前言
弯沉是评价路面结构刚度的重要指标,沥青路面的弯沉检测以沥青面层平均温度20℃为准,对沥青层厚大于5cm的沥青路面,弯沉值应予温度修正。由于沥青混凝土是感温性材料,因而沥青路面随温度变化其整体刚度会受到很大影响,《公路路基路面现场测试规程》(JTGE60—2008)中路面弯沉的温度修正系数根据沥青面层表层、层间及层底的温度进行取值,进行沥青路面弯沉的温度修正。由于FWD动态弯沉与实际路面的行车荷载状态比较吻合,且其检测效率高,复现性好,受外界干扰性小,近年来越来越多的得到国际上公路行业的认可,因此,本文根据不同结构层间温度场取值,采用FWD对现场不同结构沥青路面试验路进行现场温度采集,并进行路面动态弯沉值、结构层厚度及不同温度取值方式的路面温度进行相关性分析中国沥青网sinoasphalt.com。
路面结构与数据采集
山东对滨(州)大(高)高速公路四种路面结构试验路进行了FWD弯沉检测,由于基层厚度的变化对弯沉温度修正系数K的影响很小,可忽略。本文针对沥青层结构内部温度变化对路面弯沉的影响进行了分析。试验路段选择目前国内最常用的沥青路面结构类型(结构四)及山东省所采用的永久性路面结构,沥青层厚度分别为结构一50cm,结构二38cm,结构三33cm,结构四15cm。每个路面结构内都布设有多个温度传感器,可随时进行结构层内温度采集。为了得到一定温度变化范围的弯沉检测结果,在不同季节温度跨度较大的情况下多次对路面采用FWD进行弯沉检测并记录下路面结构层不同深度的温度值。
在进行弯沉修正参数的温度选择时,进行了多种方案的选择进行回归,以寻找其相关性较好的方法,并与规范规定值进行了比对分析。由于沥青材料刚度与温度存在较强的依赖关系,且考虑到沥青材料的粘温关系,可选择广义幂函数模型对路面弯沉进行数值回归。l值的变化体现了温度对沥青层模量的影响。由于拟合结果会出现极大值与实际值较为明显的偏差,因此采用BISAR3.0计算软件,采用室内试验得到的材料动态模量结果,对沥青路面随温度变化得到的弯沉极大值进行计算取值,极大值的限定对数据拟合精度影响很小,可忽略。
不同结构沥青路面弯沉的温度相关性分析
不同结构沥青路面弯沉与沥青层不同深度温度回归所得R2值(相关系数的平方)。可知:路面弯沉值与结构层温度相关性很好,且随着深度增加,相关性出现了峰值,因此,沥青路面的弯沉值与沥青层相关性峰值处的温度变化存在着极高的相关关系,即该深度的温度变化可最大限度的反映沥青层刚度的变化情况,可认为,该深度为沥青层刚度随温度变化的代表深度(简称代表深度)。
可知:不同厚度沥青面层的代表深度明显不同,随着厚度增加,代表深度也越来越大,这是由于随着沥青层厚度增加,温度对路面性能的影响深度也会增加,因路表温度变化远比路面面层温度的变化快,且随着深度增加,沥青层的温度变化相对微弱,受大气温度变化影响较小,因而路面温度随深度增加是加速递减。所以当沥青层增加到一定厚度后,代表深度将不再增加,存在一个极限值。可知:当沥青层厚度到50cm时代表深度的变化将不明显,对该4个路面结构的数据进行回归。
采用不同的计算方式,对沥青层温度与路面弯沉值进行相关性分析,从而选择更适合的方式对路面弯沉在不同温度下检测结果进行计算,为生产过程提供计算依据。分别采用代表深度、T0951—2008、路面表面等3种方式进行温度选择计算,并对其进行比较分析。
不同温度取值方式中,Th与弯沉的相关性最好,T0951—2008及路表温度与弯沉相关性相当。
根据国内外的科研成果采用(t25+tm+te)/3作为沥青层平均温度,4种结构沥青路面弯沉与沥青层平均温度的回归函数。
沥青路面弯沉温度修正系数分析
T0951—2008规定,沥青路面沥青层平均温度作为沥青层的代表温度,当沥青层厚度大于5cm时,应进行温度修正,修正标准温度为20℃。但路面弯沉检测任务往往时间跨度较长,温差也较大,采用规程规定的方法逐点查表进行修正工作量非常大,可操作性很小,因此本文采用实测路面结构温度与弯沉的相关性进行分析,对不同沥青层厚度、路面动态弯沉、路表温度及沥青层平均温度进行分析。
与结构层间温度相比,路表温度简单易测,通过路表温度推算路面结构层平均温度进行大批量的弯沉检测结果修正不失为一个便捷方法。本文采用多年不同季节的路面温度样本,对路表温度与沥青层平均温度进行相关性分析,且考虑到沥青路面结构层厚度的不同对结构层的平均温度有一定影响,在相关性分析中将沥青结构层厚度也作为一个影响因素。
沥青层平均温度与路表温度及沥青层厚度的相关关系,相关性非常高,因此采用路表温度对路面结构平均温度进行计算可以满足精度要求。
结果进行不同结构沥青路面温度修正系数的计算,根据所计算的结果可进行路面弯沉值的温度修正。
K值的变化反映了沥青材料的特性,由于沥青材料的刚度随温度变化为非线性,因此K值得变化也反映了该特性,对试验规程中弯沉修正系数的线性关系也提出了质疑。目前的自动化弯沉检测设备具有路表测试温度功能,可通过相关温度函数对代表深度的温度进行取值,可为沥青路面弯沉检测工作提供一定的计算依据。
结语
①沥青路面的弯沉与温度有良好的相关性,通过不同结构沥青路面试验路弯沉与温度的相关性进行分析,认为弯沉与沥青层一定深度的温度相关性最好,即代表深度。弯沉与沥青层平均温度及路表温度的相关性相当。
②随着沥青层厚度的变化,代表深度也随之变化,沥青层越厚,代表深度越深,但随着厚度的增加代表深度的变化趋于缓慢。
③对国内高速公路通常采用的沥青路面结构及国内研究成果所建议的永久性沥青路面结构等多种典型沥青路面,采用路表温度与路面沥青层平均温度进行相关性分析,并考虑沥青层厚度的影响,得到的回归公式相关性良好,在实际检测过程中可以通过路表温度对沥青层平均温度进行推算。分析得到弯沉随路表温度变化的修正系数K值,该值与温度存在指数函数变化关系,可为弯沉检测的温度修正提供一定的参考。