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.     

基于图像散斑技术的纤维沥青混合料开裂演化行为研究

选用3种纤维(聚酯纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维)对AC-13沥青混合料进行改性。通过半圆弯拉试验同步结合图像散斑技术,研究纤维沥青混合料抗裂性能。根据混合料预切缝处的速度、裂纹演化趋势以及应变,探寻纤维沥青混合料裂缝起裂、发展规律。结果表明：纤维的添加可以提高沥青混合料的柔性指数,延缓混合料峰值荷载拐点出现的时间,全场应变可以较为高效地反映纤维沥青混合料横向和竖向的裂纹发展规律。半圆弯拉试验力学指标(柔性指数)与图像散斑技术指标(第I阶段速度变化率和转折点1的时间)的线性相关系数R²均大于0.9。对于沥青混合料开裂阻滞作用,依次为玄武岩纤维优于玻璃纤维、聚酯纤维。     

基于SCB试验的玄武岩纤维混合料抗裂性能

基于半圆弯拉试验,采用断裂能量、柔性指数等指标来评价玄武岩纤维对沥青混合料抗裂性能的影响。结果表明：对于不同沥青种类混合料,玄武岩纤维对SBS改性沥青混合料抗裂缝扩展性能的增强略优于基质沥青混合料的,但抗裂缝发展速度得到大幅提升;对于不同最大公称粒径混合料,玄武岩纤维对细粒径混合料的抗裂缝扩展性能的增强效应优于粗粒径混合料的,而玄武岩纤维对细粒径混合料的抗裂缝发展速度的增强效应不如粗粒径沥青混合料的;对于不同集配的混合料,玄武岩纤维对连续级配的沥青混合料的抗裂缝扩展性能和抗裂缝开展速度的增强效应均优于间断型级配的沥青混合料的。总体而言,玄武岩纤维可以较大幅度地提高沥青混合料的抗开裂能力,并降低开裂时裂缝发展速度。     

沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律

基于沥青路面分析仪疲劳试验,通过调整试件的宽跨比来增强试件尺寸对路面结构的代表性,研究沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律.制备原状、短期老化和长期老化3种板式试件,用往复移动的试验轮加载,使对边简支的板式试件内产生双向弯拉应力,测量疲劳过程中的挠度变化,观察裂缝开展过程,测定试件破坏时的疲劳寿命.板式试件疲劳试验显示了具有初始局部缺陷的有限宽度板在双向弯拉应力下的开裂过程.板底裂缝既呈现出从下至上的垂直扩展,又在板底水平方向呈现出长度的增加.板式试件的裂缝发展、裂缝形态及挠度变化均有别于梁式试件.     

沥青混合料低温性能J—积分的研究

应用弹塑性断裂力学的Ｊ－积分评价沥青混合料的低温断裂性能，并将计算沥青材料的Ｊ－积分的表达式分为弹性和塑性两个部分，推导出Ｊ－积分的更为明确的计算式，它清楚地表达了沥青混合料在低温状态下由塑性体向弹性体转化的过程，并把定义沥青混合料的脆化点的方法量化，采用了身份种沥青混合料对上述推论进行了试验验证，证明不同性能的沥表示混合料其Ｊ－积分值有明显差别。     

疲劳试验中沥青混合料的弯拉劲度模量

为了确定弯拉劲度模量是否适用表征疲劳过程中试件的力学状态变化,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳过程中弯拉劲度模量随应变水平的变化情况,应变水平的变化模拟了实际路面厚度变化变化对层底拉应变的影响。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料弯拉劲度模量随荷载作用次数的增加而急剧减小;随着应变水平的降低,衰减趋势逐渐变缓;通过研究发现,弯拉劲度模量可以用于表征应变疲劳过程中沥青混合料试件力学状态变化,并由此推算混合料的疲劳寿命。     

基于离散元法的沥青混合料复合断裂行为研究

为了从细观角度深入分析沥青混合料复合断裂机理,基于沥青混合料细观结构特征,将材料分为粗集料、沥青砂浆和空隙3个组分,确定宏、细观接触模型参数的转换关系,构建具有细观特征的离散元模型;通过室内试验的结果验证了虚拟模型参数设置的合理性;基于数值模型进行不同预裂缝位置的三点弯曲梁试验,并对试件的裂缝扩展、应力水平和颗粒位移进行分析.结果表明:控制裂缝路径的主要因素是断裂模式,其次是集料与裂缝的相对位置,主裂缝扩展角较好地符合最大周向应力准则;随着Ⅱ型开裂比例的增加,沥青混合料断裂过程区的宽度变小,裂缝尖端主应力水平降低,软化特征逐渐减弱;裂缝两侧的位移随着预裂缝的偏移逐渐增大,试件趋于脆性破坏.     

