利用离散元模型分析沥青混合料的空隙特性

空隙是沥青混合料细观结构特性的重要组成部分,水和空气存在于其中时会造成混合料的水损害与老化,另外空隙也是混合料结构中的薄弱点与缺陷,与混合料的受力特性与破坏过程紧密相关。该文利用离散元工具生成了具有级配特征的沥青混合料颗粒流模型,移植借鉴离散元流固耦合分析的方法来计算混合料中各空隙的位置与体积等参数,得到了混合料中的空隙分布特性,并与实际混合料试件上使用CT扫描与图像分析得到的结果进行了对比,证明了论文所用分析方法的有效性。     

基于图像技术的沥青混合料细观结构研究进展

设计沥青混合料多依据沥青混合料的宏观品质,而沥青混合料的细观结构对宏观性能有着重要影响,基于图像技术的细观研究可深入地解释沥青混合料的路用表现。介绍了数字图像处理技术的定义及利用X-ray CT无损技术获取沥青混合料内部结构的方法,并综述了利用数字图像技术分析沥青混合料内部结构特性,包括集料形状、分布、接触性能及空隙等方面的研究,表明了图像技术研究沥青混合料的可行性。同时,还简要介绍了基于图像处理的沥青混合料细观结构的数值模拟方法,主要讨论了离散元方法和有限元方法的特点。最后提出了目前研究中的几点不足,并展望了沥青混合料细观结构未来的研究方向,为今后沥青混合料的研究提供参考。     

基于CT扫描技术的不同压实度下沥青混合料细观空隙特性研究

【目的】深入了解压实不足对沥青混合料内部空隙细观结构的影响。【方法】以SMA-13试件为对象,通过调整压实次数制备不同压实度的试件。采用计算机断层扫描和图像识别技术精确识别空隙,探究不同压实度下的沥青混合料空隙细观结构特性,包括空隙数量、体积、主轴方向角和配位数。【结果】在沥青混合料成型过程中,受到外部击实功的影响,内部空隙的主轴方向逐渐趋向于稳定状态。此外,随着压实次数的增加,沥青混合料内的大部分空隙逐渐减小,但也存在一些相邻的开口空隙在逐渐结合后形成更大的开口空隙。最终,随着压实程度的提高,空隙的平均配位数减小,导致空隙连通性下降,整体空隙网络的复杂度逐渐减小。【结论】本研究旨在更好地理解不同压实度下沥青混合料空隙结构的细观差异,为沥青混合料的设计、评价和维护提供更为科学的依据。     

基于CT技术的沥青混合料细观有限元建模和网格离散研究

借助工业CT扫描技术对于沥青混合料的细观组成进行扫描,并将扫描后的图片通过图形识别处理进而实现了沥青混合料中的胶浆二维几何形状重构和空间分布的确定,并通过设置临界值的方法剔除了可能影响沥青混合料材料细观有限元模型网格划分的骨料和空隙几何信息,最终结合有限元方法实现了半自动的沥青混合料细观尺度上的有限元网格离散化的流程.从而为分析沥青混合料细观力学特性的研究提供了可行的建模方法,也为从细观角度了解沥青混合料的各类力学特性提供了一个有限元模型平台.     

不同拌和方法的沥青混合料路用性能对比

为了研究两阶段拌和对沥青混合料的影响,采用试验评价与细观图像处理技术,对常规拌和与两阶段拌和的沥青混合料路用性能及细观结构进行分析。研究内容包括：两阶段拌和的最佳沥青掺配比确定、常规拌和与两阶段拌和的沥青混合料力学性能对比、不同拌和方法的试件断面细观结构分析。研究结果表明,两阶段拌和对大粒径和大空隙的沥青混合料力学性能提升明显,水稳性和耐高温性有明显提高。研究成果对两阶段拌和的沥青混合料应用具有一定的参考价值。     

多孔沥青混合料的细观空隙特征与影响规律

基于CT(computed tomography)、图像处理及重构技术和室内试验分析了多孔沥青混合料细观空隙特征的表征,研究了空隙率、粗细级配和公称最大粒径等对多孔沥青混合料细观特征的影响规律以及细观空隙特征同混合料性能之间的关系.研究结果表明多孔沥青混合料试件断面图像的空隙等效直径、空隙面积、空隙数量、空隙分形特征同混合料的材料组成与性能密切相关;对于空隙率相近的多孔沥青混合料,其细观空隙特征同混合料动稳定度、飞散损失和吸声系数峰值具有良好的回归关系.     

