[發明專利]一種基于壓痕測試的瀝青混合料老化梯度的原位表征方法

在審

• 申請號: 202210109819.6
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN114527024A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 楊軍;于運紅;徐剛;石晨光;易星宇;王厚植;陳先華;王曉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42;G01N3/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 孫昱

本發明公開了一種基于壓痕測試的瀝青混合料老化梯度的原位表征方法，可有效表征瀝青路面在服役過程中的老化梯度行為，對瀝青路面力學響應及設計提出指導。本發明的老化梯度原位表征方法包含如下步驟：（1）現場路面鉆芯取樣；（2）基于現場路面芯樣切割獲取不同層位的瀝青混合料小塊試件；（3）試件打磨及拋光：利用砂紙對瀝青混合料小塊試件進行打磨，并利用金剛石及拋光機對樣品進行表面平整化處理，以滿足納米壓痕測試需要；（4）通過納米壓痕試驗機測試不同層位瀝青混合料小塊的彈性模量，繪制彈性模量與深度的梯度曲線，進而計算路面的老化系數，由此精準評價路面的原位老化梯度行為，從而為路面力學響應及路面病害分析提供參考。

技術領域

本發明涉及瀝青混合料材料領域，具體涉及一種基于壓痕測試的瀝青混合料老化梯度的原位表征方法。

背景技術

老化及其引起的瀝青路面性能劣化在路面內部的分布存在不均勻性，即瀝青路面結構性能在厚度方向呈現梯度變化，若不能精確表征這種老化行為的不均勻性并分析其對路面性能的影響，則無法實現最優的養護時機選擇、養護措施決策以及準確的路面壽命預測。例如在設計階段，目前我國的瀝青路面設計規范對瀝青混合料的老化梯度未作詳細的規定，在路面設計中也未考慮老化梯度對道路設計壽命的影響，這是大多數道路工程實際壽命遠小于設計壽命的重要原因之一。又如在瀝青路面的養護維修中，常常需要對老化瀝青路面表層進行銑刨，若不能確定瀝青面層中老化及其產生的性能劣化的分布情況，則可能過度銑刨或銑刨不足，影響工程效益。此外，在常規瀝青路面壽命及破壞形式預測中，一般認為瀝青路面開裂的主要形式應為bottom-up(由下至上)形式，即面層底部在反復彎拉作用下達到疲勞極限出現裂紋，進而反射到路表，但是在實際調查中發現越來越多的破壞形式為top-down(由上至下)開裂。出現這種情況的主要原因除了在輪胎底部和邊緣、路表以下一定深度存在較大的剪切應力/應變，另一個受到學界認可的原因就在于路面表層往往老化硬化嚴重，松弛能力下降導致其脆性增強，兩者相結合就會導致top-down形式的裂縫出現。相關研究也證明了這一點，即表層的破壞密度遠遠高于底層。由此可見老化在路面厚度中的分布在瀝青混合料破壞及壽命預測中極為重要。

然而，目前針對老化梯度的研究受限于現有的宏觀試驗。一是有技術人員在獲取長期服役后的現場試件后，通過抽提的方法分層回收不同深度上的瀝青，開展相關試驗，獲得老化梯度分布規律。這種將瀝青從混合料中單獨提取出來進行測試，破壞了瀝青混合料的整體性，屬于有損檢測。其次，老化瀝青的部分組分在抽提、回收過程中可能難以被萃取完全，同時這種方法引入的溶劑對瀝青的微觀結構和組分也會產生無法預估的影響，尤其是對于目前廣泛使用的聚合物改性瀝青，抽提過程導致的聚合物性質的變化是不可逆的。此外這種切片抽提方式受限于瀝青抽提量的要求，一般是將5厘米左右的混合料近似為一層，導致測得的性能數據過少，無法很好刻畫表層連續變化的老化梯度。二是采用全局老化模型預估實際瀝青混凝土路面結構在不同老化時間、溫度下，不同深度處的材料參數。當前廣泛采用的是M.W.Mirza和M.W.Witczak基于大量試驗路的現場測試數據，考慮溫度、老化時間等因素通過回歸分析方法，建立的瀝青路面全局老化模型。但該方法中的計算參數，如粘度，是通過預測公式計算得到，并不能真實反映一定服役期后瀝青混凝土內部不同深度上的瀝青實際狀態。

因此，用現有宏觀試驗手段難以實現對瀝青混合料老化梯度行為的精細化表征，提出利用納米壓痕來原位表征老化梯度的技術手段。

發明內容

本發明的目的是為了克服以上技術問題的不足而提供一種基于壓痕測試的瀝青混合料老化梯度的原位表征方法，可以更精準的表征瀝青混合料老化后的梯度行為，從而為路面力學響應及路面病害分析提供參考。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于壓痕測試的瀝青混合料老化梯度的原位表征方法，包括以下步驟：

(1)路面鉆芯取樣；

(2)基于現場路面芯樣切割獲取不同層位的瀝青混合料小塊試件；