一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法

专利名称：一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111683445.0

专利申请（专利权）人：广州市交通设计研究院有限公司
权利人地址：广东省广州市番禺区大石街沿江中路77号102

专利发明（设计）人：王蕾,徐珍明,顾明恩,黄伟,陈启明,张益华,张光先,李俊,蔡旭,黄文柯

专利摘要：本发明提供一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，包括以下步骤：(1)制作水泥混凝土板+应力吸收层混合料的“白加黑”复合试件；(2)利用橡胶垫块模拟水泥板板底脱空状态；(3)开展车辙试验直至试件开裂破坏，拍摄记录试件的开裂全过程；(4)提取相同作用次数间隔下的裂缝照片，利用数字图像处理技术计算得到裂缝长度，最终获得作用次数与裂缝长度的关系曲线图。与传统测试方法相比，本测试方法可模拟存在板底局部脱空的复合式路面在车辆荷载作用下的破坏过程，并量化开裂程度，得到荷载作用次数与裂缝长度的关系曲线，能够更加直接准确地评价应力吸收层的抗反射裂缝能力。

主权利要求：
1.一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制作应力吸收层复合试件，所述应力吸收层复合试件包括沥青混合料应力吸收层和水泥混凝土试块层；沥青混合料应力吸收层的底部中心设置一预切口；所述水泥混凝土试块层通过粘层材料粘合在沥青混合料应力吸收层底部；所述水泥混凝土试块层包括两块相同的水泥混凝土试块，且两块水泥混凝土试块之间设置一间隔；
（2）采用橡胶垫块模拟水泥板板底脱空状况；在应力吸收层复合试件的左侧水泥混凝土试块的下方垫一块长宽高尺寸为155mm×80mm×10mm的橡胶垫，在应力吸收层复合试件的右侧水泥混凝土试块的尽端正下方垫一块长宽高尺寸为80mm×20mm×10mm的橡胶垫；
（3）开展车辙试验直至试件开裂破坏，拍摄记录试件的开裂破坏全过程；
（4）提取相同间隔荷载作用次数下的裂缝图片，利用数字图像处理技术计算得到裂缝长度，最终获得作用次数与裂缝长度的关系曲线图；
其中，所述预切口垂直于沥青混合料应力吸收层的底部，与车轮载荷作用的方向一致。
2.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述沥青混合料应力吸收层是利用汉堡车辙成型仪制成的长宽高为320mm×80mm×50mm的车辙板。
3.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述沥青混合料应力吸收层上设置的预切口的宽度为2mm，深度为20mm。
4.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述水泥混凝土试块的长宽高尺寸为155mm×80mm×40mm。
5.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述步骤（1）中，粘层材料为SBS改性沥青。
6.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述步骤（1）中，两块水泥混凝土试块之间的间隔宽度为1cm。
7.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述步骤（2）中，橡胶垫的模量为60MPa，泊松比为0.4。
8.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述步骤（3）中，车辙试验温度为常温，轮压0.7Mpa；拍摄录制试件在荷载作用下，从初期裂缝的形成到裂缝贯穿整个试件的全过程。
9.根据权利要求1所述的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，其特征在于，所述步骤（4）中，每间隔荷载作用300次提取一张试件裂缝图片，用Matlab将图像转换为灰度图像，然后再将灰度图像转换为二进制图像，再将裂缝区域二进制图像转换为数字矩阵，通过计算数字矩阵的比例反算得出裂缝的实际长度。 说明书 : 一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法技术领域[0001] 本发明涉及路面结构质量检测技术领域，特别涉及一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法。