桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，包括以下步骤：(1)取鼓泡半径不同的桥面铺装层试件；(2)对桥面铺装层施加均布荷载；(3)记载鼓泡变化并处理计算得到挠度w；(4)结合挠度w公式计算弹性模量E；(5)根据临界荷载q及E计算临界能量释放率GC；(6)根据模态分析得到Ⅰ型及Ⅱ型断裂界面临界应力强度因子K1c和K2c；(7)根据步骤(6)计算模态相位角ψ；(8)根据GC、ψ及界面断裂韧性Г0(ψ)得到纯I型界面断裂韧性GIC和试验参数λ；(9)通过Г0(ψ)评价桥面铺装层鼓泡界面的扩展性能。本发明专利技术用于评价桥面铺装层鼓泡的扩展性能，为防治桥面铺装层发生鼓泡及坑槽等病害增加理论依据。

Measuring method for fracture toughness of bridge deck pavement bubbling interface

The invention discloses a method for measuring the fracture toughness of bridge deck pavement bubbling interface, which comprises the following steps: (1) taking bridge deck pavement specimens with different bubbling radius; (2) applying uniform load on bridge deck pavement; (3) recording the change of bubbling and calculating deflection w; (4) calculating elastic modulus E with deflection w formula; (5) root According to the critical load Q and E, the critical energy release rate is calculated by GC; (6) The critical stress intensity factors K1c and K2c of the type I and type I I fracture interface are obtained by modal analysis; (7) The modal phase angle_is calculated by step (6); (8) The pure I interface fracture toughness GIC and the test parameter_are obtained by GC, _and the interfacial fracture toughness_0 (_); (9) The fracture toughness GIC of the type I interface is obtained by_0 (_). To evaluate the expansion performance of bridge deck pavement bubbling interface. The invention is used for evaluating the expansion performance of the bridge deck pavement bubbling, and provides a theoretical basis for preventing and treating the diseases of the bridge deck pavement such as bubbling and pitting.

【技术实现步骤摘要】
桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法
本专利技术涉及交通运输领域，特别涉及一种桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法。
技术介绍
近年来，随着新材料和新技术的发展和使用，桥面铺装层横向裂纹和永久变形等病害减少，而鼓泡逐渐成为桥面铺装主要病害类型并引起人们的广泛关注。桥面铺装鼓泡一般集中出现在沥青层与防水粘结层之间，或在防水粘结层和桥面板之间。当桥面板或调平层顶面在施工过程中混入水分，高温时水分受热就会变成水蒸气，由于铺装层空隙率小，从而导致体积膨胀，致使铺装层顶起形成鼓泡现象，这些水汽泡或夹气在车辆荷载作用下会出现漂移运动，容易导致桥面铺装层的开裂、破碎，甚至出现坑洞。桥面板与沥青混凝土铺装层界面两侧材料的弹性模量相差较大，容易在界面处形成微裂纹的萌生，同时桥面铺装施工过程中不可避免地会在界面处引入杂质、产生孔洞等缺陷，使得该界面成为薄弱环节。这些微裂纹或界面缺陷很容易导致界面处存在水分和空气，并在高温时发生鼓泡现象。