采用无损检测设备对沥青路面进行无损检测时,对沥青路面的工程质量评价及病害检测是基于沥青路面病害位置处的介电特性差异实现的。沥青路面服役环境中存在着动态变化的温湿度场,这会影响沥青路面典型病害处的介电特性,从而影响无损检测设备的检测结果,因此准确评价温湿度场对沥青路面典型病害处介电特性的影响对于提升沥青路面无损检测精度具有重要的意义。为了明确温湿度场对沥青路面材料典型病害处介电特性的影响,本文在前人研究的基础之上,从理论上建立了温度、湿度对沥青混合料介电特性的影响模型,提出不同温度、湿度、频率条件下无损检测数据的等效转换模型,并明确沥青路面典型结构及病害处温湿度场分布规律及其对病害位置处介电特性的影响,得到的主要结论如下:
(1)温度是影响沥青混合料介电特性的重要因素。本文基于温度对沥青混合料介电特性的影响机理分析,构建了考虑温度因素的沥青混合料介电模型,通过试验验证了该理论模型的适用性和准确性,说明该理论模型可以作为量化温度因素对沥青混合料介电特性影响的理论依据。
(2)从微观角度而言,沥青由于共价键、链状键的限制,其极化以电子极化为主,而集料的极化则以离子极化为主,集料的极化强度要高于沥青,故集料的相对介电常数和介电损耗大于沥青。同时,不同集料和沥青的电导活化能存在着明显差异,电导活化能较大的材料从常态转变为容易发生导电的活跃状态所需要的能量相比较大,这也从材料优选角度为沥青路面融雪技术发展提供了新的思路。
(3)湿度是影响沥青混合料介电特性的重要因素。本文基于湿度因素对沥青混合料介电特性的影响机理进行分析,构建了考虑湿度因素的沥青混合料介电模型,通过试验验证了该理论模型的适用性和准确性,说明该理论模型可以作为量化湿度因素对沥青混合料介电特性影响的理论依据。
(4)本文基于温度和湿度对沥青混合料介电特性的影响机理,通过理论推导建立了沥青混合料相对介电常数的温度-湿度-频率等效转换模型,并设计了多温度、湿度和频率条件下沥青混合料相对介电常数的测量试验来验证该等效转换模型的可靠性。同时,本文建立的温度-湿度-频率等效转换模型具有一定的适用范围,且适用于沥青路面服役的主要温湿度区间和沥青路面无损检测的部分主要频率区间,可以在一定程度上作为实现不同温度、湿度和频率条件下相对介电常数转换的理论基础,即可作为实现无损检测设备检测数据统一的理论依据。
(5)本研究建立了适用于我国中部地区的大气温度每时刻变化规律模型,同时以此为基础实现了三种沥青路面典型结构温度场的COMSOL有限元模拟并证明了模拟结果的准确性。在此基础之上,对三种不同沥青路面典型结构及裂缝、空洞病害的温度场进行了模拟,结果发现三种不同沥青路面典型结构的温度场变化规律是一致的,同时证明沥青路面典型病害如果未与空气直接接触,则其温度场分布规律与正常沥青路面保持一致,若沥青路面典型病害与空气直接接触,则病害位置处的温度场会形成较大差异。结合沥青路面表面裂缝病害的正演结果,发现明确温度场对沥青路面典型病害处介电特性的影响对于沥青路面的质量评价和养护工作具有重要的意义。
(6)本研究建立了适用于我国中部地区的大气相对湿度每时刻变化规律模型,同时结合沥青路面温度场结果建立了沥青路面典型病害的温湿度场,发现表面裂缝和反射裂缝会影响沥青路面的湿度场分布规律,其中表面裂缝处的水气浓度会比正常沥青路面小,而反射裂缝处的水气浓度会比正常沥青路面大,这说明表面裂缝和反射裂缝均可以为沥青路面内部的水气运动提供通道。同时,沥青路面温湿度场对沥青路面材料介电特性的影响大于仅考虑温度场的影响,模拟结果显示考虑温湿度场时,表面裂缝、反射裂缝病害处的相对介电常数与正常路面存在差异,会干扰无损检测设备对病害形态的判断与识别,从而影响无损检测设备的检测精度。结合沥青路面典型病害的正演结果,发现明确温湿度场对沥青路面典型病害处介电特性的影响对提升沥青路面无损检测精度和沥青路面病害识别精度都具有重要意义,可以为沥青路面质量评价与养护工作提供参考依据。