、集料密度、基质沥青型号、矿粉与改性沥青质量比、改性沥青与集料的质量比、改性剂的种类、改性剂的剂量；步骤2，制备老化沥青选取与步骤1中所确定的旧沥青路面相同的基质沥青和改性剂，使用所述改性剂对所述基质沥青进行改性，得到改性沥青，根据步骤1所确定的旧沥青路面的服务年限对所述改性沥青进行RTFOT沥青旋转薄膜加热试验，得到老化沥青；步骤3，单轴压缩试验将所述老化沥青与集料、矿粉制成老化沥青混合料标准试件，并对所述老化沥青混合料标准试件进行单轴压缩试验，确定所述老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变；所述集料的级配与步骤1中所确定的集料的级配相同，所述矿粉与步骤1中所确定的矿粉的种类相同；步骤4，建立虚拟沥青混合料模型，包含以下步骤：子步骤4.1，利用PFC软件根据步骤1所确定的集料的级配和密度生成颗粒，得集料模型；子步骤4.2，设置接触模型参数，模拟老化后的沥青混凝土胶浆的力学性能，建立接触模型；子步骤4.3，利用PFC软件将所述接触模型导入所述集料模型中，建立虚拟沥青混合料模型；步骤5，单轴压缩模拟试验对所述虚拟沥青混合料模型进行单轴压缩模拟试验，确定所述虚拟沥青混合料模型的抗压强度、回弹模量和应变；步骤6，校正虚拟沥青混合料模型对虚拟沥青混合料模型反复进行单轴压缩模拟试验，调节所述虚拟沥青混合料模型的接触模型参数，直至虚拟沥青混合料模型的抗压强度、回弹模量和应变值与所述老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变值在误差范围内，则所述虚拟沥青混合料模型成立；步骤7，铣刨作业参数的优化绘制铣刨刀具，利用PFC软件将所述铣刨刀具导入所述虚拟沥青混合料模型中，模拟旧沥青路面的铣刨过程，确定所述铣刨刀具受力最小时铣刨刀具的切入角、切削深度和切削速度。优选的，步骤2中，所述改性剂的剂量与步骤1中所确定的改性剂的剂量相等。优选的，步骤4和步骤6中，所述接触模型为平行粘结模型。进一步优选的，所述接触模型的参数为变形模量、刚度比、法向抗拉强度、切向抗剪强度和摩擦角。进一步优选的，所述接触模型的变形模量为1e5-1e9Mpa，所述法向抗拉强度为1e5-1e9Mpa，所述切向抗剪强度为1e5-1e9Mpa。进一步优选的，所述接触模型的刚度比为0.1-1，摩擦角为30-40。优选的，步骤6中，所述误差为不超过10％。优选的，步骤7中，当所述旧沥青路面为AC-16沥青混凝土路面时，所述铣刨刀具受力最小时铣刨刀具的切入角为45°。优选的，步骤7中，当所述旧沥青路面为AC-16沥青混凝土路面时，所述铣刨刀具受力最小时铣刨刀具的切削速度为0.5m/s。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法能更真实的模拟旧沥青路面性能，达到一种理想的铣刨效果，为旧沥青路面的铣刨提供更加准确的铣刨作业参数。能使集料与沥青胶浆尽可能多的被剥离，减少旧沥青路面铣刨过程中对集料颗粒的损害，避免铣出较大的团块，能提高旧沥青路面中原料的回收率；同时降低对铣刨机刀具的磨损，提高旧沥青路面的铣刨效率，降低铣刨成本。本专利技术提供了一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法，待铣刨路面一般是服务一定年限的旧沥青路面，本专利技术的铣刨作业参数优化方法以旧沥青路面实际特性为基本点，通过分析确定旧沥青路面的服务年限和旧沥青路面的集料级配、集料密度、基质沥青型号、矿粉与改性沥青质量比、改性沥青与集料的质量比、改性剂的种类、改性剂的剂量，再模拟沥青老化过程制得老化沥青，加入与旧沥青路面相同规格的集料、矿粉制得与实际旧沥青路面性能更为相近的老化沥青混合料标准试件。对老化沥青混合料标准试件进行实验室单轴压缩试验，利用PFC建立虚拟沥青混合料模型并进行单轴压缩模拟试验，通过单轴压缩模拟试验反复较正虚拟沥青混合料模型，使建立的虚拟沥青混合料模型的抗压强度、回弹模量和应变与老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变误差在10％内，向建立的虚拟沥青混合料模型中导入铣刨机刀具模型，模拟旧沥青路面的铣刨过程，以获取合理的铣刨机刀具参数，确定使集料在切削过程中尽可能不发生破坏的最佳条件。