沥青混合料单轴贯入抗剪试验的细观分析

单轴贯入试验可以有效地测试沥青混合料的剪切强度,通过建立沥青混合料单轴贯入试验的颗粒流模型,分析了沥青混合料的抗剪作用机理.基于颗粒流的细观机理,采用离散元技术对沥青混合料单轴贯入试验进行细观模拟,得到了沥青混合料单轴贯入时的应力应变曲线变化规律,并将模拟结果进行了验证,揭示了沥青混合料单轴贯入试验的细观机理.分析了贯入速率、压头直径及试件尺寸等对试验结果的影响规律,在此基础上提出了合适的试验技术参数,为贯入试验提供技术参考.结合单轴贯入试验和无侧限抗压强度试验,提出了基于离散单元法确定沥青混合料抗剪参数的方法,并为采用细观分析方法探究混合料性能提供了一种思路.     

基于Drucker-Prager模型的沥青混合料细观尺度蠕变特性分析

长期行车荷载作用条件下沥青混合料具有典型的蠕变特性,然而宏观的室内性能评价试验难以表征细观结构对混合料蠕变性能的影响规律。本文基于粉胶比控制原理计算出最大公称粒径为1.18 mm的沥青砂浆级配,并通过回弹模量及静压单轴蠕变试验获得沥青砂浆相粘弹特性;基于数字图像处理技术建立考虑砂浆与粗集料二组分的沥青混合料细观结构模型,通过非线性拟合获取Drucker-Prager模型蠕变性能参数;利用有限元方法完成荷载作用条件下的模型蠕变分析。计算结果表明:模型结果在误差允许范围内可以表征材料的蠕变变形趋势,细观骨架结构、粗集料粒径尺寸及朝向的合理组合能提高沥青混合料承受长期行车荷载作用的能力。     

骨架密实型沥青混合料细观结构的抗滑特性

从沥青混合料的细观结构角度开展研究,能够更丰富、更准确地反映抗滑构造及其变化规律,解决当前优质抗滑石料日趋匮乏情况下,如何设计出构造丰富、使用耐久的沥青路面表层材料的突出问题.文中设计了4种断级配的骨架密实型沥青混合料GAC-13,研发了模拟行车荷载及环境的搓揉试验评价装置,利用高精度工业CT对不同搓揉阶段试件进行扫描成像分析,提出采用抗滑构造影响区深度及衰减率等指标评价细观结构抗滑特性.结果显示,完全间断级配2.36mm粒径,GAC-13可以获得更理想的抗滑构造.     

基于离散元方法的沥青混合料虚拟三轴剪切试验三维模拟

基于离散元方法建立了沥青混合料的细观力学结构模型,并通过虚拟三轴剪切试验,模拟验证了该模型的合理性.首先,开发了基于方孔筛工作机制的粗集料生成算法,建立了不规则形状的颗粒,使得粗集料的形状控制多样化和精确化.然后,将具有实际纵向分布特征的空隙相引入到沥青混合料的细观结构模型中,取代了传统方法中空隙随机分布的处理模式.结合室内试验和虚拟试验,获取了中高温条件下的沥青砂浆接触本构模型参数.虚拟三轴剪切试验的模拟结果以及对沥青混合料抗剪强度的预测结果验证了建立的细观结构力学模型的合理性,离散元虚拟试件产生的剪切破坏和实际试件破坏形态一致,由虚拟试验得到的抗剪强度和实际结果基本吻合.     

一种成品温拌沥青的热存储耐久性

对一种由温拌剂改性生产的成品温拌沥青进行了沥青性能、混合料性能和现场热储存耐久性能评价,并与基质沥青进行了对比.该温拌沥青与基质沥青的技术性能指标(包括粘度)相当,但温拌沥青能够提高混合料的施工和易性,降低施工温度,且其温拌混合料性能不低于热拌沥青混合料的技术要求.在生产现场,温拌沥青经过长期高温储存后,仍能降低混合料的施工温度,具有较好的热储存耐久性.     

Evotherm温拌与普通热拌沥青混合料路用性能对比

采用基质沥青和改性沥青分别制备Evotherm温拌以及普通热拌AC-13沥青混合料,并就稳定度、流值、渗水系数、高温稳定性、水稳定性以及疲劳性能等方面进行全面对比分析。试验结果表明:温拌及热拌混合料在稳定度、流值、渗水系数等方面性能相近,温拌混合料的高温性能及水稳定性优于热拌混合料。采用幂函数对两种混合料的疲劳规律进行拟合,并发现温拌混合料的疲劳寿命较热拌混合料略有提高且提高幅度随着应变水平的增加逐渐降低。     

