不同试验方法的沥青混合料强度特性

为了研究沥青混合料弯曲试验、直接拉伸试验和劈裂试验的拉应变破坏原因,采用不同试验方法对沥青混合料强度特性进行研究,得到沥青混合料强度、破坏应变和临界应变能密度参数随加载速度的变化规律。研究结果表明:沥青混合料强度和临界应变能密度随加载速度的增大而增大;以极限承载能力作为破坏准则,导致在强度参数取值时存在随意性问题,影响路面结构设计的科学性;拉应变是导致沥青混合料发生破坏的主因;以主拉应变作为破坏准则,可以通过加载速度统一不同试验方法的各个力学参数,解决沥青混合料强度的不确定性问题和破坏原因不明的问题。     

单向拉伸应力状态下沥青混合料强度和刚度特性

为了解单向拉伸应力状态下沥青混合料的强度、刚度特性及破坏原因,进行不同加载速度的直接拉伸动回弹模量、静回弹模量及强度试验,揭示沥青混合料强度、回弹模量、破坏应变、应变能等参数随加载速度的变化规律。建立初始开裂对应的各个力学参数与加载速度之间的幂函数关系,并从破坏机理上将材料设计与结构层的设计相统一。研究结果表明:在单轴拉伸试验中,沥青混合料的动、静回弹模量随加载速度的增大而呈幂函数增大,且动回弹模量随着温度的升高而降低;进行不同加载速度的破坏试验时,试件的初始开裂应变基本保持稳定,且表现为拉应变破坏特征,故拉应变是导致沥青混合料发生破坏的原因,用第二强度理论作为直接拉伸条件下的破坏准则较合适。     

基于多因素方差分析的半柔性路面混合料劈裂强度研究

首先通过劈裂试验分析了单因素（温度、空隙率、油石比）对半柔性路面混合料劈裂强度的影响规律,然后结合多因素方差法分析了各单因素及不同因素交互作用对半柔性路面混合料劈裂强度的影响规律,最后对不同温度条件下半柔性路面混合料的界面破坏特征进行了分析.结果表明：半柔性路面混合料的劈裂强度随着温度的升高而降低,随着油石比的增大而增大,随着空隙率的增加则先增大后减小;温度对半柔性路面混合料劈裂强度的影响程度最高,油石比次之,空隙率最低;为使半柔性路面混合料的劈裂强度达到最优,建议使用的最佳油石比为3.5%、最佳空隙率为26%;随着温度的升高,半柔性路面混合料的主要界面破坏特征从灌浆料自身的破坏和沥青界面的黏结破坏向灌浆料自身的破坏和沥青自身的黏聚破坏转变.     

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.     

浇注式沥青混合料抗剪强度及标准研究

采用单轴贯入试验和无侧限抗压强度试验分析了加载速率、油石比、温度、级配类型及沥青种类对浇注式沥青混合料的抗剪强度的影响.通过有限元数值计算获得钢桥面铺装结构中浇注式沥青混合料的抗剪强度参数,绘制出不同荷载作用下的混合料抗剪强度标准曲线,并结合试验对混合料抗剪强度指标进行了验证.研究表明,由于自身材料组成特点,浇注式沥青混合料抗剪强度参数在不同因素影响下呈现一定的特殊变化规律,虽然浇注式沥青混合料满足荷载条件下的抗剪强度要求,但黏聚力不足会引起混合料剪切流动变形.在浇注式沥青铺装设计中,分析因为考虑抗剪强度不足引起混合料剪切流动变形时需同时考虑混合料黏聚力和摩擦角.     

沥青混合料间接拉伸试验的数值模拟

为了阐释沥青混合料间接拉伸试验中马歇尔试件对荷载的动态响应规律,利用离散元方法(二维)数值模拟了马歇尔试件的间接拉伸试验过程。采用伺服控制机理对不同粒径的试件施加荷载,给出了颗粒间的接触力、颗粒的位移矢量及产生的裂缝数,得到试件的劈裂强度;对不同加载速率下试件的响应进行数值模拟,得出加载速率与劈裂强度的关系;选取一种粒径范围的试件,分析了试件中产生的裂缝随时间的发育和分布,再现了裂缝延伸的动态过程。结果表明:裂缝主要分布于加载方向试件直径的两侧,随着粒径的增大,劈裂强度增大,增长率最大为39.3%;裂缝数由最小粒径试件中的98条减至最大粒径试件中的6条;加载速率与劈裂强度呈对数增长关系。     

