[发明专利]一种应用3D打印技术辅助路面表面构造设计的方法

说明书

本发明公开了一种应用3D打印技术辅助路面表面构造设计的方法，包括步骤：（1）根据表面构造设计研究需要选择满足沥青路面面层技术要求的集料；（2）确定混合料类型和集料级配范围；（3）生成大批量的虚拟试件；（4）评价所述虚拟试件的表面轮廓特征；（5）通过3D打印机按照模型复制和定制试件；（6）通过加速加载模拟试验测试试件的抗滑和噪音；（7）得出满足路面表面构造需要的最佳配合比；（8）跟踪检测试验段路面的抗滑和噪音水平，进行工程评价。本发明可节省大量室内外试验所需要的人力物力资源和时间，可复制与打印特定表面轮廓特征的试件进行试验设计，并使路面表面构造优化设计成为可能，具有显著的技术、经济和社会效益。

技术领域

本发明涉及到应用3D打印技术辅助路面表面构造设计的方法，属于道路结构设计领域。

背景技术

路面的表面功能在很大程度上取决于路面的表面构造，直接影响路面的行驶安全和舒适性，如抗滑和噪音等。因此，设计合适的路面表面构造是非常重要的。由于缺乏必要的手段和方法，以往的路面并没有针对表面构造进行专门的设计，而只是根据经验对表面抗滑和构造深度提出一些简单的限制性指标。这样的设计过程不能满足现代化道路对路面安全、快速、舒适和环保的要求。

已有的研究指出，路面抗滑和噪音的机理非常复杂，影响因素不仅仅是构造深度的大小，构造深度的分布和变化都对路面的抗滑和噪音有重要的影响。然而，仅仅依靠室内成型试件或实际路面采样的方式实现简单工况和可控条件的路面抗滑和噪音模拟试验是相当困难的，更谈不上开展路面表面构造的优化设计。为此，本发明提出应用3D打印技术辅助路面表面构造设计的方法。本方法可以节省大量室内外试验所需要的人力物力资源和时间，可复制与打印特定表面轮廓特征的试件进行试验设计，并使路面表面构造优化设计成为可能。

发明内容

本发明克服现有技术的缺陷，提供一种应用3D打印技术辅助路面表面构造设计的方法。

本发明技术方案如下：

一种应用3D打印技术辅助路面表面构造设计的方法，包括如下步骤：

（1）根据表面构造设计研究需要，通过集料试验来评价集料的质量技术指标，选择满足沥青路面面层技术要求的集料；

（2）确定混合料类型和集料级配范围；

（3）采用蒙特卡洛算法，在混合料级配范围内，利用颗粒流软件生成大批量的虚拟试件；

（4）评价所述虚拟试件的表面轮廓特征；

（5）选择一些有代表性轮廓特征的虚拟试件模型，将试件模型输入3D打印机，再选择合适的打印材料装入3D打印头，按照模型复制和定制试件；

（6）通过加速加载模拟试验测试试件的抗滑和噪音以及抗滑和噪音水平随荷载作用次数的变化；

（7）通过加速加载试验数据分析，筛选出满足路面抗滑和噪音构造需求的试件，得出满足路面表面构造需要的最佳配合比；

（8）按照试件混合料最佳配合比开展试验段工程，跟踪检测试验段路面的抗滑和噪音水平，进行工程评价。

进一步地，步骤（1）中，所述集料通过筛分、压碎值、颗粒棱角性集料试验评价集料的质量技术指标。

进一步地，步骤（1）中，所述混合料类型包括AC、SMA、OGFC。

进一步地，步骤（4）中，采用功率谱密度或分形理论方法评价所述虚拟试件的表面轮廓特征。

进一步地，步骤（5）中，所述合适的打印材料为类型与沥青混合料力学性质相同或相类似的材料。

与现有技术相比，本发明具有如下优势 ：