在交通荷载和温度作用下，外界环境中的空气、水分会通过鼓泡裂纹入渗，腐蚀桥面板，甚至铺装层发生水损害，从而对行车安全和桥梁的使用寿命产生严重的影响，而且还会出现大规模的铺装翻修，这均会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。目前国内外对鼓泡病害一般采用事后处理的方法，比如采用打孔泄水减压，预开槽排水等措施，虽然这些方法均起到了一定的减缓作用，但没有从根本上解决桥面铺装鼓泡病害，而且当鼓泡产生后，没有具体的评价方法和评价指标来指导桥面铺装层鼓泡病害进行修复，无法从根本上解决桥面铺装鼓泡对桥面铺装层的危害问题。因此，有必要对现有技术改进以解决上述技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，评价桥面铺装层鼓泡的扩展性能。具体而言通过以下技术方案实现：本专利技术的桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，包括以下步骤：(1)取鼓泡半径不同的桥面铺装层试件置于平台上；(2)对桥面铺装层不断施加均布荷载至桥面铺装层鼓泡临界扩展；(3)记载桥面铺装层鼓泡的变化并进行处理、计算，得到桥面铺装层鼓泡上的任一点在任一变化状态的挠度w；(4)根据步骤(2)中的桥面铺装层鼓泡变化过程中的任一状态时施加的荷载q0及施加该荷载q0时步骤(3)中得到鼓泡上任一点的挠度w0，结合挠度w的计算公式，计算得到桥面铺装层的弹性模量E；(5)根据步骤(2)中的桥面铺装层鼓泡变化至临界扩展时施加的荷载q及步骤(4)中计算的弹性模量E，计算桥面铺装层鼓泡发生扩展时的临界能量释放率GC；(6)根据模态分析得到桥面铺装层Ⅰ型断裂界面临界应力强度因子K1c及Ⅱ型断裂界面应力强度因子K2c；(7)根据步骤(6)中的桥面铺装层断裂界面临界应力强度因子计算桥面铺装层界面断裂的模态相位角ψ；(8)根据步骤(5)中的临界能量释放率GC、步骤(6)中的模态相位角ψ及界面断裂韧性Г0(ψ)公式计算桥面铺装层纯I型界面断裂韧性GIC和试验参数λ，最终得到界面断裂韧性Г0(ψ)与模态相位角ψ之间的关系：Γ0(ψ)＝GC＝GIC[1+(1-λ)tan2ψ]；(9)根据步骤(8)中的界面断裂韧性Г0(ψ)，评价桥面铺装层鼓泡的扩展性能。进一步，所述桥面铺装层界面断裂的模态相位角ψ为：进一步，所述挠度w的计算公式为：当其中r为鼓泡上任一点到鼓泡对称轴中心的距离，当其中r为径向鼓泡上任一点至中面的距离，其中，q为荷载，v为桥面铺装层的泊松比，h为桥面铺装层的厚度，R为桥面铺装层鼓泡的半径，E为桥面铺装层的弹性模量。进一步，所述桥面铺装层鼓泡的能量释放率G为：当当其中，q为荷载，v为桥面铺装层的泊松比，h为桥面铺装层的厚度，R为桥面铺装层鼓泡的半径，E为桥面铺装层的弹性模量。进一步，所述步骤(6)中的模态分析采用有限元计算模态分析。进一步，所述桥面铺装层试件设有盲孔。进一步，所述桥面铺装层试件的制备包括以下步骤：(1)制作桥面板；(2)在桥面板上涂抹粘结层，凝结硬化后在粘结层上浇筑铺装层；(3)铺装层凝结硬化后，在铺装层的相对面取任意半径的圆柱形芯样，得到桥面铺装层试件；(4)步骤(3)的桥面铺装层试件的表面制备散斑图。进一步，所述步骤(3)采用图像数字测量装置进行记载并采用计算机图像数字处理程序进行处理、计算。进一步，所述图像数字测量装置采用CCD摄像头。进一步，所述荷载采用液压对桥面铺装层试件进行施加。本专利技术的有益效果：本专利技术仅仅需要计算出桥面铺装层的界面断裂韧性Г0(ψ)，对于鼓泡半径为任意值的同种材料的桥面铺装层，计算其能量释放率G并与界面断裂韧性Г0(ψ)比较，可以评价桥面铺装层鼓泡的扩展性能，而不需要对鼓泡半径为任意值的同种材料的桥面铺装层重复做试验来判断桥面铺装层鼓泡是否发生扩展；本专利技术得到的桥面铺装层的鼓泡变化过程中挠度及荷载的数据误差小，因此本方法计算的能量释放率误差小，可以准确评价桥面铺装层鼓泡界面扩展性能，从而判断面铺装层的使用性能和服务寿命，保障面铺装层的安全性；本专利技术的其他有益效果将结合下文具体实施例进行进一步的说明。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术采用的实验装置的结构示意图；图2为桥面铺装层试件的结构示意图；图3为桥面铺装层的鼓泡扩展结构示意图。