[发明专利]一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法，目的在于，记录桥面铺装层鼓包形态随时间的变化特征，获取鼓包典型特征参数竖向挠度、脱粘半径、用于分析鼓包形成的影响因素、评价不同铺装层抵抗鼓包能力，并作为后续有限元模拟验证参数，所采用的技术方案为：试验装置主要包括支撑架、环境箱、试件固定架和MTI‑3D结构变形测量系统等组件。实验过程包括试件制备、试件安装、试验环境设置与鼓包全场位移测量等步骤。应用本发明可加速模拟不同类型桥面铺装材料在施工和运营中鼓包病害发生过程，全过程记录鼓包发展形态，得到鼓包在不同阶段全场位移和应变特征，对于探究鼓包形成的主要影响因素以及揭示鼓包形成机理具有重要意义。

技术领域

本发明属于桥面沥青铺装病害防治技术领域，具体涉及一种桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法。

背景技术

近年来高速公路建设向山区发展，桥梁在路线中所占比例不断增加，对桥面铺装病害的预防与处理也变得更加重要。随着环氧沥青混合料等新材料在桥面铺装中的应用，裂缝和永久变形病害逐渐减少，鼓包却日益成为桥面铺装最主要的病害类型，引起了人们的广泛关注。桥面铺装通常包括桥面板上的防水粘结层、铺装下层和铺装上层。各层之间混入空气或水分后，在夏季高温时封闭在铺装层内的气体受热体积膨胀，形成巨大膨胀力，逐渐将铺装层顶起而形成鼓包现象。桥面在运营过程中铺装层和防水层之间，或防水层和桥面板之间都有可能形成鼓包病害，而施工过程中鼓包病害以防水层和桥面板之间最为常见。

桥面铺装出现鼓包病害时，各层材料在鼓起的过程中受到弯曲与拉伸作用，很容易产生微裂缝，进一步在车辆动载和气候的反复作用下，铺装层表面便会产生大量的唧泥泛白浆现象，加之桥面铺装鼓起后便失去了桥面粘结力，在行车荷载作用下逐渐被压碎，最终导致铺装层塌陷，并造成大面积破坏。更为严重的是，鼓包产生裂缝后，水分可以通过裂缝直接与桥面板接触，加快了对桥梁的腐蚀或锈蚀，这不仅严重影响了桥面铺装结构的使用寿命和桥面铺装的整体性和平整度，更是增加了安全隐患，不利于行车的安全性和舒适性。

所以当前迫切地需要对鼓包形成过程的进行观察，获取其形态特征参数，以明确鼓包形成的影响因素及破坏模式，从而提出有效地防止鼓包病害产生的相关措施，用于指导桥面铺装结构、材料设计与施工。。由此看来，采用现场检测或试验模拟的方法对鼓包发展过程形态特征进行观察，评价不同铺装材料在不同工况下抵抗鼓包形成的能力，成为一个亟需解决的问题。然而现场桥面鼓包病害，往往是各方面因素的综合作用，直接进行现场检测与分析难以实施、存在较大难度，同时桥面鼓包是一个缓慢发展的过程，其初始阶段变形较小，属于难以观察到隐型病害。基于此，对鼓包的形成过程进行室内模拟就显得十分必要。

当前我国在桥面铺装材料鼓包病害模拟试验装置和试验方法领域还处于空白，国外虽然针对桥面或路面材料鼓包的形成过程开发了一些模拟方法，但这些实验装置和试验方法都存在有一定问题：人为设定荷载形成鼓包以模拟铺装材料内部气体的作用，但这种人为控制的机械荷载其加载模式相比实际的气体膨胀作用过于单一简化，气体收缩膨胀周期以及材料性能同时受温度变化的影响作用是现在实验装置难以模拟的，材料鼓包的破坏形式在介质加压或轴加载下与实际情况是有很大偏差；最重要的是当前的机械加载法将鼓包形成过程所受作用均人为荷载化，而实际情况中铺装层内部水分的多少、桥面板干湿状况、铺装材料空隙率均可能对实际荷载产生重要影响，而这些重要因素的影响作用直接关乎到对设计、施工过程的指导，但目前的机械加载模拟方法却难以涉及。所以亟需一种能够最大限度模拟桥面铺装材料鼓包形成过程，真实反映鼓包内部气体膨胀作用的实验方法和装置。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够记录桥面铺装层鼓包发展过程形态变化特征，能够用于分析鼓包形成的影响因素，能够评价不同铺装结构层抵抗鼓包能力的桥面沥青铺装鼓包形成室内模拟试验装置及方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：