一种基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，可有效表征沥青路面在服役过程中的老化梯度行为，对沥青路面力学响应及设计提出指导。本发明专利技术的老化梯度原位表征方法包含如下步骤：（1）现场路面钻芯取样；（2）基于现场路面芯样切割获取不同层位的沥青混合料小块试件；（3）试件打磨及抛光：利用砂纸对沥青混合料小块试件进行打磨，并利用金刚石及抛光机对样品进行表面平整化处理，以满足纳米压痕测试需要；（4）通过纳米压痕试验机测试不同层位沥青混合料小块的弹性模量，绘制弹性模量与深度的梯度曲线，进而计算路面的老化系数，由此精准评价路面的原位老化梯度行为，从而为路面力学响应及路面病害分析提供参考。考。考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法


[0001]本专利技术涉及沥青混合料材料领域，具体涉及一种基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法。

技术介绍

[0002]老化及其引起的沥青路面性能劣化在路面内部的分布存在不均匀性，即沥青路面结构性能在厚度方向呈现梯度变化，若不能精确表征这种老化行为的不均匀性并分析其对路面性能的影响，则无法实现最优的养护时机选择、养护措施决策以及准确的路面寿命预测。例如在设计阶段，目前我国的沥青路面设计规范对沥青混合料的老化梯度未作详细的规定，在路面设计中也未考虑老化梯度对道路设计寿命的影响，这是大多数道路工程实际寿命远小于设计寿命的重要原因之一。又如在沥青路面的养护维修中，常常需要对老化沥青路面表层进行铣刨，若不能确定沥青面层中老化及其产生的性能劣化的分布情况，则可能过度铣刨或铣刨不足，影响工程效益。此外，在常规沥青路面寿命及破坏形式预测中，一般认为沥青路面开裂的主要形式应为bottom
‑
up(由下至上)形式，即面层底部在反复弯拉作用下达到疲劳极限出现裂纹，进而反射到路表，但是在实际调查中发现越来越多的破坏形式为top
‑
down(由上至下)开裂。出现这种情况的主要原因除了在轮胎底部和边缘、路表以下一定深度存在较大的剪切应力/应变，另一个受到学界认可的原因就在于路面表层往往老化硬化严重，松弛能力下降导致其脆性增强，两者相结合就会导致top
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down形式的裂缝出现。相关研究也证明了这一点，即表层的破坏密度远远高于底层。由此可见老化在路面厚度中的分布在沥青混合料破坏及寿命预测中极为重要。
[0003]然而，目前针对老化梯度的研究受限于现有的宏观试验。一是有技术人员在获取长期服役后的现场试件后，通过抽提的方法分层回收不同深度上的沥青，开展相关试验，获得老化梯度分布规律。这种将沥青从混合料中单独提取出来进行测试，破坏了沥青混合料的整体性，属于有损检测。其次，老化沥青的部分组分在抽提、回收过程中可能难以被萃取完全，同时这种方法引入的溶剂对沥青的微观结构和组分也会产生无法预估的影响，尤其是对于目前广泛使用的聚合物改性沥青，抽提过程导致的聚合物性质的变化是不可逆的。此外这种切片抽提方式受限于沥青抽提量的要求，一般是将5厘米左右的混合料近似为一层，导致测得的性能数据过少，无法很好刻画表层连续变化的老化梯度。二是采用全局老化模型预估实际沥青混凝土路面结构在不同老化时间、温度下，不同深度处的材料参数。当前广泛采用的是M.W.Mirza和M.W.Witczak基于大量试验路的现场测试数据，考虑温度、老化时间等因素通过回归分析方法，建立的沥青路面全局老化模型。但该方法中的计算参数，如粘度，是通过预测公式计算得到，并不能真实反映一定服役期后沥青混凝土内部不同深度上的沥青实际状态。
[0004]因此，用现有宏观试验手段难以实现对沥青混合料老化梯度行为的精细化表征，提出利用纳米压痕来原位表征老化梯度的技术手段。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服以上技术问题的不足而提供一种基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，可以更精准的表征沥青混合料老化后的梯度行为，从而为路面力学响应及路面病害分析提供参考。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，包括以下步骤：
[0008](1)路面钻芯取样；
[0009](2)基于现场路面芯样切割获取不同层位的沥青混合料小块试件；
[0010](3)试件打磨及抛光：利用砂纸对沥青混合料小块试件进行打磨，并对样品进行表面平整化处理，以满足纳米压痕测试需要；
[0011](4)通过纳米压痕机测试不同层位沥青混合料小块的弹性模量，绘制弹性模量与深度的梯度曲线，通过路面平均老化系数反应实际路面老化梯度，实现沥青路面原位老化梯度的表征，路面平均老化系数C的计算公式为：
[0012][0013]每层的老化系数C