背景技术[0002] 现有研究表明，通常旧水泥路面存在正常的施工缝及由于早期车辆荷载反复作用导致的横向裂缝，采用应力吸收层混合料处置后的“白加黑”路面，在温度应力及车辆荷载耦合作用下，对应于旧水泥路面接缝或裂缝正上方的沥青加铺层易出现应力集中现象。随着荷载作用次数的增加，裂缝出现并逐渐扩张反射至沥青面层，由此出现不同程度的反射裂缝。应力吸收层混合料的开裂主要是因为材料抗裂能力不足。[0003] 因此，寻求一种有效评价混合料抗裂能力的方法，为防治反射裂缝奠定基础是至关重要的。对于评价混合料的抗裂能力，以往常规的方法是通过开展相关的是能力学性能试验，如车辙试验、劈裂试验、三点弯曲试验等去得到相关力学性能指标，以评价应力吸收层混合料的抗裂强度。专利CN103175747B公开了一种路面抗反射裂缝能力的测试方法及其测试设备，其是采用车辙成型机轮碾成型车辙试件；车辙试件为采用车辙成型机轮碾法成型的标准沥青混合料车辙试件；将车辙试件与翘曲平台粘合，置于滚轮下；设定恒温箱内的测试温度以及滚轮上的压力；是滚轮在车辙试件上直线往返运动，直至绕线器承担全部荷载，计算机记录时间‑位移曲线。[0004] 然而，通过常规试验评价得到的混合料抗裂强度，应用到实际工程中，其效果并不显著，相关力学性能指标与路用性能间存在一定脱节的问题。因此在现有领域中，依然缺少一种直观准确有效的评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法。发明内容[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法。[0006] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：[0007] 一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，包括以下步骤：[0008] (1)制作应力吸收层复合试件，所述应力吸收层复合试件包括应力吸收层混合料试块和水泥混凝土试块层；所述应力吸收层混合料试块底部中心设置一预切口；所述水泥混凝土试块层通过粘层材料粘合在应力吸收层混合料试块底部；所述水泥混凝土试块层包括两块相同的水泥混凝土试块，且所述两块水泥混凝土试块之间设置一间隔；[0009] (2)采用橡胶垫块模拟水泥板板底脱空状况；[0010] (3)开展车辙试验直至试件开裂破坏，拍摄记录试件的开裂破坏全过程；[0011] (4)提取相同间隔荷载作用次数下的裂缝图片，利用数字图像处理技术计算得到裂缝长度，最终获得作用次数与裂缝长度的关系曲线图。[0012] 本发明提供一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，与传统测试方法相比，本测试方法可模拟存在板底局部脱空的复合式路面在车辆荷载作用下的破坏过程，并量化开裂程度，得到荷载作用次数与裂缝长度的关系曲线，能够更加直接准确地评价应力吸收层的抗反射裂缝能力。[0013] 作为本发明的优选技术方案，所述应力吸收层混合料试块是利用汉堡车辙成型仪制成的长宽高为320mm×80mm×50mm的车辙板。具体地，应力吸收层是种一沥青混合料，专为水泥混凝土加铺沥青层使用，铺设于水泥混凝土基层与沥青混合料磨耗面层之间。由细集料、矿物填料和高弹性聚合物改性沥青胶结料组成，成型后密实、粘结力强、不渗水，与水泥砼基层之间的结合性能良好，能随着基层的变形而变形，并且具有优良的自愈能力。在本发明中，对于不同沥青类型的应力吸收层混合料，如SBS型、SH‑V型和超高粘型，分别以确定的最佳配合比拌制混合料，利用汉堡车辙成型仪成型长宽高为320mm×260mm×50mm的车辙板，利用切割机沿车辙板试件行车方向切制宽80mm的长条试件。[0014] 本发明在制备应力吸收层混合料长条试块，采用了汉堡车辙成型仪成型长宽高为320mm×260mm×50mm的车辙板。与国产车辙成型仪的轮碾成型的成型方式不同，汉堡车辙成型仪采用的是线性搓揉成型。揉搓成型法，试验室容易、安全、统一规格沥青混凝土试件，也是有代表性的反应实际路面的压实状态情况，模拟公路机械在野外的滚轮作用，当滚轮压到试模边缘时试件即成型成功，这种成型方式可以压实混合料但是能尽量避免压裂集料。揉搓法成型试件时其顶部只有少量的石料被压碎，相比轮碾法成型试件被压碎的石料要少。[0015] 作为本发明的优选技术方案，所述应力吸收层混合料试块上设置的预切口的宽度为2mm，深度为20mm。在本发明技术方案中，为了模拟过程中，裂纹能够有效扩展、便于观察上层应力吸收层混合料加铺层破坏效果，预先在应力吸收层混合料长条试件底部中心处制作宽2mm、深度为20mm的预切口。