图中：1、桥面铺装层试件；2、光源；3、CCD摄像头；4、滑轨；5、管道；6、连接杆；7、储油箱；8、加压油缸；9、压力传感器；10、桥面；11、粘结层；12、盲孔；13、桥面铺装层；131、鼓泡；132、鼓泡扩展具体实施方式如图所示：本实施例中的桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，包括以下步骤：(1)取两个鼓泡半径不同的桥面铺装层试件1置于平台上，此试件除了桥面铺装层的鼓泡的半径不同，其他条件都相同；(2)分别对两个鼓泡半径不同的桥面铺装层13不断施加均布荷载至桥面铺装层13鼓泡131临界扩展,本实施例中，采用单次极限加载的方法，为使桥面铺装层试件1的变形等速增加，保持10mm/min的加载速度进行匀速加载，为了避免冲击效应影响试验结果，因此尽量保持恒定的加载速度，直到桥面铺装层试件1鼓泡131发生界面断裂为止，本实施例中，桥面10采用混凝土桥面，桥面铺装层13采用桥面沥青铺装层；(3)记载桥面铺装层鼓泡的变化并进行处理、计算，得到桥面铺装层鼓泡上的任一点在任一变化状态的挠度w；(4)取其中一个试件的数据，根据步骤(2)中的桥面铺装层13鼓泡131变化过程中的任一状态时施加的荷载q0及施加该荷载q0时步骤(3)中得到鼓泡131上任一点的挠度w0，本实施例中，根据步骤(2)中的桥面铺装层13鼓泡131变化至临界扩展时施加的荷载q即临界荷载q及施加该临界荷载q时步骤(3)中得到鼓泡131的临界挠度w，结合挠度w的计算公式，计算得到桥面铺装层13的弹性模量E，两个试件的桥面铺装层13的弹性模量E相同；(5)根据步骤(2)中的两个桥面铺装层13鼓泡131变化至临界扩展时施加的荷载q及步骤(4)中计算的弹性模量E，计算两桥面铺装层13鼓泡131的临界能量释放率GC，不同半径的鼓泡131的临界能量释放率分别为G1C和G2C；(6)根据模态分析得到桥面铺装层13Ⅰ型断裂界面临界应力强度因子K1c及Ⅱ型断裂界面临界应力强度因子K2c；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)取鼓泡半径不同的桥面铺装层试件置于平台上；(2)对桥面铺装层不断施加均布荷载至桥面铺装层鼓泡临界扩展；(3)记载桥面铺装层鼓泡的变化并进行处理、计算，得到桥面铺装层鼓泡上的任一点在任一变化状态的挠度w；(4)根据步骤(2)中的桥面铺装层鼓泡变化过程中的任一状态时施加的荷载q0及施加该荷载q0时步骤(3)中得到鼓泡上任一点的挠度w0，结合挠度w的计算公式，计算得到桥面铺装层的弹性模量E；(5)根据步骤(2)中的桥面铺装层鼓泡变化至临界扩展时施加的荷载q及步骤(4)中计算的弹性模量E，计算桥面铺装层鼓泡发生扩展时的临界能量释放率GC；(6)根据模态分析得到桥面铺装层Ⅰ型断裂界面临界应力强度因子K1c及Ⅱ型断裂界面应力强度因子K2c；(7)根据步骤(6)中的桥面铺装层断裂界面临界应力强度因子计算桥面铺装层界面断裂的模态相位角ψ；(8)根据步骤(5)中的临界能量释放率GC、步骤(6)中的模态相位角ψ及界面断裂韧性Г0(ψ)公式计算桥面铺装层纯I型界面断裂韧性GIC和试验参数λ，最终得到界面断裂韧性Г0(ψ)与模态相位角ψ之间的关系：Γ0(ψ)＝GC＝GIC[1+(1‑λ)tan2ψ]；(9)根据步骤(8)中的界面断裂韧性Г0(ψ)，评价桥面铺装层鼓泡的扩展性能。...

【技术特征摘要】
1.一种桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)取鼓泡半径不同的桥面铺装层试件置于平台上；(2)对桥面铺装层不断施加均布荷载至桥面铺装层鼓泡临界扩展；(3)记载桥面铺装层鼓泡的变化并进行处理、计算，得到桥面铺装层鼓泡上的任一点在任一变化状态的挠度w；(4)根据步骤(2)中的桥面铺装层鼓泡变化过程中的任一状态时施加的荷载q0及施加该荷载q0时步骤(3)中得到鼓泡上任一点的挠度w0，结合挠度w的计算公式，计算得到桥面铺装层的弹性模量E；(5)根据步骤(2)中的桥面铺装层鼓泡变化至临界扩展时施加的荷载q及步骤(4)中计算的弹性模量E，计算桥面铺装层鼓泡发生扩展时的临界能量释放率GC；(6)根据模态分析得到桥面铺装层Ⅰ型断裂界面临界应力强度因子K1c及Ⅱ型断裂界面应力强度因子K2c；(7)根据步骤(6)中的桥面铺装层断裂界面临界应力强度因子计算桥面铺装层界面断裂的模态相位角ψ；(8)根据步骤(5)中的临界能量释放率GC、步骤(6)中的模态相位角ψ及界面断裂韧性Г0(ψ)公式计算桥面铺装层纯I型界面断裂韧性GIC和试验参数λ，最终得到界面断裂韧性Г0(ψ)与模态相位角ψ之间的关系：Γ0(ψ)＝GC＝GIC[1+(1-λ)tan2ψ]；(9)根据步骤(8)中的界面断裂韧性Г0(ψ)，评价桥面铺装层鼓泡的扩展性能。2.根据权利要求1所述的桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，其特征在于：所述桥面铺装层界面断裂的模态相位角ψ为：3.根据权利要求2所述的桥面铺装层鼓泡界面断裂韧性的测量方法，其特征在于：所述挠度w的计算公式为：当其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，郝培文，李辉，王德玉，谢云飞，陈晓帅，薛云洲，郭君淮，邓占林，付金龙，许世鑫，徐尉豪，邵恒，王中原，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41