两种不同模式下的沥青混合料断裂过程研究

为了深入研究沥青混合料在Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型模式下的断裂特性与机理,采用了扩展有限元方法对单边切口梁的断裂过程进行了数值模拟和分析.通过与试验数据的对比发现,扩展有限元方法可以有效地计算不同模式下裂缝扩展的路径以及断裂过程中的力学响应.进一步分析表明:小梁的断裂过程可以分为4个阶段;当加载点的荷载达到峰值时,小梁已经处于损伤累积阶段,荷载开始下降后,裂缝才逐渐形成;断裂过程可以理解为损伤带内拉应力下降、未损伤带内拉应力上升或者上升后再下降的过程,且损伤带长度不断增加;Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的临界偏移系数为0.45~0.51,与试验结果基本一致;当偏移系数为0.45时,跨中局部区域在加载过程中出现了"卸载"现象,导致损伤不再增加,抑制了次裂纹的产生.     

沥青混合料降温收缩断裂特性

低温开裂一直是寒冷地区沥青路面的主要病害之一。利用研制的沥青混合料降温收缩断裂试验仪,在不同降温速率和初始温度下,进行了不同沥青及其用量、集料及其级配组成的改性沥青混合料的降温收缩断裂试验,以断裂强度、断裂温度、转折点温度和温度应力曲线斜率的绝对值为指标,对比分析了不同因素的影响。结果表明:改性沥青标号、沥青用量、矿料级配组成、降温速率和初始温度对沥青混合料降温收缩特性的影响较大;采用标号较高的改性沥青,沥青用量为马歇尔方法确定的最佳沥青用量,有利于提高沥青混合料抵抗降温收缩断裂的能力;骨架密实结构的沥青混合料的抗降温收缩断裂性能更好;在初始温度较高的快速降温下,沥青路面的开裂几率较大。     

应用J积分断裂准则评价应力吸收层抗裂性能

应用弹塑性断裂力学J积分理论,采用半圆弯曲试验评价了3种级配应力吸收层的抗裂性能,发现采用断级配设计的应力吸收层具有良好的抗裂性能,结果表明断裂韧度JC可以用来评价应力吸收层的抗裂性能,由丰富沥青胶浆填充断级配骨架结构的级配设计,可以提高沥青混合料的抗裂能力.     

沥青混合料断裂-微波自愈合影响因素分析

为分析沥青混合料断裂-微波自愈合性能的影响因素,分别对沥青材料和集料进行微波加热试验,采用70#基质沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene, SBS)改性沥青,制备AC-13型半圆试件,通过半圆弯曲试验和微波加热对试件进行断裂-愈合-断裂试验,以愈合前和愈合后加载试验的抗拉强度比值作为愈合指数(H),分析了沥青混合料微波加热行为以及损伤程度、微波强度、加热时间对自愈合性能的影响。结果表明:微波主要作用于矿质集料,并通过集料颗粒升温传热实现混合料整体升温;微波强度对沥青混合料自愈合性能的影响最为显著,其次是加热时间,随微波强度、加热时间的增长,混合料自愈合能力增强;损伤程度对自愈合性能有不利影响,但影响程度较弱。     

橡胶颗粒沥青混合料低温抗裂性试验研究

以AC-13级配为基础,将橡胶颗粒代替部分集料掺入混合料中,以低温弯曲试验为评价方法对不同橡胶颗粒掺量下沥青混合料的低温抗裂性进行研究,并引入应变能密度值对混合料的低温抗裂性进行综合评价.试验结果表明:橡胶颗粒沥青混合料试件的破坏微应变均超过2 300,满足冬寒区的技术指标;无论是否掺加橡胶颗粒,随着温度的下降,沥青混合料破坏时的最大弯拉强度增大,弯拉应变降低,劲度模量增大;弯曲应变能密度在胶粒掺量为1%左右时具有较大的弯曲应变能密度值,此时橡胶颗粒沥青混合料具有较好的低温抗裂性.     