[0016] 作为本发明的优选技术方案，所述水泥混凝土试块的长宽高尺寸为155mm×80mm×40mm。本发明所述水泥混凝土试块的制备，是通过将粗集料、细集料、水泥和水按一定比例搅拌混合，浇模成型长宽高为400mm×300mm×40mm的板状试块，在试件表面刻槽；标准条件下养护28天达到强度要求；切割水泥混凝土试件，得到两块尺寸长宽高为155mm×80mm×40mm的试块。[0017] 作为本发明的优选技术方案，所述步骤(1)中，粘层材料为SBS改性沥青。所述SBS改性沥青购自壳牌沥青有限公司，PG等级为PG76‑22。[0018] 作为本发明的优选技术方案，所述步骤(1)中，两块水泥混凝土试块之间的间隔宽度为1cm。[0019] 作为本发明的优选技术方案，所述步骤(2)中，在应力吸收层复合试件的左侧水泥混凝土试块的下方垫一块长宽高尺寸为155mm×80mm×10mm的橡胶垫，在应力吸收层复合试件的右侧水泥混凝土试块的尽端正下方垫一块长宽高尺寸为80mm×20mm×10mm的橡胶垫。通过该设置模拟复合式路面下层水泥路面板的局部脱空在车轮荷载作用下板间错动。同时，为了便于后期观察裂缝发展情况，用白灰均匀涂抹试件中部微裂缝处，最后对试件加以侧限，确保试件在碾压过程中始终位于试轮正下方。[0020] 本发明利用了橡胶垫块模拟水泥板板底脱空状态。在左侧试件水泥板块的正下方垫一块橡胶垫，长宽与水泥板试块长宽保持一直，厚度1cm；在右侧试件尽端正下方垫一小块橡胶条，长度与水泥板试块的宽度保持一直，即长8cm，宽度为2cm，厚度1cm。通过该设置模拟复合式路面下层水泥路面板的局部脱空在车轮荷载作用下板间错动。在脱空位置的下部无任何支撑，较为保守地考虑了在脱空情况下水泥混凝土板+应力吸收层混合料的抗反射裂缝的能力，所得的结果较实际工程而言更加安全可靠。[0021] 作为本发明的优选技术方案，所述步骤(2)中，橡胶垫的模量为60MPa，泊松比为0.4。[0022] 作为本发明的优选技术方案，所述步骤(3)中，车辙试验温度为常温，轮压0.7Mpa；拍摄录制试件在荷载作用下，从初期裂缝的形成到裂缝贯穿整个试件的全过程，观察记录不同作用次数下裂缝发展状况。将试件在荷载作用下破坏的全过程分解为四个阶段，试件初始阶段、初始裂缝形成、裂缝扩展中期、裂缝贯穿试件。[0023] 作为本发明的优选技术方案，所述步骤(4)中，每间隔荷载作用300次提取一张试件裂缝图片，用Matlab将图像转换为灰度图像，然后再将灰度图像转换为二进制图像，再将裂缝区域二进制图像转换为数字矩阵，通过计算数字矩阵的比例反算得出裂缝的实际长度。[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：[0025] (1)在制备应力吸收层沥青混合料长条试块中，与平常采用的国产车辙成型仪不同，采用了汉堡车辙成型仪成型，所成型试件其空隙分布比较均匀，而国产车辙成型试件其空隙有上密下疏的现象。[0026] (2)利用橡胶垫块模拟水泥板板底脱空状态。考虑到了水泥混凝土板与应力吸收层混合料的脱空现象，所设计的实验模型相对于其他模型更加的简单，且所求结果的可靠度更高。[0027] (3)拍摄记录试件开裂全过程，利用相关数字图像技术处理裂缝照片得到裂缝长度，实现量化试件开裂程度，最终获得作用次数与裂缝长度的关系曲线图。附图说明[0028] 图1为应力吸收层混合料试块的外观图；[0029] 图2为水泥混凝土试块的外观图；[0030] 图3为应力吸收层混合料试块与水泥混凝土试块的外观图；[0031] 图4为应力吸收层混合料试块底部中心预切口外观图；[0032] 图5为应力吸收层复合试件结构示意图；[0033] 图6为应力吸收层复合试件缩尺试件结构图；[0034] 图7为应力吸收层复合试件结构局部细节图；[0035] 图8为室内模拟初始状态示意图；[0036] 图9为室内模拟初始状态图；[0037] 图10为试件加载破坏示意图；[0038] 图11为铺有SBS型粗粒式应力吸收结构层混合料的试件加载破坏过程图；[0039] 图12为铺有SH‑V型粗粒式应力吸收结构层混合料的试件加载破坏过程图；[0040] 图13为铺有超高粘型粗粒式应力吸收结构层混合料的试件加载破坏过程图；[0041] 图14为图像处理过程示意图；[0042] 图15为作用次数与裂缝长度的关系曲线图。具体实施方式[0043] 为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。[0044] 实施例1[0045] 一种评价应力吸收层抗反射裂缝能力的测试方法，本实施例中，具体按照以下步骤来进行：[0046] (1)如图5示意图所示，制作水泥混凝土板+应力吸收层混合料的“白加黑”复合试件。