冻融循环条件下沥青混合料的损伤规律

为研究冻融循环作用对沥青混合料水稳定性的影响,基于表面自由能理论,分析了不同冻融循环次数下沥青-集料界面间黏附功与剥落功的变化情况,并对沥青混合料的水稳定性进行了评价;在此基础上,利用劈裂试验及Logistic模型进一步探究了沥青混合料的饱水程度与冻融作用对其水稳定性的影响.研究结果表明：随着冻融循环次数的增加,沥青的表面能及黏聚功降低,沥青-集料间的黏附功降低,剥落功升高,沥青混合料的水稳定性减弱;沥青混合料的空隙率随冻融循环次数的增加而增大,其劈裂强度降低;冻融过程中沥青混合料的饱和度越大,其损伤程度与损伤速率越大,当沥青混合料的饱和度大于50.00%时,冻融作用对沥青混合料性能的影响愈发明显,因此推荐沥青混合料的冻融劈裂试验在饱和度高于50.00%的条件下进行.     

纤维沥青混合料老化特性研究

采用烘箱加热的老化试验方法,通过直剪试验和劈裂试验研究了不同类型、不同掺量、不同老化时间的纤维沥青混合料的老化特性,并提出老化机理.结果表明:在沥青混合料中加入0.3%德兰尼特纤维能够改善和提高沥青混合料的老化特性,使其粘聚力提高、劈裂强度增大,破坏劲度模量降低.     

剪切速率对黄土力学性质及邓肯-张模型参数的影响

为探究加载速率对原状黄土强度和变形特性及其邓肯-张模型参数的影响,采用SLB-1型三轴剪切渗透试验仪,开展原状黄土在不同围压和剪切速率下的不固结不排水三轴剪切试验,并通过微观试验验证其宏观力学性质。结果表明:在试验参数设定范围内,剪切速率对原状黄土的力学性能有显著影响,不同剪切速率下原状黄土的偏应力-应变关系基本符合双曲线关系;初始变形模量随围压的增大而增大,随剪切速率的增大呈现先增大后减小的规律,原状黄土的黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比R_f和破坏强度与剪切速率之间存在明显的临界剪切速率转折点1.7 mm/min,此时各参数均达到最大值,无因次指数n无明显规律可循;当剪切速率小于此临界值时,黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比R_f和破坏强度随着剪切速率的增大而增大,当超过剪切速率临界值时又有一定程度的降低,总体上呈现先增大后减小的规律,而内摩擦角随着剪切速率的增大而逐渐增大且增大幅度甚微;试样的偏应力-应变曲线无明显的峰值点,呈应变硬化型;通过拟合曲线,得到了原状黄土试样的抗剪强度指标和破坏强度与不同剪切速率之间的拟合公式,以期更好地研究剪切速率的变化对西宁原状黄土力学性能的影响。     

剪切速率对黄土力学性质及邓肯 张参数的影响

为探究加载速率对原状黄土强度和变形特性及其邓肯-张模型参数的影响,采用SLB-1型三轴剪切渗透试验仪,开展原状黄土在不同围压和剪切速率下的不固结不排水三轴剪切试验,并通过微观试验验证其宏观力学性质。结果表明：在试验参数设定范围内,剪切速率对原状黄土的力学性能有显著影响,不同剪切速率下原状黄土的偏应力－应变关系基本符合双曲线关系;初始变形模量随围压的增大而增大,随剪切速率的增大呈现先增大后减小的规律,原状黄土的黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比Rf和破坏强度与剪切速率之间存在明显的临界剪切速率转折点1.7 mm?min-1,此时各参数均达到最大值,无因次指数n无明显规律可循;当剪切速率小于此临界值时,黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比Rf和破坏强度随着剪切速率的增大而增大,当超过剪切速率临界值时又有一定程度的降低,总体上呈现先增大后减小的规律,而内摩擦角随着剪切速率的增大而逐渐增大且增大幅度甚微;试样的偏应力－应变曲线无明显的峰值点,呈应变硬化型;通过拟合曲线,得到了原状黄土试样的抗剪强度指标和破坏强度与不同剪切速率之间的拟合公式,以期更好地研究剪切速率的变化对西宁原状黄土力学性能的影响。     

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．     

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。     

冻融循环条件下外掺剂对沥青混合料水稳定性的影响

为评价外掺剂对沥青混合料水稳定性的影响状况,采用水泥、消石灰、橡胶粉和高分子聚合物对AC-13和AC-16沥青混合料进行掺配,然后在冻融循环条件下通过劈裂强度评价其水稳定性能.首先通过高温稳定性、低温抗裂性及水稳性试验方法,确定了水泥和消石灰的最佳改性含量;其次通过沥青三大指标测试方法、弹性恢复试验及小梁弯曲试验分别获...     

