冻融循环对高寒地区沥青混合料弯拉性能的影响

为准确地评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青路面的服务水平和使用寿命影响,在沥青混合料冻融循环弯曲试验的基础上,分析了冻融循环次数对混合料弯拉性能的影响,利用指数模型进行了拟合;应用方差分析检验了冻融循环影响的显著性;采用损失率模型,通过Logistic模型评价了混合料在冻融作用下的衰减特性.结果表明:沥青混合料的弯拉强度、弯拉应变随冻融循环次数的增加呈减小趋势,初期冻融循环作用下混合料性能衰减较快,经历15~21次冻融循环后弯拉性能衰减趋于平缓.方差分析表明:冻融循环对混合料的弯拉性能影响显著;弯拉性能损失模型较好地反映了冻融循环作用的影响.     

厂拌热再生SBS改性沥青混合料抗裂性能

为了研究厂拌热再生SBS改性沥青混合料的抗裂性能,采用半圆弯拉试验,通过断裂能分析中低温条件下旧料掺量、再生剂掺量对再生沥青混合料抗裂性能的影响;同时借助数字散斑技术,对半圆弯拉试验加载全过程中试件表面图像进行散斑处理,对其裂缝尖端水平应变场信息以及裂缝扩展特征进行评价,对比分析水平应变-时间曲线的变化规律;并研究长期老化和冻融循环作用对再生沥青混合料抗裂性能的衰减特性。研究结果表明:中低温条件下,再生沥青混合料的抗裂性能随旧料掺量的增加呈二次多项式递减,使用再生剂无法改变这种递减关系,但有助于减缓其劣化趋势,当旧料掺量(质量分数,下同)小于30%时,再生沥青混合料抗裂性能接近新拌改性沥青混合料,但抗老化性能较差;再生沥青混合料砂浆易形成受力薄弱界面,再生剂可延长其开裂时间,并提高裂尖水平应变峰值,尤其对于大比例废旧SBS改性沥青混合料(RAP-SBS)再生改善效果更明显;影响再生沥青混合料低温抗裂性能的各因素依次为温度、旧料掺量、长期老化,其中温度的影响最显著;再生沥青混合料低温抗裂性能对冻融循环次数的敏感度随旧料掺量的增加而增大,指数模型可以较好表征再生沥青混合料低温抗裂性能随冻融循环次数的衰减状况,其损伤程度随冻融次数的增加大致分为快速损伤期和稳定损伤期2个阶段。     

青藏高寒区基于真实环境冻融作用的沥青混合料冻融疲劳破坏表征

为了定量表征真实环境冻融作用对沥青混合料疲劳性能影响,通过对青藏高寒区6个典型区域历年冻融作用统计分析,借鉴“积温”相关概念,提出冻融强度量化方法;结合室内冻融循环试验,利用Logistic模型对沥青混合料抗压性能随冻融作用损失率进行回归;提出沥青混合料冻融疲劳破坏概念,量化了青藏高寒区真实环境冻融作用下沥青混合料冻融疲劳破坏寿命。研究结果表明：青藏高寒区平均每年发生冻融作用超过140次,强冻融超过80次;利用冻融温度曲线积分面积可以较好地量化真实环境冻融作用强度;损失率模型与Logistic模型分别可以用来评价沥青混合料抗压性能衰减趋势与损失率变化趋势;利用冻融疲劳破坏可以将室内冻融试验下冻融疲劳破坏作用次数转换为真实环境中不同冻融强度下冻融作用次数,并得到了青藏高寒区6个典型区域不同冻融强度下的冻融疲劳破坏寿命;在自然冻融作用下沥青路面运营不超过5年(只考虑强冻融)将发生冻融疲劳破坏。     

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.     

沥青-集料界面的剪切滑移性能研究

沥青路面属于柔性路面结构形式,用于铺筑沥青路面的沥青混合料属于温度敏感性材料,其受温度效应和时间效应影响明显.在南方区域,高温多雨气候持续时间长,日照充足,沥青路面在高温持续作用下,混合料中沥青黏度随温度升高逐渐变低,从而造成沥青混合料抗剪切性能逐渐降低.通过对沥青-集料界面剪切滑移性能研究,得出当天然沥青掺量小于10%时,沥青膜抗剪切滑移性改善效果不明显,当掺量大于10%时,沥青膜抗剪切滑移性能改善效果随掺量増大而逐渐明显,且ARA对沥青膜抗剪切滑移性能改善效果优于TLA.     

沥青路面层间粘结效果影响因素

为了保证沥青路面层间具有良好的粘结力,提高路面的整体性和耐久性,对沥青路面层间粘结效果的影响因素进行专门的试验研究.采用沥青路面层间扭转剪切试验仪,通过成型双层车辙板并钻芯,对芯样进行剪切试验,以最大剪切强度作为评价指标,对影响沥青路面层间粘结性能的沥青混合料类型、乳化沥青种类、乳化沥青洒布剂量、温度等影响因素进行了对比分析.结果表明.AC密级配沥青混合料层间粘结效果好于SMA和OGFC混合料;改性乳化沥青作为粘层比普通乳化沥青层间粘结效果要好,粘层洒布量有一最佳剂量,且这一最佳洒布剂量AC路面结构比骨架型路面结构要低;层间粘结效果随温度升高出现衰减,表明路面层间产生滑移,多发生在高温季节.     

