沥青混合料疲劳损伤试验表征综述

针对沥青混合料疲劳损伤细观形态难以与宏观力学性能表征联系起来的现状,从损伤机理、表征模型及疲劳性能试验方法三方面综述了沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题,预测了其未来的发展方向。研究表明：由于沥青混合料是一种多相、多组分、多尺度的黏弹性材料,在评价其疲劳性能时,宏观的疲劳试验需要结合计算机断层扫描、数值模拟和数字图像相关技术等细观分析方法。沥青混合料疲劳性能试验方法目前应用最为广泛的是室内小型试件疲劳试验,由于不同试验方法中设置的试验条件各不相同,故其试验结果和性能参数呈现出显著的差异性。应重点研究沥青混合料抗疲劳开裂性能的细观结构损伤开裂形态与宏观性能表征的联系;改进现有疲劳试验方法的试验条件、开发先进的三维应力状态的加载设备,并增加试验的尺度以反映真实荷载环境下的疲劳性能;基于能量理论和黏弹性连续损伤揭示沥青混合料疲劳特性和历史荷载条件下的疲劳损伤规律。     

橡胶沥青混合料疲劳性能研究

参考美国AASHTO TP8标准要求,根据中国沥青混合料的成型现状,采用MTS材料试验机控制加载,选择改进的三分点加载小梁弯曲疲劳试验评价了亚利桑那州体系下的橡胶沥青混合料的疲劳性能。试验结果表明：橡胶沥青混合料的疲劳寿命与应变水平有着很好的线性关系;使用了间断级配和高沥青用量的橡胶沥青混合料的疲劳性能明显好于一般AC-13级配下的SBS改性沥青混合料和基质沥青混合料;橡胶沥青混合料优异的疲劳性能与高温稳定性,与沥青与级配有密切关系。     

橡胶沥青混合料的疲劳性能

参考美国AASHTO TP8标准要求,根据中国沥青混合料的成型现状,采用MTS(material test system)控制加载,选择改进的三分点加载小梁弯曲疲劳试验评价了亚利桑那州体系下的橡胶沥青混合料的疲劳性能.试验结果表明:橡胶沥青混合料的疲劳寿命与应变水平有着很好的线性关系;使用了间断级配和高沥青用量的橡胶沥青混合料的疲劳性能明显好于一般AC-13级配下的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)改性沥青混合料和基质沥青混合料;橡胶沥青混合料优异的疲劳性能与高温稳定性与沥青及特殊的级配有密切关系.     

沥青混合料轴向局部加载试验研究

轴向局部加载试验能模拟实际路面的受力特性,可以提供沥青混合料设计的性能参数.为确定其实验条件并提出能客观评价沥青混合料高温抗剪切性能的试验指标,在不同的试验条件下对不同混合料的圆柱形试件进行轴向局部加载试验.通过有限元分析和相关试验确定了轴向局部加载试验的合理试件尺寸和压头大小;通过轴向局部加载试验指标与车辙动稳定度的相关性分析确定了试验温度和加载速率,并提出评价沥青混合料高温性能的力学参数.结果表明:60℃条件下采用40mm压头、50mm/min的加载速率的轴向局部加载试验得到的破坏模量与车辙试验结果具有很好的相关性,可以充分反映沥青混合料的高温性能.     

高掺量RAP结合料温拌沥青胶浆的疲劳性能评价

研究了高掺量再生沥青路面(RAP)结合料和两种温拌沥青混合料R和M的沥青胶浆的疲劳性能,通过线性振幅扫描(LAS)试验和时间扫描试验研究了应变控制和应力控制两种加载模式下的疲劳性能。结果表明,人工RAP结合料、WMA添加剂和矿物填料对沥青胶浆抗疲劳开裂性能的影响随加载方式的不同而不同。此外,根据时间扫描试验结果,用能量法评估沥青材料的疲劳寿命更为可取。     

聚酯纤维复配RET改性沥青混合料的技术性能

为了研究聚酯纤维和RET对沥青混合料的性能影响,通过贯入剪切试验、半圆弯拉试验以及小梁弯曲疲劳试验,采用贯入剪切强度、断裂能密度与疲劳寿命评价聚酯纤维与RET对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性以及抗疲劳性能的影响,并与SBS,SBR改性沥青混合料进行对比研究.最后采用Weibull分布,分析不同沥青混合料在不同失效概率下的疲劳性能.研究结果表明:相比于SBS,SBR改性沥青混合料,复配改性沥青混合料的贯入剪切强度、断裂能密度以及疲劳寿命显著提高,因此聚酯纤维复配RET能够显著改善沥青混合料的高温稳定性,有效改善RET改性沥青混合料的低温性能,且对沥青混合料的疲劳性能有较显著的影响.     

