[发明专利]模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置及其试验方法。本发明提出的装置位于恒温模型试验室中，由沥青道路模型、交通荷载施加装置、伺服油源、控制器组成。沥青道路模型包括面层、基层、底基层和垫层，为按照规范制备的标准试样，其中预先埋置了电热导线和光纤光栅传感器，交通荷载施加装置由作动器、交通荷载模拟箱以及反力框架组成，通过控制作动器和电机的运行可以控制输出多种交通荷载组合。本发明可以根据道路类型、交通指标和气候条件，研究各种工况条件下电热融冰式沥青道路的材料耐久度特性，试验现象易于观察，数据精度较高，弥补了国内在该领域研究中试验手段的空白。

技术领域

本发明涉及一种模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置及试验方法，属于道路工程技术领域。

背景技术

我国地域辽阔，北方的冬季常面临严重的冰雪问题，尤其是道路路面的冰雪堆积与清除问题一直困扰着各级交通管理部门，每年由于道路路面积雪结冰所造成的直接间接经济损失达到数亿元。世界各国长期以来均非常重视道路路面积雪结冰的处理问题，开展了大量的相关试验研究，探索出多种治理路面积雪结冰的技术方法。目前工程界普遍采用电热法解决这一问题，电热法一般通过埋设发热导线采用电热法向道路内部提供热量，以达到融雪化冰效果。然而，电热法直接向路面材料提供大量热量，路面材料在接受热量的同时还面临着交通荷载的重复循环施加，两种因素叠加作用，将造成路面材料耐久性问题。目前学术界和工程界对电热除冰法引发的道路路面材料耐久性问题尚缺乏足够的研究，理论研究仰赖于实验研究的充分开展，目前研究路面材料耐久度的试验装置尚不成熟。综上所述，亟需提出一种能够研究交通荷载作用下电热融冰路面材料耐久度特性的试验装置及其试验方法。

发明内容

本发明的目的在于针对交通荷载作用下电热融冰路面材料耐久度特性试验手段的缺乏，提供一种模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置及试验方法。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置，其特征在于：整个模型试验装置位于恒温模型实验室中，模型试验装置由沥青道路模型、交通荷载施加装置、伺服油源1、控制器30组成；

恒温模型实验室为实验平台提供封闭的室内空间，配备有低温设备与温度保持装置，可以保证模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置能够长时间处于0℃以下的低温试验条件中；

伺服油源1为向作动器2提供动力的机械装置，所述控制器30为整个装置的控制单元，伺服油源1、作动器2、电机7及传感器均与其直接相连，并受其控制；

沥青道路模型自上而下包括：道路模型面层上层21、道路模型面层中层22、道路模型面层下层23、道路模型基层24、道路模型底基层25和道路模型垫层26；其中，道路模型面层上层21采用AC-13沥青混合料，厚4㎝；道路模型面层中层22采用AC-20沥青混合料，厚6㎝；道路模型面层下层23采用AC-25沥青混合料，厚8㎝；道路模型基层24采用5％水泥稳定碎石，厚20～30㎝；道路模型底基层25采用4％水泥稳定碎石，厚20～30㎝；道路模型垫层26采用压实度90％以上的中沙，厚10～20㎝；所述沥青道路模型试件长度为100～150㎝，宽度为80～100㎝，高度为80～100㎝；

在道路模型基层24中部预先埋置“S”型纵向排布的加热导线27，在道路模型面层下层23中部预先埋置平行横向排布的光纤光栅应变传感器28，在道路模型面层上层21放置结冰探头，道路模型按照沥青路面铺设规范进行预制施工，养护脱模后放置在交通荷载施加装置下方；

所述加热导线27直接与控制器30相连，由控制器30控制其发热效率，所述光纤光栅应变传感器28与控制器30相连，由控制器30接收记录其监测应变信号；