i
为
[0014][0015]其中，i为层数，E
i
是对应的每层纳米压痕模量值，E0是所测路面的上面层最底层的模量值。
[0016]进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，步骤(1)中通过钻孔取芯机在目标路面上钻取沥青混合料芯样。
[0017]进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，步骤(1)中，所述路面的上面层由玄武岩集料，石灰岩矿粉和SBS改性沥青按照SMA
‑
13级配混合铺筑而成。
[0018]进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，步骤(3)中利用金刚石及抛光机对样品进行表面平整化处理。
[0019]进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，步骤(2)中的沥青混合料小块试件采用1850瓦切割机对获取的钻芯样按照厘米分层切割得到。
[0020]进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，步骤(3)中对沥青混合料小块试件进行打磨前，先将沥青混合料小块试件固化。
[0021]进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，步骤(3)中试件打磨及抛光由不同目数的金相砂纸和抛光布对试件依次打磨。
[0022]进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，步骤(4)中实现沥青路面原位老化梯度的表征是对不同层位的沥青混合料试件分别选取合适的胶浆相区域进行多个测点的测量，获取每个试件的多个测点的弹性模量值，将模量取均值后按深度绘制于同一坐标系中得到老化梯度曲线图。
[0023]更进一步的，所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，其特征在于，将沥青混合料小块试件固化的过程为将环氧树脂AB胶按照比例混合并搅拌至清澈，与得到的沥青混合料小块一同浇筑在模具中，等环氧树脂固化后脱模得到树脂试样。
[0024]有益效果
[0025]与现有技术相比，本专利技术利用纳米压痕技术直接对沥青混合料试件进行试验，不需经过抽提等处理，是一种原位无损测试技术，能在不破坏沥青混合料整体性的情况下，直接测量沥青胶浆的力学性能，能更准确地反映沥青混合料中沥青相的老化行为。其次，纳米压痕测得的结果为材料的模量力学指标，而非车辙深度、弯拉应变等间接指标，能更直观地反映材料本身的力学性质，可以为有限元或离散元等软件进行模拟提供更有效直观的参数。此外，通过计算路面的老化系数，是一种可行的路面老化梯度行为的一种原位表征方法。因此通过本专利技术方法可以准确地反映实际路面中不同服役年限的原位老化梯度，采用本专利技术提供的方法评价的老化梯度行为更加可靠，进而为路面力学响应及路面病害分析提供参考。
附图说明
[0026]图1a为本专利技术实施例中从路面钻芯样中切取长条，并按厘米切割得到不同层位的沥青混合料小块试件的示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）路面钻芯取样；（2）基于现场路面芯样切割获取不同层位的沥青混合料小块试件；（3）试件打磨及抛光：利用砂纸对沥青混合料小块试件进行打磨，并对样品进行表面平整化处理，以满足纳米压痕测试需要；（4）通过纳米压痕机测试不同层位沥青混合料小块的弹性模量，绘制弹性模量与深度的梯度曲线，通过路面平均老化系数反应实际路面老化梯度，实现沥青路面原位老化梯度的表征，路面平均老化系数C的计算公式为：每层的老化系数为其中，为层数， 是对应的每层纳米压痕模量值，是所测路面的上面层最底层的模量值。2.根据权利要求1所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，其特征在于，步骤（1）中通过钻孔取芯机在目标路面上钻取沥青混合料芯样。3.根据权利要求1所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，其特征在于，步骤（1）中，所述路面的上面层由玄武岩集料，石灰岩矿粉和SBS改性沥青按照SMA
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13级配混合铺筑而成。4.根据权利要求1所述的基于压痕测试的沥青混合料老化梯度的原位表征方法，其特征在于，步骤（3）中利用金刚石及抛光机对样品进行表...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，于运红，徐刚，石晨光，易星宇，王厚植，陈先华，王晓，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：