橡胶沥青混合料疲劳性能影响因素研究

参考美国国家公路与运输协会(AASHTO)标准TP8要求,根据中国沥青混合料的成型现状,采用材料试验机(material test system,MTS)控制加载,选择改进的三分点加载小梁弯曲疲劳试验对橡胶沥青混合料疲劳性能影响因素进行了研究.研究表明:橡胶沥青油石质量比在7.5%～9.0%时,橡胶沥青混合料的疲劳寿命随沥青掺量的增加而增大;在正常的空隙率范围内,随着空隙率的减小,橡胶沥青混合料的疲劳寿命逐渐增加,但饱和度太高,对混合料的疲劳性能不利;胶粉掺量在19%时的疲劳性能最好.对各影响因素进行关联度分析表明,空隙率对橡胶沥青混合料的疲劳性能影响最为显著,沥青饱和度、油石质量比和胶粉掺量对疲劳性能也有较大影响.     

Superpave沥青混合料技术初探

Superpave沥青混合料技术包括胶结料与集料规范、混合料体积设计、混合料施工等全套技术，是一个完整的技术体系。它将试验方法与指标同沥青路面的路用性能建立起直接关系，通过控制高温车辙、低温开裂和疲劳开裂来达到全面改进路面性能的目的，形成了一个基于路用性能基础上的沥青-沥青混合料设计新体系。从美国和国内的应用来看，有效的防止了沥青路面早期损害的发生。本文对Superpave混合料技术体系进行初浅探讨。     

沥青混合料粘弹塑性断裂参数研究

沥青混合料是一种典型的粘弹塑性材料，通过半圆弯拉试验，采用J积分和延迟开裂时间评价其延迟开裂性能；测得在不同荷载水平和不同试验温度条件下沥青混合料的延迟开裂时间以及不同试验温度下的断裂韧度，研究其裂缝起裂规律。研究结果表明，裂缝的起裂表现出明显的粘弹塑性特征，采用J积分理论和延迟开裂时间评价沥青混合料的断裂性能时，简单的流变本构关系依然适用。     

玻璃纤维超薄罩面沥青混合料路用性能

为提高超薄罩面沥青混合料的路用性能,将预处理后的玻璃纤维掺入AC-10L、SMA-10以及SAC-10超薄沥青混合料中,通过马歇尔试验验证玻璃纤维掺入的可行性;开展不同沥青种类与不同级配的混合料高温车辙试验,评价玻璃纤维对超薄沥青混合料高温性能的改善效果;基于浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及疲劳加载试验,评价玻璃纤维对AC-10L超薄沥青混合料水稳定性及疲劳性能的提升效果。研究结果表明:掺入玻璃纤维后,不同级配的混合料马歇尔稳定度与流值均有一定提升,并可改善其物理性能,因此将玻璃纤维掺入超薄沥青混合料具有可行性;不同改性沥青种类的混合料高温性能均随玻璃纤维掺量的增加而增大,AC-10L、SMA-10、SAC-10超薄沥青混合料的动稳定度可提升15%左右,且玻璃纤维对细集料的影响更大;玻璃纤维掺量(质量分数,下同)为0.4%时,AC-10L沥青混合料的动稳定度较未掺时提升了23.8%;随着玻璃纤维掺量的增大,AC-10L超薄沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂抗拉强度比以及疲劳寿命均呈先增后减趋势;与掺量为0%时相比,掺量为0.4%时,AC-10L沥青混合料的水稳定性提升8%左右,而疲劳寿命提升25%以上。     

不同设计方法下沥青混合料疲劳性能研究

根据厚沥青面层的自身受力特点,采用应力控制模式对旋转压实剪切实验机(GTM)旋转压实与马歇尔击实两种设计方法下的不同混合料的疲劳性能进行了对比评价.研究表明在材料试验设备MTS810上采用应力控制模式比较与评价不同设计方法下混合料的疲劳性能是可行的,在应力控制模式下旋转压实设计出的混合料疲劳性能优于马歇尔击实设计出的沥青混合料疲劳性能,并研究了公称最大粒径对混合料疲劳性能的影响.     