相变材料对温拌沥青混合料路用性能及微观机理的影响

为研究相变材料DTC对温拌沥青混合料路用性能的影响,通过马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验、小梁弯曲试验、电子显微镜试验以及核磁共振试验,研究了不同DTC掺量下相变温拌沥青混合料的高温、低温、水稳性能的影响规律及其微观机理。结果表明：马歇尔稳定度值、小梁抗弯拉强度值与DTC掺量符合线性关系,通过t检验和F检验可知,短期老化对劈裂抗拉强度比的均值和方差无显著影响,长期老化对劈裂抗拉强度比的均值影响显著,对方差无显著影响。电子显微镜和核磁共振的研究发现：随着DTC掺量的增多,试件内的孔隙越来越多,但孔径分布及其峰值主要集中在0.01um-1um之间,孔隙度也在增大,这也正是DTC掺量越大,马歇尔稳定度值、劈裂抗拉强度值和小梁抗弯拉强度值下降越多的主要原因。通过灰色关联度分析获知,老化对沥青混合料路用性能的关联度影响甚微。因此,DTC掺量对沥青混合料的路用性能影响由大到小依次是马歇尔稳定度、抗弯拉强度、劈裂强度;相关性分析表明,沥青混合料微观结构特性与其宏观性能的相关系数都在0.77以上,宏细观性能紧密关联。     

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。     

橡胶粉与岩沥青复合干法改性高模量沥青混合料试验研究

为探明不同粒度特征的橡胶粉等量替换布敦岩沥青(BRA)对改性沥青混合料路用性能的影响,采用干法改性工艺拌制Sup-13型沥青混合料,开展了残留稳定度试验、冻融劈裂试验、车辙试验、低温劈裂试验和小梁弯曲试验。结果表明:采用较细粒度的橡胶粉相对较粗粒度的橡胶粉,可减小橡胶粉等量替换部分BRA对沥青混合料残留稳定度和动稳定度的不利影响,并能明显提升改性沥青混合料的劈裂抗拉强度、冻融劈裂抗拉强度比和低温劈裂压缩模量,而低温劈裂压缩变形量有所降低;100目的橡胶粉等量替换BRA,使改性沥青混合料的动稳定度提升了21.2%,小梁低温弯曲的弯拉强度和弯曲劲度模量分别提高了71.8%和87.5%。     

乳化沥青冷再生混合料配合比设计及性能分析

为了提出乳化沥青冷再生混合料的配合比,以九景(九江—景德镇)高速公路改建项目为例,通过室内试验,研究了水泥含量、乳化沥青含量对混合料劈裂强度、马歇尔稳定度的影响,确定了最佳配合比,并分析了乳化沥青冷再生混合料的力学和路用性能。结果表明:乳化沥青冷再生混合料的抗压回弹模量均大于1 000 MPa,增加压实功可提高其水稳定性,击实75次时的劈裂强度比可达到78.5%,动稳定度可达到2400次/mm,低温应变大于2 000με。此外,为乳化沥青冷再生混合料提出了室内试验指标的参考标准。     

利用Cooper NU-14试验系统评价沥青混合料疲劳性能

目前国内室内疲劳试验方法主要是间接拉伸法（即劈裂试验），鉴于其在加载方式与路面实际受力状态存在较大差别、实际开裂模式与理论开裂位置经常不一致等缺陷，尝试使用一种四点弯曲疲劳试验系统即Cooper NU-14试验系统评价沥青混合料的疲劳性能。详细介绍试验设备、试件制作、试验参数的设定、试验加载整个过程。通过对采用不同沥青类型的混合料以及SMA的疲劳性能进行试验，并进行定量对比分析。数据结果表明：该试验系统能有效的评价非均匀材质的沥青混合料疲劳性能以及沥青混合料的沥青结合料性质和集料级配对混合料的疲劳性能都有非常重要的影响。     

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。