基于层间抗剪强度的同步碎石下封层的设计

针对同步碎石下封层的使用性能要求,提出了以层间抗剪强度作为设计指标的力学-经验设计法,采用McLeod经验法预估沥青用量,以预估的沥青用量作为中值成型5组不同沥青用量下的复合试件,进行了抗剪强度试验,以抗剪强度最大值对应的沥青用量作为最佳沥青用量;对只设置透层和透层+同步碎石封层的复合试件进行了抗剪、车辙和渗水对比试验。研究结果表明:力学-经验法设计的沥青用量比McLeod经验法降低约0.261kg/m2;相比透层复合试件,透层+同步碎石封层可提高复合试件的界面抗剪强度和车辙动稳定度约141%和27.6%,能够明显改善复合试件的抗渗性能。     

水性环氧树脂改性乳化沥青粘层抗剪性能的检验

针对沥青路面因层间黏结性能不足而导致路面结构出现推移、拥包等病害现象,研究环氧乳化沥青粘层在不同环氧乳化沥青洒布量、不同试验温度和不同正应力条件下的抗剪强度,运用摩尔-库伦原理得到黏结力和内摩阻角.借助Ansys有限元软件对5种代表性路面结构进行层间剪应力计算,根据计算所得层间最大剪应力和抗剪强度,对环氧乳化沥青粘层进行抗剪疲劳性能和抗剪极限性能检验.结果表明:抗剪强度随正应力的增大近似呈线性增大,且在60℃高温条件下,环氧乳化沥青粘层的最佳洒布量为0.8 kg·m~(-2);当洒布量和正应力相同时,由于黏结力的减小,抗剪强度随温度升高而逐渐减小;5种路面结构在100 k N和200 k N荷载作用下,层间最大剪应力分别小于容许剪应力和抗剪强度,沥青面层不会产生剪切疲劳破坏及高温重载作用下的极限剪切破坏.     

沥青混合料抗剪强度的影响因素

为了研究沥青混合料抗剪强度的影响因素,基于单轴贯入试验,在温度为60℃时,直接对集料级配、集料性质、沥青性质、含油量、空隙率以及均匀对沥青混合料抗剪强度的影响进行研究.研究结果表明:集料级配和公称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的影响;沥青混合料抗剪强度受其集料中针片状含量的影响较大,集料中针片状含量增大,沥青混合料抗剪强度减小;结合料的性质,特别是针入度、软化点和粘度对沥青混合料抗剪强度有较大的影响,随着针入度减小,软化点和粘度增大,沥青混合料抗剪强度增大;含油量对沥青混合料抗剪强度有较大影响,随着油石比的增大,沥青混合料抗剪强度减小;沥青混合料抗剪强度受其空隙率的影响较大,一般随着空隙率的增大,其抗剪强度减小;沥青混合料均匀性与沥青混合料抗剪强度绝对数值间没有明显的关联,而与数值间的变异性有着很好的相关性.     

转炉钢渣沥青混合料路用性能试验研究

目的研究用转炉钢渣代替碎石作为筑路材料,提高废钢渣的利用率,改善沥青混合料的路用性能.方法利用转炉钢渣代替碎石,结合钢渣的理化性质,对钢渣沥青混合料进行高温稳定性试验、水稳定性试验以及层间剪切强度试验,分析稳定度、流值、冻融劈裂强度以及层间黏结效果随混合料级配的变化.结果各级配混合料的稳定度均大于8 k N,流值的范围为2~5 mm,均满足规范要求,且随集料粒径的增大而增大;冻融劈裂强度均大于规范要求的70%;层间抗剪强度较碎石混合料提高6%.结论钢渣沥青混合料具有良好的高温稳定性和水稳定性,且层间黏结效果优于传统的碎石沥青混合料.用钢渣代替碎石是可行的;可以有效改善沥青混合料的路用性能,且可以提高废钢渣的利用率.     