颗粒体离析性评价方法研究

为取得不易离析的路面颗粒材料,研究了不同级配颗粒体的离析性能。根据路面材料离析过程设计了颗粒体的离析试验,以四元矿质颗粒体为研究对象,建立颗粒体的粒径连续分布模型,确定表征级配的参数,分析级配参数与颗粒体离析程度的关系。研究发现,随着颗粒体平均粒径和粒径分散系数的增大,其离析程度有加剧的趋势;且粒径分散系数差与平均离析率线性相关,前者既可在离析试验中评价颗粒体的离析程度,又具有在工程中便捷评估离析材料可用性的实用意义。以上四元颗粒体的研究结果也可用于更多元颗粒体和沥青混合料的离析分析。     

沥青路面施工机械试验代用料研制及试验研究

针对目前路面施工机械试验过程中试验材料存在的问题,研制出了一种新型试验代用料,并在沥青混合料转运车的模型实验装置上进行了实验验证,实验结果表明,试验代用料在常温下能真实地模拟热态沥青混合料的流动,它的研制是成功的。     

浅谈热拌沥青混合料的配合比设计

以汾柳高速公路沥青混合料配合比设计为例,探讨了沥青混凝土配合比设计过程中出现的问题,提出了合理的解决方法.     

沥青混合料微观力学分析综述

针对当前沥青混合科研究方法的局限性，分析了国内外该领域的研究现状与存在问题。介绍了沥青混合料数字化方法及常用的力学分析方法。给出了运用微观力学方法研究沥青混合料的基本思路，即以二维和三维混合料数字图像为基础，数字重构沥青混合料微观结构，研究基于微观力学的沥青混合料集料接触模型，建立基于离散元的混合料微观空间结构的力学模型，应用离散元方法和微观力学理论分析该模型在劲度模量试验中的力学行为，进行沥青混合料劲度模量的虚拟试验。通过试验检验与校准，得出具有高可靠性、高精确度的劲度模量力学预估方法。     

RAP掺量对热再生沥青混合料性能影响分析

为了确定热再生沥青混合料合理的旧沥青路面材料(RAP)掺量,依托浙江省102省道杭昱线(临安段)旧沥青路面厂拌热再生利用试验路,通过大量室内试验,进行了不同RAP掺量的热再生沥青混合料AC-20C的目标配合比设计和路用性能分析.研究结果表明,旧沥青中掺加5%的再生剂和70%的新沥青,再生后的调和沥青可以达到A-70#目标沥青的性能要求;随着RAP掺量的增加,热再生沥青混合料的总最佳油石比和新料最佳油石比线性增加,而新沥青用量线性减少;RAP掺量在20%~40%之间时,热再生沥青混合料的各项路用性能均满足规范的技术要求,且随着RAP掺量的增加,热再生混合料的高温稳定性呈指数关系增强,低温抗裂性、抗渗性和抗滑性呈线性减弱,水稳定性在RAP掺量为30%时达到最大.为此,按30%RAP掺量铺筑了试验路,经通车两年考验,取得了优良的应用效果.     

温拌SMA沥青混合料路用性能研究

由于热拌SMA沥青混合料沥青胶结料含量高,粘度大,施工温度高,压实困难等,而温拌沥青混合料能降低施工温度。防止生产过程中沥青老化,并具有较好的施工和易性,故研究温拌SMA沥青混合料的性能成为必要。通过室内试验的研究,从沥青混合料的压实性能、高温性能、低温性能、疲劳性能、水稳定性能及剪切性能等方面对热拌和温拌SMA沥青混合料进行路用性能对比分析．结果表明在降低施工温度、节能环保的情况下,热拌和温拌SMA沥青混合料的路用性能基本相当,说明温拌SMA沥青混合料具有较好的推广价值。     

温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料的高温性能

温拌无纤维SMA混合料是一种绿色环保材料。通过析漏试验和车辙试验评价了温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料的力学性能。结果表明,温拌剂仅降低混合料的施工温度。在较低碾压温度下,无纤维的SMA混合料不会出现泛油现象。但是,在路面使用温度下,由于未添加纤维,混合料的高温抗变形性能较差。因此,与常规热拌添加纤维的SBS改性沥青SMA混合料相比,对于温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料,需要降低0.3%～0.5%的沥青用量,以提高混合料的高温抗变形性能。     

就地热再生技术在公路养护中的应用研究

通过对沥青路面材料(RAP)样品添加再生剂和掺加新拌AC-13沥青混凝土的方法进行就地热再生,并参照现行规范确定工程设计级配范围,进行再生剂剂量设计、矿料配合比设计,在再生混合料马歇尔相关试验的基础上得到沥青用量,经过配合比设计检验。得出添加再生剂掺量为3%以及占总料比例为10%新拌AC-13沥青混凝土不仅能满足热再生性能要求而且能满足所设计的再生沥青混合料各项技术指标满足规范的要求。