一种预测沥青路面寿命的方法

本发明涉及一种预测沥青路面寿命的方法，属于道路工程。

背景技术：

1、沥青路面具有行车舒适、工期短、噪音小、防滑和减震性能好、排水能力强等优点，是我国目前广泛铺筑的路面形式。据国内公开资料显示，目前我国国内公路总里程已达528万公里，其中沥青路面公路占比在90％以上，而全国的高速公路有95％以上都是沥青路面，可见国内有巨大的沥青路面应用市场。

2、目前我国的路面基层常用无机结合料稳定材料，具有较大的刚度，故车辙变形主要发生在沥青面层。我国大多数沥青路面的设计使用年限一般为8～15年，但实际上新建沥青路面在投入使用几年后便会出现各种病害，其中车辙便是我国各类沥青路面的主要病害之一。沥青面层的车辙变形程度主要受季节温度、车辆荷载及沥青混合料的材料性能等因素影响，对于沥青路面寿命的研究也多从这几方面展开。

3、对于沥青路面寿命的预测，目前多数的发明方法集中于沥青路面剩余寿命的预测，对于新建沥青路面使用寿命的预测方法发明并不多。为了能更全面的了解某一沥青路面面层结构的使用寿命，便于沥青面层结构的选择与应用，本发明提供了一种预测沥青路面寿命的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种预测沥青路面寿命的方法，通过室内试验建立车辙变形率、路面使用时长和温度三者的等式关系，进而可以分析路面的使用寿命。该方法可以较为准确地预测某种面层结构应用于某级道路时的使用寿命，有利于路面结构的优化选择。为实现上述目的，本发明的技术方案是：

2、一种预测沥青路面寿命的方法，包括以下步骤：

3、s1：根据新建沥青路面各层材料的配比，对沥青混合料进行拌合，逐层按要求制作全厚度车辙试件。

4、s2：采用全厚度车辙试验仪在不同温度条件、不同荷载作用次数下进行车辙试验并记录相应值。其中轮底压强设为0.7mpa，温度条件应取多个值(例如：30℃、40℃、50℃、60℃、70℃)，荷载作用次数应取多个值(例如：2000～20000次)，增加结果的可靠性。

5、s3：以沥青结构层的车辙永久变形率作为指标参数，计算路面车辙变形率ε：

6、

7、式中：ε—车辙变形率，％；rh—车辙变形量，mm；h—试件厚度，mm。

8、s4：通过已有的资料分析及交通调查得到道路每小时标准当量轴次，试验荷载作用次数与每小时标准当量轴次的比值即为路面使用时长：

9、

10、式中：t—路面使用时长，h；n—荷载作用次数，次；nh—每小时标准当量轴次；次/h。

11、s5：建立车辙变形率ε、时间t与温度t三者的关系式，具体的计算方法为：

12、首先，建立车辙变形率ε与时长t的关系：

13、ε＝ae-kt   (3)

14、式中：ε—车辙变形率，％；a—试验参数；k—与温度有关的性能变化速度常数，h-1；t—路面使用时长，h。

15、对式(3)等式两边取对数：

16、lnε＝lna-kt   (4)

17、以t为自变量，lnε为因变量，lna为常数项，-k为斜率，然后利用最小二乘法求lna和-k及判定系数r2的值。

18、其次，采用arrhenius方程建立常数k与温度t的关系：

19、

20、式中：b—频率因子，h-1；ea—活化能，j/mol；r—摩尔气体常数，j/(mol·k)；t—试验温度，k。

21、对式(5)等式两边取对数：

22、

23、同理，利用最小二乘法求lnb和以及判定系数r2的值。

24、其中，最小二乘法的具体计算方法为：

25、以公式(4)为例，令x1＝t，y1＝lnε，a＝lna，b＝-k，参数a，b及其判定系数r2分别由以下公式计算：

26、

27、其中：

28、s6：对步骤(5)中的公式进行等式变形即可得到沥青路面寿命预测模型：

29、

30、其中，实验参数a取多个计算结果的平均值，车辙变形率ε根据道路允许出现的最大车辙作为临界值计算，温度t取路面等效温度。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

32、本发明使用全厚度车辙试验仪在不同温度、不同荷载作用次数条件下测出某一沥青面层结构的出现不同车辙状况，然后建立车辙变形率、时间和温度三者的关系，通过对等式变形得到寿命预测模型，再对试验数据进行拟合计算即可得到寿命预测值。该方法可以预测沥青面层结构的使用寿命，验算面层结构是否满足道路初期使用要求，为道路结构的选择与优化提供新思路。

技术特征：

1.一种预测沥青路面寿命的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种预测沥青路面寿命的方法，其特征在于：所述步骤s1针对路面各层材料的配比，对沥青混合料进行拌合，逐层按要求制作试件。

3.根据权利要求1所述的一种预测沥青路面寿命的方法，其特征在于：所述步骤s2中，采用全厚度车辙试验仪在不同温度、不同荷载作用次数条件下进行全厚度车辙试验。

4.根据权利要求1所述的一种预测沥青路面寿命的方法，其特征在于：所述步骤s4中，通过已有的资料分析及交通调查得到道路每小时标准当量轴次，试验荷载作用次数与每小时标准当量轴次的比值，即路面使用时长：

5.根据权利要求1所述的一种预测沥青路面寿命的方法，其特征在于：所述步骤s5具体包括：

6.根据权利要求1所述的一种预测沥青路面寿命的方法，其特征在于：所述步骤s6中，所求的沥青路面寿命的预估模型为：

技术总结
本发明涉及一种预测沥青路面寿命的方法，属于道路工程技术领域，主要步骤包括：确定沥青面层结构及材料配比；制作全厚度车辙试件并采用全厚度车辙试验仪进行车辙试验，记录试验数据；建立车辙变形率、时间和温度的关系式；将等式进行变形得到沥青路面寿命预测模型，再将试验数据代入计算即可得到寿命预测值。本方法可用于验算新建路面选择的沥青面层结构是否满足初期使用要求，为沥青面层结构的优选和应用提供了新思路。

技术研发人员：马士宾,侯立成,盖茜,吴嫣然,郭蕊,李冀粤,庄昊,高翔,宋秀莲,吕振强,杨小宾
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13