基于渗透性沥青路面预防性养护时机超声波判定方法.doc

基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波判定方法 专利技术说明书 1、发明名称： 基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波判定方法 2、技术领域： 本发明涉及一种沥青路面预防性养护时机的判定方法，属于交通运输领域。 3、背景技术： 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。为此通过建立沥青混合料损伤-渗透性模型，发明了一种基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波判定方法。 4、发明内容： （1）发明的目的： 提出一种基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的超声波判定方法。 （2）要解决的技术问题 为了实现上述目标，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Rabotnov经典损伤力学观点，假设材料内某单元体的表观面积为，损伤形成的面积为，有效面积为，则损伤变量为： (1) 损伤发展是细观结构缺陷（如微裂纹、微孔隙等） 萌生、扩展；当材料处于完全损伤状态时，；当材料处于不同程度的损伤状态时，。 对弹脆性材料，损伤常用弹性模量的降低来表示，即： (2) 式中：为损伤前的模量；为损伤后的模量。 在交通荷载作用下，路面实际受到一个反复动态加载—卸载的过程，所以用沥青混合料动模量的变化来表达其损伤更能反映其物理本质，即： (3) 式中：为损伤前动模量；为损伤后动模量。 损伤的超声波测试原理。 由波动理论知，一维杆中纵波的传播速度为： （4） 式中：为弹性模量；为密度。 由式（4）可得： （5） 假设损伤后材料密度变化可以忽略，其弹性模量为： （6） 式中：为损伤后材料的超声波速度。 由式（2）、（5）和（6）可得由波速表征的损伤因子： （7） 由式（7）知，可用超声波波速的变化来表征沥青路面损伤。通过测试损伤前后沥青混合料芯样的超声波波速，由式（7）即可得到由超声波波速表征的损伤因子。但式（7）是由一维情形得到的，而沥青混合料芯样是有一定尺寸的，所以与一维情形有区别，这使得损伤与式（2）或式（3）所示的损伤有差别。但是他们之间存在某种确定联系，即： （8） 上述关系式与芯样尺寸有关。 式（8）提供了一种简便的损伤测试方法，该式的建立可避免测试每一个芯样动模量的复杂过程，而通过测试超声波波速直接由得到。 损伤-渗透性模型与预防性养护时机的判定。 沥青路面损伤与其材料内部总空隙（含贯通空隙与非贯通空隙）有关，而渗透性仅与贯通空隙有关。但在损伤形式相同的情况下，损伤与渗透性存在必然的联系，即： （9） 式中：为渗透系数。 由式（8）和式（9）可得用超声波表达的渗透系数： （10） 式（9）和式（10）建立了渗透性-损伤模型，可以通过该模型提出基于渗透性的沥青路面预防性养护时机的判定方法。 6 实施步骤： 室内沥青混合料损伤-渗透性模型的建立。 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，步骤如下： 取直径100m。 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，并建立与的关系；同时通过对不同高度试件进行试验，对进行尺寸修正。 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。 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