下封层连接状况对沥青路面疲劳寿命的影响

目的研究橡胶沥青碎石封层、乳化沥青碎石封层、稀浆封层和热沥青碎石封层的层间连接状况对路面疲劳寿命的影响.方法通过室内剪切试验测得不同下封层的连接状况;并依据试验结果,采用多层弹性体系理论方法,计算当基面层间应用不同下封层时无机结合料稳定层的层底拉应力和疲劳开裂寿命;最后,在辽宁省范围内,选取典型路线对下封层的应用状况进行实地调研和后评估.结果室内试验和理论分析表明下封层的连接状况越好,沥青路面的疲劳寿命越大;现场调研与室内试验、理论分析结果基本一致.结论当基面层间应用下封层技术时,四种下封层技术的层间连接效果依次减弱,对应路面的疲劳寿命依次减小.     

沥青混合料车辙的影响因素分析

车辙的产生主要是由于沥青路面在水平荷裁作用下抗剪强度不足所引起的,沥青混合料强度取决于混合料矿料间的内摩阻力α和沥青与矿料间的粘结力c,用莫尔一库伦方程来说明矿料和沥青对沥青混合料抗剪强度的影响：τ=c＋σtgα。控制车辙的产生．关键是如何控制混合料矿料之间的内摩阻力与沥青与矿料之间的粘结力,多方控制可以有效提高沥青混合料的高温抗剪切能力及内摩阻力。从沥青混合料角度出发,影响车辙的因素主要有与内摩阻力α有关的：集料、矿料级配、沥青用量,与粘结力c有关的沥青种类、沥青用量、沥青与矿料之间的粘结作用、填料的种类、添加外加荆等。     

稀浆封层路面层间黏结性能试验研究

为了对稀浆封层层间黏结性能进行评价,自行设计了以改进的剪切仪为基础的试验方法,能较好地模拟路面真实受力情况.试验结果说明,随着温度的升高,稀浆封层与沥青碎石下面层之间黏结强度在减小;不同的路面层间处理措施对黏结强度均有明显的影响;采用较大公称粒径的沥青混合料,或者对路面做凿毛处理均可以有效提高层间黏结强度.     

沥青稳定碎石混合料的抗剪性能

为了评价沥青稳定碎石混合料的抗永久变形能力,通过对三轴受力模型进行分析、简化,利用无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验,对沥青稳定碎石混合料的力学性能和抗剪强度参数进行研究.结果表明:随公称最大粒径、粗集料含量的增大,内摩擦角增大,而粘聚力减小;提高结合料粘度可以明显提高粘聚力,而对内摩擦角影响不大;采用基于无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验得到的抗剪强度参数,可以用于沥青稳定碎石混合料设计.     

沥青路面粘层材料性能的试验

沥青路面层间材料粘结性能的优劣直接关系到路面的整体受力状态,进而影响路面的使用寿命。利用自行研发的多功能剪切仪,对普通沥青、SBS改性沥青和SBS改性乳化沥青这3种常用的粘层材料在不同温度及洒布量条件下的粘结性能进行试验研究,提出以不同温度下的粘结抗剪强度作为评价指标。结果表明:3种材料的粘结抗剪强度均随着温度的升高而减小,但随温度的变化规律有所不同;相比而言,在较低洒布量时,SBS改性乳化沥青表现出更优异的粘结性能,且最佳洒布量为0.5～0.7kg/m2。     

压剪耦合条件下沥青-集料界面粘脱滑移特征行为研究

为探求沥青与集料界面间的压剪断裂失效机制,在研发测试加载系统及分析原材料基本物性参数的基础上,通过制作沥青-集料三明治试件,开展了不同影响因素(集料粗糙度、沥青老化、环境温度及加载速率等)下沥青-集料界面的粘脱滑移特征行为研究,定量感知了沥青-集料界面的应力传荷与粘脱滑移过程,构建了沥青-集料界面的粘脱滑移本构模型.结果表明:增大粗糙度和法向应力与加快荷载速率能够提升界面抗剪能力与剪切抑制能;沥青老化在一定程度上能够提高界面抗剪强度,但降低了界面剪切抑制能;所构建的粘脱滑移本构模型能够表征沥青-集料界面在压剪耦合状态下应力变化三阶段特征.研究成果可为沥青混合料复杂力学行为的细观分析提供理论支撑,并为混合料结构参数的优化设计提供科学依据.     