橡胶颗粒对沥青混合料马歇尔力学指标的影响

参考AC-13沥青混合料级配,将橡胶颗粒代替沥青混合料中部分细集料,以骨料的形式加入到沥青混合料中,通过室内马歇尔试验分析橡胶颗粒对沥青混合料马歇尔力学指标的影响研究表明:加入橡胶颗粒后沥青混合料的马歇尔稳定度将会降低,流值增加;采用小粒径的橡胶颗粒比采用大粒径的橡胶颗粒的沥青混合料的马歇尔稳定度提高,流值降低;采用石油沥青比采用SBS改性沥青的橡胶颗粒沥青混合料的马歇尔稳定度低。     

沥青混合料体积参数VMA、VCA与路用性能关系研究

为了揭示沥青混合料空间结构与路用性能关系,以VCAratio、VMA为混合料的空间结构指标,通过室内车辙试验、弯曲小梁试验和冻融劈裂试验研究了SMA-13、OGFC-13、AC-13等混合料的空间结构与路用性能关系。研究结果表明:VCAratio可反映混合料的骨架结构,细集料对VMA和骨架结构的形成和稳定性有一定的影响,骨架结构对弯拉强度的贡献率有限,以冻融劈裂试验评价混合料的水稳定性存在一定的局限性。研究结果为沥青混合料的选用和设计提供指导。     

45#钢动态断裂韧性测试的试验研究

利用旋转盘式间接杆—杆型冲击拉伸试验装置,对带周边切口的短圆柱小试件(45#钢)进行了室温下的平面应变型弹塑性材料动态断裂试验。用试件两端的平均载荷—相对位移曲线(P-δ)来推广Rice公式确定动态J积分,采用柔度变化率法确定起裂时间,从而获得表征弹塑性材料动态起裂韧度JID。冲击拉伸试验表明,作为典型的应变率相关弹塑性材料的45#钢,其断裂韧性随加载速率的增加而下降。     

脱硫橡胶沥青及其混合料性能研究

为了研究脱硫橡胶沥青及其混合料的性能,研究首先对脱硫橡胶沥青的溶胀机理与溶胀特点展开研究,其次对脱硫橡胶沥青与KLMY90#基质沥青、普通橡胶沥青(40目)进行性能对比性试验,再对脱硫橡胶沥青胶浆的锥入度、抗剪强度、粘结强度进行试验研究,最终对脱硫橡胶沥青混合料的路用性能进行检测。研究结果表明:脱硫橡胶沥青中不存在橡胶颗粒核心且溶胀过程中伴有大量的化学反应;脱硫橡胶沥青各项性能均优于普通橡胶沥青,且克服了普通橡胶沥青高黏度、易离析、高温贮存稳定性差等缺点;脱硫橡胶沥青胶浆抗剪强度大、与矿料粘结力强;脱硫橡胶沥青混合料具有良好的路用性能。     

沥青混合料抗车辙性能的评价指标研究

采用沥青混合料车辙试验仪,对6组沥青混合料进行车辙试验。分析试验结果发现,对于同一种混合料、相同的试验条件,最大变形量与动稳定度值存在矛盾性。为克服现有车辙评价指标的不足,提出了"位移能量指数"指标。将车辙变形曲线横坐标上的20 min和60 min对应车辙变形曲线围成的闭合区域的面积定义为"位移能量指数",用来衡量沥青混合料的抗车辙性能。试验结果显示,位移能量指数与最大变形量有很好的相关性;"位移能量指数"体现了车辙变形的发展过程,较动稳定度指标更具科学性。     

沥青混合料高温稳定性的单轴静载蠕变试验

为探讨油石比和空隙率对沥青混合料高温性能的影响,对AC-20改进型沥青混合料进行了单轴静载蠕变试验研究。结果表明,流变时间Ft值与混合料高温稳定性有较好的相关性,Ft值越大,混合料的高温抗变形能力越好;柔量—时间半对数曲线直线部分的截距a值和斜率m值越大,混合料的高温性能越差,相关性相对较差。当空隙率大于4%时,空隙率越小,混合料高温性能越好;在最佳油石比下,混合料具有较好的高温性能。     

骨料级配对相变沥青混合料性能的影响

相变沥青混合料是一种可以调节沥青混凝土路面温度的新型功能性路面材料,其中,沥青混合料骨料级配对相变沥青混合料的路用性能和调温性能有何影响值得深入研究。本文选择两种复合定型相变材料(CPCM)石蜡/膨胀石墨/高密度聚乙烯(简称为PHDP)和道路温度调节材料(简称为DTC)两种相变材料,首先利用傅里叶红外光谱(FT-IR)试验,对CPCMs与沥青之间的反应进行了定性分析。其次,分别制备级配类型为AC-16与AC-20的相变沥青混合料,通过路用性能试验和调温试验评价不同骨料级配对相变沥青混合料路用性能与调温效果影响影响。结果表明,两种CPCM与沥青之间均为物理反应;相比级配类型AC-16,AC-20可以显著提高含PHDP的相变沥青混合料的路用性能与调温效果,但是对于含DTC的相变沥青混合料的改善效果不显著。