具体地，按照以下步骤制作水泥混凝土板+沥青混合料应力吸收层复合试件：[0047] (1a)、制作水泥混凝土试块。为保证搅拌的水泥混凝土时具有较好的和易性，在水泥混凝土的配合比设计中，水：粗骨料：细骨料：水泥＝210:1191:670:429，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度为C40。浇模成型长宽高为400mm×300mm×40mm的板状试块，在试件表面刻槽，标准条件下养护28天达到强度要求，成型后的水泥板如图2所示；采用高精度双面锯切割水泥混凝土试件，得到两块尺寸长宽高为155mm×80mm×40mm的试块，如图3所示。[0048] (1b)、制作应力吸收层混合料长条试块，对于不同沥青类型的应力吸收层混合料(SBS型、SH‑V型和超高粘型)，分别以确定的最佳配合比拌制混合料，三种混合料的配比组成如表1所示。[0049] 按照试验规程的试验方法，采用汉堡车辙成型仪成型长宽高为320mm×260mm×50mm的车辙板，成型后的应力吸收层混合料车辙板试件如图1所示。利用高精度双面锯沿车辙板试件行车方向切制为宽80mm的长条试件，如图3所示。[0050] (1c)、如图4所示，为了使模拟过程中，裂纹能够有效扩展、便于观察上层应力吸收层混合料加铺层破坏效果，预先在应力吸收层混合料长条试件底部中心处制作宽2mm、深度为20mm的预切口。[0051] (1d)、为了模拟复合式路面下基层水泥混凝土路面的施工缝，两块水泥混凝土试块板件间隙宽度设为1cm。采用SBS改性沥青(壳牌沥青有限公司提供的改性沥青，PG等级为PG76‑22)作为粘层材料，粘合切制好的应力吸收层混合料长条试件与水泥混凝试块。在粘合水泥板和沥青混合料试件时，提前将SBS沥青放置在烘箱，在175℃下加热2h左右，直至沥青呈流动状态；用毛刷蘸取少量沥青，均匀涂抹在水泥板表面，接着迅速将应力吸收层试件放置在上面，适当按压，直至粘层沥青冷却凝固。最终复合式路面缩尺试件如图6所示，缩尺试件中部细节图如图7所示。[0052] (2)如示意图8所示，利用橡胶垫块模拟水泥板板底脱空状况。本案例中橡胶垫模量为60MPa，泊松比为0.4。在左侧试件水泥板块的正下方垫一块橡胶垫，长宽与水泥板试块长宽保持一直，厚度1cm；在右侧试件尽端正下方垫一小块橡胶条，长度与水泥板试块的宽度保持一直，即长8cm，宽度为2cm，厚度1cm。通过该设置模拟复合式路面下层水泥路面板的局部脱空在车轮荷载作用下板间错动。同时，为了便于后期观察裂缝发展情况，用白灰均匀涂抹试件中部微裂缝处，最后对试件加以侧限，确保试件在碾压过程中始终位于试轮正下方。最终复合式路面缩尺试件脱空状况如图9所示。[0053] (3)开展车辙试验直至试件开裂破坏，拍摄记录试件开裂破坏全过程；试验参数包括：试验温度为常温，轮压0.7Mpa；试验开机试验后，使用摄像机录制试件在荷载作用下，从初期裂缝的形成到裂缝贯穿整个试件的全过程，观察记录不同作用次数下裂缝发展状况。将试件在荷载作用下破坏的全过程分解为四个阶段，试件初始阶段、初始裂缝形成、裂缝扩展中期、裂缝贯穿试件。三种应力吸收层混合料的破坏全过程分别如图11、12、13所示。[0054] (4)利用Matlab对图像进行处理，计算得到裂缝长度，获得不同作用次数与开裂长度的关系曲线。具体操作步骤为：运用相关视频剪辑软件处理试件破坏全过程视频，每间隔荷载作用300次提取一张试件裂缝图片。首先，利用Matlab将图像转换为灰度图像，即将彩色图像处理为黑白图像，然后再将灰度图像转换为二进制图像，如图14(a)。框选得到裂缝发展区域图，如图14(b)，其图像中黑色区域表示裂缝，白色区域表示未出现裂缝的试件表面。最后利用Matlab将裂缝发展区域二进制图像转换为数字矩阵，转化之前，规定黑色区域数值为0，白色区域数值为1，数字矩阵如图14(c)，数字矩阵局部图如图14(d)。通过计算数字矩阵中数值为0的区域长度(裂缝长度)及沿厚度方向数值为1的长度(加铺层厚度)，结合加铺层实际厚度5cm，最终可由比例反算得出裂缝的实际长度。得到不同作用次数下的裂缝长度，绘制如图15的关系曲线。[0055] 表1不同粗粒式应力吸收结构层沥青混合料的配合比设计[0056][0057][0058] 最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

专利地区：广东

专利申请日期：2021-12-31

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114459895B