基于单轴贯入试验的沥青混合料抗剪性能影响因素分析

为了确定沥青品种及用量、级配类型、公称最大粒径和孔隙率等因素对沥青混合料抗剪性能的影响,采用了单轴贯入试验分析。得出了各项因素对沥青混合料抗剪性能的影响规律。结果表明,采用改性沥青后混合料抗剪强度可提高22%~25%;2.36 mm筛孔通过率为35%,0.075 mm筛孔通过率为5.5%时混合料抗剪强度达到最大值;沥青混合料抗剪强度与公称最大粒径具有线性相关性,增大混合料粒径有助于提高其抗剪强度。     

沥青混合料三维仿真设计及虚拟剪切试验研究

使用凸包算法和Bubble Pack算法生成clump块体模拟粗集料颗粒,并基于PFC 5.0 3D平台实现虚拟粗集料颗粒的装配、虚拟砂浆及空隙的生成,完成沥青混合料虚拟试样的构建.最终,基于伺服控制原理进行虚拟三轴剪切试验,并对比分析室内试验及虚拟试验数据.结果表明:基于PFC5.0 3D平台在沥青混合料虚拟试样中采用clump块体直接表征粗集料颗粒,精度可控,表面结构更加拟真;构建的沥青混合料三维离散元数值模型能够有效描述沥青混合料的力学行为.     

沥青混合料均匀性影响因素的研究

基于数字图像处理技术，对沥青混合料均匀性影响因素定量地展开研究．研究结果表明：随着集料公称最大粒径的增大，沥青混合料均匀性逐渐变差；集料中4．75胁这档集料比2．36胁这档集料对沥青混合料均匀性影响要显著得多；混合料中含油量和成型时的压实功对沥青混合料均匀性有一定的影响；成型温度对沥青混合料均匀性的影响，不是主要体现在混合料中集料的分布状态上，而是表现在混合料的空隙率变化上．     

沥青混合料低温劈裂虚拟试验影响因素研究

基于离散元法(discrete element method, DEM)建立沥青混合料二维劈裂(indirect tensile, IDT)试验模型,研究集料模型、集料形状、空隙率,以及加载方位角等因素对混合料低温劈裂虚拟试验结果(劈裂强度和最大水平拉应力)的影响。结果表明：沥青混合料低温虚拟劈裂试验时,集料模型对数值模拟计算效率、内部结构中的接触力链和裂纹扩展路径等有很大影响;实际边界模型较等效椭圆形与等效多边形模型其数值模拟结果变异性较小;空隙率大小对劈裂强度及水平向最大拉应力有显著影响,随空隙率的增大两者均有不同程度的减小;不同加载方位角下的劈裂试验数值模拟结果呈各向异性。     

沥青砂混合料新型软岩相似材料的试验研究

在地质力学模型材料研究的基础上,根据相似理论,通过大量的力学试验和数据分析,最终研制出一种模拟软岩特性的相似材料.该相似材料是用硬质沥青作为胶结剂,砂和锌粉作为骨料,橡胶粉作为调节剂混合而成的.对相似材料进行了常规的单轴压缩、劈裂拉伸和直剪试验,测定了该相似材料在不同配比下的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、摩擦角等参数;并研究了养护时间对相似材料力学性能的影响.结果表明：该相似材料能很好地满足相似材料的选材要求,其物理力学参数变化范围大,破坏现象与软岩的非常相似,是模拟软岩的理想材料.     