沥青混合料裂纹扩展阶段疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,本文基于能耗的观点,研究沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了三种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有更好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过对Van Dijk能耗公式参数拟合建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以更方便的预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为研究再生沥青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程的关系,并改进了疲劳方程.结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性较高,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变>试验温度>RAP掺量>加载频率;佩尔疲劳模型适用于再生沥青混合料疲劳寿命研究,此模型中的系数与RAP掺量、试验温度、加载频率相关度较高,此三因素可通过非线性拟合引入疲劳模型,且改进后的疲劳模型可靠度较高.     

基于SHRP方法的不同层位旧沥青性能试验评价

针对某高速公路沥青路面不同层位的回收沥青及其短期老化（旋转薄膜烘箱RTFOT）和长期老化（旋转薄膜烘箱RTFOT＋压力老化PAV）后的沥青,应用Superpave技术中的PG分级方法开展动态剪切流变（DSR）和低温弯曲梁流变（BBR）试验,分别评价它们的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能及耐老化性能.同时,利用沥青混合料简单性能试验仪（SPT）进行不同层位沥青混合料的重复加载永久变形试验,评价它们的高温稳定性能.研究结果表明,不同层位面层的旧沥青由于沥青品种、老化程度不同,所测试出的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能及耐老化性能都有所差异.高温稳定性增强了,但低温抗裂性、抗疲劳性能及耐老化性能均有所降低,需进一步提高.还确定了不同层位沥青的最高和最低的路面设计温度等级.     

沥青混合料粘弹塑性断裂参数的研究

沥青混合料是一种典型的粘弹塑性材料.文中通过半圆弯拉试验,采用J积分理论和延迟开裂时间评价其延迟开裂性能,测得在不同荷载水平和不同试验温度下沥青混合料的延迟开裂时间,以及不同试验温度下的断裂韧度,研究其裂缝起裂规律.结果表明,裂缝的起裂表现出明显的粘弹塑性特征,采用J积分理论和延迟开裂时间评价沥青混合料的断裂性能时,简单的流变本构关系依然适用.     

矿物纤维沥青混合料中纤维最佳掺量的试验研究

纤维沥青混合料中纤维的最佳用量是由纤维吸附沥青的能力、矿质混合料的级配类型以及纤维的分散性的强弱等因素共同决定的。在实际工程中,掺加纤维的混合料类型多为骨架-密实型,如SMA。以骨架-密实型沥青混合料为主要研究对象,按照矿物纤维掺量0%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%为试验前提,选用玄武岩矿物纤维,通过高温车辙试验和低温小梁弯曲试验,对比不同沥青条件下矿物纤维沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性等,确定矿物纤维的最佳掺量,从而改善沥青混合料的路用性能。     

聚酯纤维沥青胶浆及混合料路用性能

 为研究聚酯纤维沥青混合料的性能,引入木质素纤维作对比,对两种纤维的技术指标进行测试;通过动态剪切流变试验、弯曲梁流变试验、车辙试验、低温弯曲小梁试验、冻融劈裂试验和四点弯曲疲劳试验分别对无纤维和掺加聚酯纤维、木质素纤维的沥青胶浆和沥青混合料性能进行试验研究,并分析其改善机制。结果表明,掺加纤维能显著地改善沥青混合料的路用性能,聚酯纤维沥青混合料比木质素纤维混合料具有更优良的路用性能。     

水-荷载耦合作用下沥青混合料性能变化分析

传统的水对沥青混合料性能影响的研究主要集中在水稳定性上,而对水作用下沥青材料的长期性能研究较少。为此,首先进行了水、温、荷载综合作用下的沥青混合料耐久性能的室内试验设计;而后采用该方法对设计的沥青混合料进行了性能评价。研究结果表明：相应的试验设计在一定程度上模拟了实际沥青路面的水、温、荷载作用状况;水、温的动态作用使得沥青材料的使用寿命发生明显衰减;重载条件下,水-荷载的耦合作用对沥青路面使用寿命的衰减作用更加明显。