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沥青面层施工温度及压实质量连续检测技术研究

王小波  
【摘要】:近年来,由于高速重载交通量增大、气候环境趋于复杂,对公路的建设质量提出了更高的要求。然而,沥青路面早期破坏严重、耐久性不足仍是目前公路基础设施面临的大问题。造成沥青路面耐久性不足的主要原因之一就是路面在施工过程中的质量控制得不到保障,特别是面层施工温度及压实质量对耐久性有着重要影响。但是,目前沥青面层施工过程中对施工温度及压实质量把控存在“以点代面、被动低效”、无法实现连续、高精度检测的问题。因此,提出一种能够实现沥青面层施工温度及压实质量高精度、连续检测的方法来提升施工质量,保障路面耐久性,对解决目前施工过程控制中薄弱环节问题、推动公路建设高质量发展、实现长寿耐久沥青路面具有重要意义。首先,针对外场因素作用下沥青混合料表面与内部温度存在差异的问题,现有非接触式测温方法只能实现沥青混合料表面温度连续检测,因此开发了考虑外场因素的非接触式高精度测温装置;明确了单一外场因素对AC-16和SMA-16两种沥青混合料内部与表面温差的影响规律,并发现沥青混合料类型对温差影响并不显著;基于正交试验确定了外场因素对内部与表面温差影响的强弱顺序:太阳辐射环境温度风速相对湿度(标准温度150℃),太阳辐射风速环境温度相对湿度(其他标准温度);选择了以太阳辐射、风速和环境温度作为主要外场因素,通过对比分析基于多元回归和基于支持向量机的内部温度预测模型预测效果,选择预测结果平均相对误差为1.7%的基于支持向量机的预测模型作为沥青面层施工过程中内部温度的高精度预测模型。其次,针对沥青面层振动压实过程中振动压路机与沥青混合料相互动态作用展开动力学分析,结合数值仿真分析,选择以振动轮垂直方向振动加速度幅值作为压实质量连续检测指标;明确了压实度越大、压实温度越低时,压实温度对压实度与振动加速度幅值关系影响越显著。再次,基于有限元分析法对沥青面层振动压实过程进行模拟分析,明确了振动压实作用下路面结构中竖向应力分布情况;提出以竖向应力随深度衰减幅度确定振动轮影响深度,明确了柔性基层沥青路面振动轮影响深度约在0.6~0.7m,半刚性基层沥青路面振动轮影响深度约在0.5m左右;发现了半刚性及柔性基层模量均对振动加速度有显著影响,且柔性基层模量变化时所引起振动加速度幅值变化幅度小于半刚性基层;基于支持向量机构建两种类型基层沥青路面面层压实度预测模型,预测模型平均相对误差分别为1.04%和1.49%。最后,基于室内振动压实试验明确了沥青面层压实程度、压实温度及半刚性基层模量对振动加速度幅值的影响规律,验证了数值仿真与模拟分析所得结论的正确性;采用试验数据训练基于支持向量机的压实度预测模型后所得预测结果的平均相对误差仅为0.44%,预测效果较好。


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