[發明專利]一種考慮瀝青熱可逆老化現象的膠結料溫度應力計算方法

有效

• 申請號: 202110030431.2
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112784407B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 丁海波;張弘;邱延峻
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/13;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 代維凡

本發明提供了一種考慮瀝青熱可逆老化現象的膠結料溫度應力計算方法，屬于膠結料溫度應力計算領域，本發明利用彎曲梁流變實驗測量瀝青材料的勁度模量，再將勁度模量轉化為蠕變柔量，根據流變模型的應變—應力關系式得到不同溫度下的流變參數，最后代入解析即可求得溫度應力。本發明充分考慮了不同溫度下的流變參數，可選擇熱膨脹系數和泊松比為常數或者熱膨脹系數和泊松比隨溫度變化兩種計算模式，本發明也充分考慮了層的粘彈性和瀝青的熱可逆老化，即使瀝青材料不滿足時間—溫度疊加原理，也可利用該方法計算出正確的溫度應力。

技術領域

本發明屬于膠結料溫度應力計算技術領域，尤其涉及一種考慮瀝青熱可逆老化現象的膠結料溫度應力計算方法。

背景技術

瀝青的低溫開裂是道路界普遍關心的問題，在許多氣候寒冷的國家或地區，比如北美、加拿大、日本、俄羅斯以及我國北方地區，由瀝青混凝土面層溫度開裂引起的路面開裂非常普遍。隨著溫度迅速下降，受限制的瀝青面層會產生溫度應力，當溫度達到臨界開裂溫度T_cr時，路面就會產生開裂。這一現象嚴重影響路面的行駛舒適性，并可能嚴重損害瀝青路面的耐久性。因為水可能會滲透到底層，導致路面結構的逐步快速劣化。瀝青膠結料是影響瀝青路面開裂的重要因素，因此采用合適的方法確定瀝青膠結料可適用的低溫環境至關重要。研究表明，熱可逆老化是影響瀝青低溫性能評估的重要因素之一。熱可逆老化是一種隨著恒溫時間的延長，瀝青材料會出現不斷硬化的現象，這種老化與化學氧化老化不同，其可以通過加熱而使瀝青材料完全恢復到初始狀態。現有AASHTO瀝青材料規范中有兩種確定瀝青低溫等級的方法，一種是基于勁度(S)與蠕變速率(m值)的經驗性方法；另外一種就是通過理論計算溫度應力，通過溫度應力與斷裂強度的比較確定低溫等級。與經驗性的方法相比，溫度應力計算的方法可以更好地反映瀝青路面破壞的機理。因此，通過準確計算瀝青膠結料的溫度應力，能夠有效地預測瀝青路面地臨界開裂溫度，為評價寒冷地區的瀝青道路開裂性能提供依據。

目前計算溫度應力的方法有AASHTO R49規范中采用的Hopkins和Hamming算法以及相關文獻中提到的拉普拉斯變換法，Hopkins和Hamming算法是通過BBR試驗獲得瀝青的蠕變柔量D(t)，利用數學轉換得到松弛模量E(t)，最后解卷積積分得到溫度應力σ(t)。拉普拉斯變換法則是直接由蠕變柔量D(t)求溫度應力σ(t)。但是，以上方法并沒有考慮到膠結料的熱可逆老化，它們使用的前提是瀝青材料需滿足時間—溫度疊加原理，即材料的熱流變簡單性，對于熱流變復雜的材料，計算結果則與實際情況相差較大。我們發明的計算方法，是一種考慮瀝青熱可逆老化現象的膠結料溫度應力計算方法，無論材料是否滿足時間—溫度疊加原理，均可用本發明計算出正確的溫度應力。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種考慮瀝青熱可逆老化現象的膠結料溫度應力計算方法，充分考慮了層的粘彈性以及熱可逆老化對瀝青膠結料低溫分級的影響，相比于已有的計算方法，本發明可以在任何長時間內計算熱應力，模擬寒冷冬季發生的實際情況，對材料的要求更簡單。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案為：

本方案提供一種考慮瀝青熱可逆老化現象的膠結料溫度應力計算方法，包括以下步驟：

S1、將瀝青放入烘箱中加熱，并將流動狀態最優的瀝青倒入模具中成型，待其冷卻至常溫后脫模；

S2、將脫模后的瀝青試樣放置于恒溫水浴下進行低溫養護處理；

S3、根據養護完成后的瀝青試樣，利用彎曲梁流變實驗BBR測量瀝青試樣的勁度模量；

S4、將所述瀝青試樣的勁度模量轉化為蠕變柔量；

S5、根據所述蠕變柔量，利用流變模型Burgers的應變-應力關系式擬合得到當前待求應力溫度點的流變參數；

S6、判斷預設的多個不同彎曲梁流變實驗BBR測試溫度值是否均完成測試，若是，則得到多個待求應力溫度點的流變參數，并進入步驟S7，否則，返回步驟S3；