[发明专利]基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波检定方法

说明书

技术领域

本发明属于交通运输领域，尤其是一种基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波检定方法。

背景技术

目前路面预防性养护是一种养护理念，核心思想是在路面未出现病害甚至良好状态时就进行主动性养护，从而延缓路面病害发展过程，推迟养护中、大修或改建重建时间，延长道路使用寿命，节省养护费用。在预防性养护中，养护时机的确定是关键。目前，确定沥青路面预防性养护时机所依据的技术指标主要是沥青老化程度、路面渗透性、路面行车安全性能(主要包括抗滑性能与车辙程度)及路面破损情况等。其中路面渗水性能是最重要的指标，因为大多数路面病害是由水直接或间接引起的。水的存在促进了路面裂缝等其它病害的发展，反过来其它病害的发展也会加剧路面的渗透性。路面渗透性与路面损伤程度有着显著的对应关系，但现有对沥青路面预防性养护时机的研究均未给出渗透性的定量标准。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波检定方法，该方法采用建立沥青混合料损伤-渗透性模型，建立沥青混合料损伤-超声波波速关系，以及建立沥青混合料渗透性-超声波波速关系，给出渗透性的定量标准，能够提前对路面做出准确的预防，进行主动性养护，从而延缓路面病害发展过程，推迟养护中、大修或改建重建时间，延长道路使用寿命，节省养护费用。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波检定方法，步骤如下：

1)建立室内沥青混合料损伤-渗透性模型，提取与路面材料相同的沥青混合料在室内进行试验，并对试验数据进行分析处理，步骤如下：

a).提取试件分别进行不同程度的单轴压缩和劈裂试验，得到不同类型和不同大小的损伤；单轴压缩试验得到的损伤为剪切型损伤，能够模拟路面龟裂；劈裂试验得到的是拉裂型损伤，能够模拟温度裂缝、不均匀沉降裂缝、反射裂缝的路面病害；

b).对试件损伤前后分别进行动模量测试，得到以动模量表达的损伤D；

c).对试件损伤前后分别进行超声波测试，得到以超声波变化表征的损伤D_u，并建立D_u与D的关系；同时通过对不同高度试件进行试验，对D_u进行尺寸修正；

d).对不同程度剪切型和拉裂型损伤试件分别进行渗透试验，得到不同损伤对应的渗透系数，建立基于超声波的损伤-渗透性模型；

e).通过对剪切型和拉裂型两种损伤-渗透性模型进行分析，提出不同破坏形式下沥青路面需要预防性养护的沥青混合料损伤阈值，并进一步给出该阈值对应的超声波波速阈值。

2)沥青路面预防性养护时机的检定，

在道路不同运营期，在出现破坏征兆处钻取芯样，并进行超声波波速测试，并与室内试验得到的超声波波速阈值进行比较，若小于阈值则需进行预防性养护。

所述步骤1)中b)中的损伤D为：式中：|E^*|为损伤前动模量；为损伤后动模量。

所述步骤1)中c)中的损伤D_u为：V为一维杆中纵波的传播速度，E为弹性模量；ρ为试件密度；为损伤后材料的超声波速度，忽略密度变化，为损伤后的模量。

所述D_u与D的关系为：D_u＝f(D)。

所述步骤1)中d)中的基于超声波的损伤-渗透性模型为：k＝g(D)或k＝F(D_u)；k为渗透系数。

所述步骤2)中的与室内试验得到的超声波波速阈值进行比较，在路面龟裂处，需用由剪切型损伤-渗透性模型得到的超声波波速阈值；在路面横缝、纵缝和反射裂缝处，需用由拉裂型损伤-渗透性模型得到的超声波波速阈值。

本发明的原理：

(1)沥青混合料损伤的动模量表达。

沥青路面的破坏可以用材料的内部损伤来刻画。损伤是与材料内部微观结构组织的改变相关联的，是物质内部结构的不可逆变化过程，损伤演变与塑性变形一样都会造成材料的不可逆能量耗散。用损伤力学理论分析材料破坏时，首先要选择恰当的损伤变量来描述材料的损伤状态。损伤变量表明了材料的损伤累积，表征了材料中所有微观缺陷演化的统计行为。故理想的损伤变量定义应该和微观缺陷的演化行为建立统计上的关系，这样有利于搞清材料内部结构演化的微观机理和材料特性之间的联系。根据Rabotnov经典损伤力学观点，假设材料内某单元体的表观面积为A，损伤形成的面积为A^*，有效面积为，则损伤变量D为：