水作用对沥青混合料疲劳性能影响试验

为了便于高温潮湿多雨地区和季节性冰冻地区选用合适的水处理方式评价沥青混合料水稳定性,设计制备了3种级配、4种空隙率的AC-13沥青混合料,通过间接拉伸疲劳试验,研究了不同水作用方式(高温浸水和冻融循环)对它们疲劳性能的影响。试验结果表明,水作用会明显降低沥青混合料的疲劳性能,并且冻融循环的不利影响更为严重;细集料多、空隙率小的沥青混合料的疲劳性能较好,其疲劳寿命对荷载应力也更为敏感。设计和施工时应保证沥青混合料空隙率在4%~5%之间,以降低水作用对沥青混合料疲劳性能的影响程度。同时,评价了水作用对Superpave级配禁区上下方的沥青混合料疲劳性能的影响,并探讨分析了高温浸水和冻融循环影响不同空隙率的沥青混合料疲劳性能的作用机制。     

季冻区沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性研究

沥青混合料的疲劳裂缝是导致沥青路面面层破坏的主要原因之一,也是加速引起沥青路面水损害、老化等的重要原因。采用应力控制模式加载下的小梁弯曲试验,研究了不同温度或应力比下沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性。研究发现,沥青混合料的疲劳全寿命随温度的升高而缩短;相同温度时,沥青混合料的疲劳全寿命随着应力比的增大而缩短。当温度偏高时,沥青路面疲劳拓展寿命占据疲劳全寿命的比例较大;当温度偏低时则相反。疲劳全寿命的对数值与温度、应力比均成反比。裂纹拓展寿命占疲劳全寿命的百分比和温度呈指数关系。     

冻融循环条件下沥青混合料强度衰减的评价方法

对沥青混合料在不同冻融循环条件下的破坏机理及其强度衰减评价方法进行研究.通过比较不同温度、不同频率及不同冻融循环条件下沥青混合料动态模量及其损伤变量的变化规律,探讨沥青路面冻融破坏机理,并确定冻融循环条件下其强度衰减的评价方法及指标.研究结果表明:当温度在5～15℃之间时,沥青混合料的动态模量迅速变化,温度继续升高之后趋于稳定;比较直接冻融、饱水加载后冻融和加载冻融同时作用3种不同冻融循环试验方法,以加载冻融同时作用的条件最为苛刻;确定在25℃和10 Hz下,进行900 N边加载边冻融试验作为沥青混合料强度衰减评价方法,损伤变量达到10%时作为沥青混合料的损伤破坏评价指标.     

冻融循环-动水冲刷对间断级配沥青混合料特性参数影响

沥青路面在水、温和荷载长期作用下服役寿命明显降低.为探寻沥青混合料路用性能衰减规律,本文自主研发了沥青混合料动水冲刷模拟试验装置,对沥青混合料马歇尔试件开展多次冻融循环-动水冲刷循环作用,分析了沥青混合料特性参数变化规律,结合CT切片扫描,探寻了沥青混合料内部结构变化规律.结果表明:在冻融循环-动水冲刷循环前期,各特性参数都呈现出较快的增长或衰减;在外加动力水压作用下,沥青混合料内部吸水量会逐渐增加至饱水状态,沥青混合料试件内部的微开口孔隙会发生结构与形态的变化;经12次冻融循环-动水冲刷循环,沥青混合料的劈裂强度降幅高达65.44%.研究结果为深入了解沥青路面水损害机理提供了理论基础.     

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。     

RAP掺量对热再生沥青混合料水温耐久性能的影响

采用多重冻融循环模拟水温循环作用,对不同旧料(RAP)掺量的热再生沥青混合料的耐久性能进行试验评价,分别进行了0,1和3次冻融循环后的劈裂试验、动态蠕变试验、半圆弯曲试验和间接拉伸疲劳试验.试验结果表明:利用1次冻融循环后的冻融劈裂强度比评价再生沥青混合料的水稳定性能具有一定的局限性;多重冻融循环作用下,与新沥青混合料相比,再生沥青混合料水稳定性的低温性能、高温性能和疲劳性能都有了较大程度的下降,再生沥青混合料在长期水温循环作用下的耐久性能较差,且RAP掺量越高,耐久性能衰退越明显.     

季冻区沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性

沥青混合料的疲劳裂缝是导致沥青路面面层破坏的主要原因之一,也是加速引起沥青路面水损害、老化等的重要原因。采用应力控制模式加载下的小梁弯曲试验,研究了不同温度或应力比下沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性。研究发现,沥青混合料的疲劳全寿命随温度的升高而缩短;相同温度时,沥青混合料的疲劳全寿命随着应力比的增大而缩短。当温度偏高时,沥青路面疲劳拓展寿命占据疲劳全寿命的比例较大;当温度偏低时则相反。疲劳全寿命的对数值与温度、应力比均成反比。裂纹拓展寿命占疲劳全寿命的百分比和温度呈指数关系。     

橡胶颗粒沥青混合料疲劳性能影响因素分析

通过室内小梁弯曲疲劳试验,对影响橡胶颗粒沥青混合料疲劳性能的因素进行了研究.采用方差法分析各因素的显著性,得到不同试验条件下的疲劳寿命预估模型.研究结果表明:混合料的疲劳寿命在一定范围内随温度升高而逐渐降低;随沥青用量、橡胶颗粒掺量的增加疲劳寿命先增大后减小;沥青的针入度越大,软化点越小,混合料的疲劳寿命越低;各因素对疲劳寿命的影响顺序为:温度橡胶颗粒掺量沥青种类沥青用量.     