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1为集料颗粒的初始模型；图2为集料颗粒重排后的力链图；图3为消除“浮动”颗粒后的集料模型；图4为制备完成的虚拟沥青混合料模型图；图5为应力-应变曲线图，其中横坐标为应变，单位为10-3，纵坐标为应力，单位为106Pa；图6为刀头尺寸图；图7为旧沥青路面三维切削模型，其中α表示切入角，h表示切削深度；图8为不同切削速度下刀具切削图；其中，A图是切削速度为0.5m/s时刀具切削图，B图是切削速度为1m/s时刀具切削图，C图是切削速度为1.5m/s时刀具切削图；图9为不同切削速度下刀具X方向的受力图，横纵坐标为刀具位移，单位mm；纵坐标为刀具X方向的受力，单位N；图10为不同切削速度下刀具Y方向的受力图；横纵坐标为刀具位移，单位mm；纵坐标为刀具Y方向的受力，单位N；图11为不同切削速度下刀具Z方向的受力图；横纵坐标为刀具位移，单位mm；纵坐标为刀具Z方向的受力，单位N；图12为不同切入角下刀具切削图；其中，A图是切入角为40°时刀具切削图，B图是切入角为45°时刀具切削图，C图是切入角为50°时刀具切削图；图13为不同切入角下刀具X方向的受力图，横纵坐标为刀具位移，单位mm；纵坐标为刀具X方向的受力，单位N；图14为不同切入角下刀具Y方向的受力图，横纵坐标为刀具位移，单位mm；纵坐标为刀具Y方向的受力，单位N；图15为不同切入角下刀具Z方向的受力图，横纵坐标为刀具位移，单位mm；纵坐标为刀具Z方向的受力，单位N；图16为不同切削深度下刀具切削图；其中，A图是切削深度为20mm时刀具切削图，B图是切削深本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，旧沥青路面调查取样分析对旧沥青路面进行调查取样，确定旧沥青路面的服务年限和旧沥青路面的集料级配、集料密度、基质沥青型号、矿粉与改性沥青质量比、改性沥青与集料的质量比、改性剂的种类、改性剂的剂量；步骤2，制备老化沥青选取与步骤1中所确定的旧沥青路面相同的基质沥青和改性剂，使用所述改性剂对所述基质沥青进行改性，得到改性沥青，根据步骤1所确定的旧沥青路面的服务年限对所述改性沥青进行RTFOT沥青旋转薄膜加热试验，得到老化沥青；步骤3，单轴压缩试验将所述老化沥青与集料、矿粉制成老化沥青混合料标准试件，并对所述老化沥青混合料标准试件进行单轴压缩试验，确定所述老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变；所述集料的级配与步骤1中所确定的集料的级配相同，所述矿粉与步骤1中所确定的矿粉的种类相同；步骤4，建立虚拟沥青混合料模型，包含以下步骤：子步骤4.1，利用PFC软件根据步骤1所确定的集料的级配和密度生成颗粒，得集料模型；子步骤4.2，设置接触模型参数，模拟老化后的沥青混凝土胶浆的力学性能，建立接触模型；子步骤4.3，利用PFC软件将所述接触模型导入所述集料模型中，建立虚拟沥青混合料模型；步骤5，单轴压缩模拟试验对所述虚拟沥青混合料模型进行单轴压缩模拟试验，确定所述虚拟沥青混合料模型的抗压强度、回弹模量和应变；步骤6，校正虚拟沥青混合料模型对虚拟沥青混合料模型反复进行单轴压缩模拟试验，调节所述虚拟沥青混合料模型的接触模型参数，直至虚拟沥青混合料模型的抗压强度、回弹模量和应变值与所述老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变值在误差范围内，则所述虚拟沥青混合料模型成立；步骤7，铣刨作业参数的优化绘制铣刨刀具，利用PFC软件将所述铣刨刀具导入所述虚拟沥青混合料模型中，模拟旧沥青路面的铣刨过程，确定所述铣刨刀具受力最小时铣刨刀具的切入角、切削深度和切削速度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，旧沥青路面调查取样分析对旧沥青路面进行调查取样，确定旧沥青路面的服务年限和旧沥青路面的集料级配、集料密度、基质沥青型号、矿粉与改性沥青质量比、改性沥青与集料的质量比、改性剂的种类、改性剂的剂量；步骤2，制备老化沥青选取与步骤1中所确定的旧沥青路面相同的基质沥青和改性剂，使用所述改性剂对所述基质沥青进行改性，得到改性沥青，根据步骤1所确定的旧沥青路面的服务年限对所述改性沥青进行RTFOT沥青旋转薄膜加热试验，得到老化沥青；步骤3，单轴压缩试验将所述老化沥青与集料、矿粉制成老化沥青混合料标准试件，并对所述老化沥青混合料标准试件进行单轴压缩试验，确定所述老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变；所述集料的级配与步骤1中所确定的集料的级配相同，所述矿粉与步骤1中所确定的矿粉的种类相同；步骤4，建立虚拟沥青混合料模型，包含以下步骤：子步骤4.1，利用PFC软件根据步骤1所确定的集料的级配和密度生成颗粒，得集料模型；子步骤4.2，设置接触模型参数，模拟老化后的沥青混凝土胶浆的力学性能，建立接触模型；子步骤4.3，利用PFC软件将所述接触模型导入所述集料模型中，建立虚拟沥青混合料模型；步骤5，单轴压缩模拟试验对所述虚拟沥青混合料模型进行单轴压缩模拟试验，确定所述虚拟沥青混合料模型的抗压强度、回弹模量和应变；步骤6，校正虚拟沥青混合料模型对虚拟沥青混合料模型反复进行单轴压缩模拟试验，调节所述虚拟沥青混合料模型的接触模型参数，直至虚拟沥青混合料模型的抗压强度、回弹模量和应变值与所述老化沥青混合料标准试件的抗压强度、回弹模量和应变值在误差范围内，则所述虚拟沥青混合料...

【专利技术属性】
技术研发人员：武建民，朱佰贺，吴春生，李大伟，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61