基于图像处理技术的磨耗层粗集料分布特性

为了给沥青路面磨耗层级配设计提供参考,基于体积法设计了不同骨架结构的沥青混合料。采用小型搓揉试验机开展室内试验,以模拟行车环境与车轮加速碾压效果。利用数字图像处理技术对不同衰减阶段的粗集料倾角进行分析,揭示粗集料空间分布状态对抗滑性能的影响。结果表明,磨耗层表面粗集料颗粒约65%比例以"平躺"状态为主,主要与碾压工艺有关;随着轮胎作用次数增加,粗集料颗粒从"竖立"状态往"平躺"状态发展;适当增加粗集料在4. 75 mm以上的比例,减少2. 36 mm细料的干涉,形成更强的主骨架约束,能有效降低沥青路面的二次压实,在一定程度上能够改善沥青磨耗层的耐久性。     

高温湿热地区沥青混合料抗水损害性能评价

通过室内试验,分析了沥青混合料高温浸水和级配离析对沥青混合料抗拉强度的影响．针对残留马歇尔稳定度指标及冻融劈裂残留强度试验的不足,提出以浸水四点弯曲试验来评价高温湿热地区沥青混合料抗水损害性能,着重探讨了不同离析程度（不同空隙率水平）对沥青混合料劈裂强度、四点弯曲强度的影响．研究结果表明,随着沥青混合料离析程度的增加,空隙率向2个极端发展,严重粗集料离析和严重细集料离析时混合料的空隙率相差10％左右;粗集料离析对劈裂强度和弯曲强度的影响大于细集料离析的影响;为了保证沥青混合料的抗水损害性能,应严格控制空隙率在4．5％～10％范围之外．采用高温浸水四点弯曲强度比作为沥青混合料水稳定性评价指标更为合理．     

采用离散元方法评价集料的骨架结构

为了从细观结构角度深入研究骨架型沥青混合料集料的受力特征,在离散元程序PFC3D内,采用多球相互重叠的方法描述粗集料颗粒的三维不规则形状,并建立了考虑级配特征的集料混合物生成方法.按照集料粒径由大到小的顺序,在PFC3D中对各档集料进行了虚拟的逐级填充,并定量分析了各粒径集料对逐级填充后混合物中集料间隙率、集料之间的接触点数量、接触力等参数的影响.结果表明:集料混合物中,较粗集料受到的接触力大于较细集料;在较粗集料的混合物中,加入大于2.36 mm的较细集料有助于增加集料混合物的接触点数量,降低较粗集料所承担的接触力;粒径4.75～9.50 mm集料对接触点数量的增加最为显著;4.75 mm是骨架型沥青混合料的关键粒径.     

超薄磨耗层高黏高弹沥青混合料性能研究

为给超薄磨耗层提供一种性能优良的沥青混合料,通过优化级配并以高黏高弹改性沥青为胶结料研制骨架密实型高黏高弹沥青混合料。借鉴SAC( stone asphalt concrete）级配设计方法,以8 mm为集料最大粒径,改变4.75 mm筛孔通过率得到骨架嵌挤程度不同的3种SAC-7级配。通过室内试验和控制变量的方法,分析级配、沥青用量、压实度、粉胶比等对骨架密实型高黏高弹沥青混合料路用性能影响。研究表明：当高黏高弹沥青混合料中粗集料嵌挤程度≥90%,油石比在7.3%～7.9%,粉胶比在0.8～1.2时,沥青混合料综合性能最优。采用SAC设计方法设计的高黏高弹沥青混合料应用于超薄磨耗层具有优良的路用性能,能够满足高等级道路养护需求。     

正温时沥青混合料中间主应力效应试验

Mohr-Coulomb强度理论及现有评价沥青混合料的强度试验方法均未考虑中间主应力对沥青混合料强度的影响。闭式三轴试验对应的力学分析表明,三轴挤伸的最大剪应力明显高于三轴挤压的最大剪应力,这种计算结果的差别是由中间主应力的不同而引起的。为了研究沥青混合料的中间主应力效应,以正交试验设计为基础,考虑温度、加载速度与中间主应力3个因素,采用平面应变试验装置测试了不同条件下沥青混合料的强度。正交试验的显著性分析表明:正温时,中间主应力对沥青混合料强度的影响最显著,温度对沥青混合料强度的影响次之,加载速率对沥青混合料的强度也有显著影响,但在3个因素中最弱。