一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法技术

本发明专利技术涉及一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，包括以下步骤，构建沥青混合料长期耐久性预测模型，预测模型包含有沥青混合料在大应变下的疲劳寿命与柔性指数的函数关系；对选定沥青进行长期老化试验，随后进行疲劳试验，获取沥青在大应变下的疲劳寿命；将获取的疲劳寿命输入到预测模型中，利用疲劳寿命与柔性指数的函数关系计算得到沥青混合料长期耐久性能

【技术实现步骤摘要】
一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法


[0001]本专利技术涉及道路工程
，具体为一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法
。

技术介绍

[0002]随着交通出行量不断增加，在复杂的交通荷载和自然环境影响下，沥青路面疲劳开裂问题逐渐凸显，已成为沥青路面的主要病害之一，严重影响了道路结构的使用功能和服务质量
。
因此，在沥青路面修筑之前，有必要通过试验对混合料的长期耐久性能进行评估，优选出抗疲劳开裂性能优越的路面材料，从源头上减小沥青路面开裂的风险，提高其长期耐久性能
。
[0003]目前，现有技术公开的沥青混合料疲劳抗裂性能评估的常用方法有重复直接拉伸试验
、
四点弯曲试验
、
半圆弯拉试验等
。
而这些试验均需要制备沥青混合料试件，实验周期长，耗材多，且沥青混合料试验数据离散型较大，为获得可靠的数据需进行大量的数据积累，资源消耗大；同时这些试验对设备精度要求高，如进行半圆弯拉试验时，需要能够精准控温和施加动态荷载的力学试验机，而该仪器价格高昂，在设计和施工单位中普及较少，导致试验成本高的问题
。
[0004]基于上述问题，亟待建立一种高效
、
简约且成本低廉的方法来预测沥青混合料的长期耐久性能
。
沥青作为沥青混合料中集料的粘结剂，承担着传递强度和调节应力分布的重要作用
。
沥青混合料的疲劳裂缝往往产生于沥青相，在车轮荷载的反复作用下，沥青相会发生应力集中和应力反复变化现象，导致其内部出现微小裂纹，这些微小裂纹会逐渐扩展并相互连接，最终形成疲劳裂缝
。
由此可见，沥青的疲劳抗裂性能在混合料的疲劳开裂中扮演着重要角色，但目前缺乏一种将二者建立联系的方法
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是：提供一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，通过该方法仅需对沥青进行试验便可预测混合料的长期耐久性，能够节省大量试验成本，优选出满足混合料疲劳抗裂性能要求的沥青材料组成体系，提高了沥青混合料长期耐久性的评价效率，具有一定的工程实用价值
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，包括以下步骤，
[0008]构建沥青混合料长期耐久性预测模型，预测模型包含有沥青混合料在大应变下的疲劳寿命与柔性指数的函数关系；
[0009]对选定沥青进行长期老化试验，对老化后的沥青进行疲劳试验，获取沥青在大应变下的疲劳寿命；
[0010]将获取的疲劳寿命输入到预测模型中，利用疲劳寿命与柔性指数的函数关系计算得到沥青混合料长期耐久性能
。
[0011]进一步，预测模型构建方法包括如下：
[0012]制备沥青混合料；
[0013]对沥青混合料在松散状态下进行不同时长的老化试验，以模拟在不同服役年限后的沥青路面状态；
[0014]将老化后的部分松散沥青混合料压实成型为半圆试件，进行半圆弯拉试验，选用柔性指数表征沥青混合料的耐久性能；
[0015]另一部分老化后的松散混合料采用离心机回收提取沥青，并对其进行线性振幅扫描试验，选用大应变下的疲劳寿命表征沥青的疲劳损伤；
[0016]将抽提沥青在大应变下的疲劳寿命与混合料的柔性指数进行拟合，得到沥青混合料长期耐久性预测模型其中
N
f15
％
为测量沥青在
15
％应变水平下疲劳寿命，
FI
为测量混合料的柔性指数
。
[0017]进一步，将抽提沥青在不同应变水平下的疲劳寿命对数值
log(N
f15
％
)
和沥青混合料的柔性指数
FI
分别进行指数函数拟合；经拟合发现，当应变水平为
15
％时，
log(N
f15
％
)
与
FI
拟合度较高，可达
0.78。
[0018]进一步，对选定沥青进行长期老化试验前，先对实验室沥青的老化程度与沥青混合料中的沥青经烘箱老化后的老化程度进行匹配
。
[0019]进一步，匹配过程包括，将压力容器加速老化试验