在役乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能

通过应力控制下的劈裂疲劳试验,分析了现场服役多年的乳化沥青冷再生混合料及室内新成型的乳化沥青冷再生混合料劲度模量衰减特征以及2类混合料疲劳破坏阶段的黏弹性特征;结合损伤分析,提出了在役冷再生沥青混合料和新成型冷再生混合料疲劳破坏准则;对比了不同车道的在役冷再生混合料和新成型冷再生混合料的疲劳寿命,结果表明,现场实际轴载作用次数的增加会导致冷再生混合料剩余疲劳寿命的降低,冷再生混合料在使用中存在疲劳性能增长过程.     

水-温-荷耦合作用下沥青混凝土疲劳寿命

对粗、中、细3种不同级配类型的AC-25沥青混凝土进行冻融和未冻融条件下劈裂疲劳试验,得到应力疲劳方程和应变疲劳方程,分析了水、温、荷耦合对沥青混凝土疲劳寿命的影响研究结果表明:沥青混凝土疲劳寿命与其劈裂强度呈现明显的相关性,劈裂强度越低,相应疲劳寿命越小;不同级配类型的沥青混凝土疲劳性能优劣顺序依次为粗＞细＞中;在应...     

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.     

沥青混凝土弯曲疲劳试验疲劳损伤分析

针对现有沥青混合料疲劳损伤试验时直接依据刚度或模量计算损伤值而无法真实反映材料微观损伤特性的不足,提出应用反分析方法以得到沥青混凝土的疲劳损伤演化规律。其步骤是：根据沥青混凝土疲劳损伤模型,得到三点弯曲梁试件疲劳损伤力学理论经典解;根据疲劳试验数据确定沥青混凝土材料疲劳损伤模型中的特征参数。应用非线性有限元方法,模拟计算并分析试件疲劳损伤过程中的弯拉应力、挠度、损伤变量、裂纹扩展速率等的变化规律,并预测沥青混凝土试件疲劳寿命及失稳断裂时的裂纹长度。研究结果表明：疲劳寿命的数值模拟结果与试验结果较吻合,证明了所提出的沥青混凝土疲劳损伤模型的合理性和有效性。     

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.     

相同条件下大样本沥青混合料的疲劳性能

采用一个沥青混合料小梁试件大样本,在相同条件下进行了应变控制疲劳试验研究,分析了沥青混合料试件疲劳寿命、初始模量和累计耗散能的分布规律,探讨了疲劳寿命与初始模量和累计耗散能的关系,以及疲劳寿命、初始模量和累计耗散能与试件空隙率之间的关系.试验结果表明:应变控制疲劳寿命数据的离散性大;沥青混合料的疲劳寿命、累计耗散能和初始模量呈三参数W eibull分布和对数三参数W eibull分布,三参数W eibull分布可以用于分析沥青混合料的疲劳数据;相同条件下,试件的疲劳寿命与初始模量数据线性和对数线性负相关,与累积耗散能数据呈现非常良好的线性正相关,疲劳寿命对数和累积耗散能对数与空隙率负相关性较好;初始模量与空隙率的相关性不明显.文中的研究结果验证和揭示了沥青混合料的应变控制疲劳破坏规律.     

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。     

沥青混合料变温疲劳性能及其在路面设计中的应用研究

对一种常规级配的沥青混合料的疲劳性能进行了研究,通过较大温度范围、较高应力比的沥青混合料劈裂疲劳试验,得出了对应温度、应力比下沥青混合料的疲劳寿命及其变化规律,并探讨了其在沥青混合料有效温度方面的应用,以期为路面结构设计提供参考。     

高性能沥青混合料应用技术研究

在矿料、沥青材料试验研究的基础上开展沥青混合料组成设计试验研究,提出了供工程使用的高性能沥青混合料级配组成设计建议范围.高性能沥青混合料路用性能检验结果表明,其高温稳定性高于国内常用的AC-I沥青混合料.此外还用高应力比模拟重载交通研究了高性能沥青混合料的疲劳性能,发现重载情况下的疲劳规律与一般荷载下的疲劳规律一致.试验路的观测与分析结果表明达到了预期的目标.     

大样本条件下沥青混合料疲劳试验参数的概率分布分析

采用一个沥青混合料小梁试件大样本,在相同条件下进行了应变控制疲劳试验,并对疲劳试验结果进行了正态分析和Weibull分析,得到了沥青混合料试件疲劳寿命、初始模量和累计耗散能的概率分布规律.研究分析表明:沥青混合料的疲劳寿命、累计耗散能和初始模量呈3参数Weibull分布和对数3参数Weibull分布,可以采用3参数Weibull分布来分析沥青混合料的疲劳特性.