20、40、60
小时后的沥青疲劳寿命对数值与抽提沥青在烘箱老化
4、8、16
小时后的疲劳寿命对数值分别绘制散点图并进行线性拟合
。
[0020]进一步，经拟合发现，在疲劳寿命指标上，沥青压力老化
20
小时后相当于混合料长期烘箱老化8小时后的状态，沥青压力老化
40
小时后相当于混合料长期烘箱老化
16
小时后的状态
。
[0021]进一步，对选定沥青进行长期老化试验包括如下，将需要测量的沥青加热至流动状态倒入老化瓶进行沥青旋转薄膜加热试验，在
163
±
0.5℃
下，空气流量
4000mL/min
±
200mL/min
下持续受热
85min
；将旋转薄膜烘箱短期老化的残留物倒入老化盘进行压力容器加速老化试验，在
100℃
，
2.1MPa
下老化
。
[0022]进一步，对老化后的沥青进行疲劳试验包括如下，线性振幅扫描实验需先进行频率扫描实验获取损伤分析参数，频率扫描采用对数扫描模式，频率从
0.2Hz
扫描至
30.0Hz
，应变水平设置为
0.1
％；振幅扫描中温度设置为沥青
PG
等级的中间温度，
15
～
30℃。
[0023]进一步，获取沥青在大应变下的疲劳寿命包括，定义疲劳失效准则
D
f
为疲劳破坏
D
达到初始疲劳因子
|G
*
|sin
δ
的
35
％，其中
G
*
为复数剪切模量，
δ
为相位角，计算在
15
％应变水平下的疲劳寿命
。
[0024]进一步，计算得到沥青混合料长期耐久性能包括如下，将计算得到的沥青在大应变下的疲劳寿命
N
f15
％
代入预测模型方程得到其混合料的柔性指数
FI
；当沥青混合料抵抗疲劳开裂的最小柔性指数为8，对应于本预测模型中的
logN
f15
％
＝
2.0
，或是
N
f15
％
＝
100
，若沥青样品的
logN<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，其特征在于：包括以下步骤，构建沥青混合料长期耐久性预测模型，预测模型包含有沥青混合料在大应变下的疲劳寿命与柔性指数的函数关系；对选定沥青进行长期老化试验，随后进行疲劳试验，获取沥青在大应变下的疲劳寿命；将获取的疲劳寿命输入到预测模型中，利用疲劳寿命与柔性指数的函数关系计算得到沥青混合料长期耐久性能
。2.
根据权利要求1所述的一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，其特征在于：预测模型构建方法包括如下：制备沥青混合料；对沥青混合料在松散状态下进行不同时长的老化试验，以模拟在不同服役年限后的沥青路面状态；将老化后的部分松散沥青混合料压实成型为半圆试件，进行半圆弯拉试验，选用柔性指数表征沥青混合料的耐久性能；另一部分老化后的松散混合料采用离心机回收提取沥青，并对其进行线性振幅扫描试验，选用大应变下的疲劳寿命表征沥青的疲劳损伤；将抽提沥青在大应变下的疲劳寿命与混合料的柔性指数进行拟合，得到沥青混合料长期耐久性预测模型其中
N
f15
％
为测量沥青在
15
％应变水平下疲劳寿命，
FI
为测量混合料的柔性指数
。3.
根据权利要求2所述的一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，其特征在于：将抽提沥青在不同应变水平下的疲劳寿命对数值
log(N
f15
％
)
和沥青混合料的柔性指数
FI
分别进行指数函数拟合；经拟合发现，当应变水平为
15
％时，
log(N
f15
％
)
与
FI
拟合度较高，可达
0.78。4.
根据权利要求1所述的一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，其特征在于：对选定沥青进行长期老化试验前，先对实验室沥青的老化程度与沥青混合料中的沥青经烘箱老化后的老化程度进行匹配
。5.
根据权利要求4所述的一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，其特征在于：匹配过程包括，将压力容器加速老化试验
20、40、60
小时后的沥青疲劳寿命对数值与抽提沥青在烘箱老化
4、8、16
小时后的疲劳寿命对数值分别绘制散点图并进行线性拟合
。6.
根据权利要求5所述的一种沥青大应变下疲劳损伤预测混合料长期耐久性方法，其特征在于：经拟合发现，在疲劳寿命指标上，沥青压力老化
20
小时后相当于混合料长期烘箱老化8小时后的状态，沥青压力老化
40
小时后相当于混合料长期烘箱老化
16
小...

【专利技术属性】
技术研发人员：张园，裴珂，邹桂莲，虞将苗，高佳琪，林福生，
申请(专利权)人：华运通达科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：