基于改扩建工程的路面温度场对沥青混合料动态模量影响规律

为了研究沥青路面温度场与材料模量的关系,通过实测高速公路改扩建工程旧路与拓宽段路面温度场,分析了沥青路面各结构层的温度变化规律,进而研究了路面结构温度场对沥青混合料动态模量的影响规律。结果表明,沥青路面温度的全年分布呈现双驼峰曲线,分别在5～10℃和25～30℃存在两个峰值;路面材料动态模量与温度累积天数之间,随着温度的增加,动态模量呈减小趋势;上、中面层材料存在部分40℃以上的累积天数,此时的材料模量较低。而其他更深结构层次的材料则基本不受40℃以上的影响;随着路面材料模量的变化,早上路面各结构层内温度全天最低,计算出的沥青层底拉应变也最小;下午温度全天最高,计算得到的拉应变也越大。     

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.     

冻融循环作用下泡沫和乳化沥青冷再生混合料损伤特性与细观机理

为了揭示冻融循环作用下泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律,设计了冻融循环试验方案,基于劈裂强试验、无侧限抗压强度试验、贯入剪切试验研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料力学性能的劣化影响,以工业CT无损检测技术为研究平台,研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料微细观空隙级配、空隙直径的影响规律。结果表明,冻融循环作用显著降低了泡沫/乳化沥青冷再生混合料的力学性能,总体上,泡沫沥青与乳化沥青冷再生混合料表现出了基本相同的力学性能,乳化沥青比泡沫沥青冷再生混合料有更好的抗损害性能。随着冻融循环次数增加,泡沫/乳化沥青冷再生混合料的平均空隙直径和最大空隙直径增大,大空隙数目增加,小空隙比例和空隙数目减小,随着平均空隙直径增大,泡沫/乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、贯入剪切强度均呈指数函数关系减小。冻融循环作用下,泡沫/乳化沥青冷再生混合料内部微空隙数目减少、平均空隙直径增大是其力学性能衰减的主要原因之一。     

沥青混合料高温稳定性影响因素试验分析

设计了不同级配类型的沥青混合料,通过车辙试验和单轴静载蠕变试验,研究了交通荷载、环境温度、材料类型和水作用（高温浸水和冻融循环）对沥青混合料高温稳定性能的影响.试验结果表明,荷载和环境温度对沥青混合料的高温稳定性具有明显的影响.由于沥青混合料的粘性,随着荷载的增加和温度的升高,沥青混合料的动稳定度呈幂指数关系减小.中间级配（玄AC13-2、石AC20-5）的沥青混合料高温稳定性较好;细级配的沥青混合料高温稳定性最差;大粒径沥青混合料高温稳定性能优于小粒径沥青混合料.水的作用严重削弱了沥青混合料高温稳定性能,而冻融循环的影响要远远大于高温浸水.并且Burgers模型可用于表征沥青混合料水损害前后蠕变性能,且其粘弹性参数均受到水作用的不同程度影响,水作用对沥青混合料抗高温变形能力极为不利.     

考虑蠕变固结的高温沥青路面响应仿真

为研究行车载荷和高温作用下沥青路面的变形演化规律,通过对沥青混合料高温粘弹性特性和行车载荷对路面作用的分析,提出采用修正Burgers模型作为沥青混合料的本构模型,对双轮标准轴载作用下高速公路沥青路面的应力场和变形场进行有限元分析.研究结果表明:路表竖向位移增加最快,沥青混合料发生了流变;面层内部水平应力变化剧烈,底基层底面水平拉应力最大;最大剪应力出现在轮迹两边的面层内部,影响范围主要集中在路面结构层内,沥青混合料发生应力松弛现象;竖向最大应力出现在路表轮迹处,轮迹下方区域内压应力呈衰减趋势分布,面层是产生路面车辙的主要区域.     

沥青混合料渗透性影响因素分析

为了研究不同因素对沥青混合料渗透性能的影响,通过测试AC-13和AC-20两种沥青混合料不同空隙率试件在不同温度、水压和轴压条件下的渗透系数,对比研究水压、温度、空隙率、轴压、最大公称粒径等因素对沥青混合料渗透性能的影响。试验结果表明,渗水量随着水压的增大而增大,但增加幅度呈逐渐减小的趋势;空隙率对沥青混合料材料渗透性能影响最大,空隙率越大,其渗透系数越大,间接验证了8%的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点;对于不同沥青混合料材料,最大公称粒径越大,其渗透系数越大;对于相同的沥青混合料,试验温度越高,加载的轴压越大,其渗透系数越大。故应严格控制沥青路面施工压实质量,注意多雨地区高温重载对沥青路面的不利影响。     

沥青路面新材料压实控制指标研究

为探索合理的路面新材料压实方法,通过分析沥青结合料的粘温曲线,提出了基质沥青及改性沥青混合料的合理碾压温度;借助马歇尔击实试验,分析了了沥青路面新材料的压实特性,研究了沥青混合料密实度随击实次数的变化规律,得出了沥青路面新材料达规定密实度所需的压实功,并以此提出了沥青路面新材料的压实控制指标。     

水-温作用下沥青混合料疲劳性能分析

针对我国南方湿热多雨的气候条件,采用冻融循环的试验方法模拟湿热地区沥青混合料的水-温作用,通过CRT-NUl4气动伺服沥青材料试验机对高速公路沥青路面下面层常用AC-25沥青混合料进行间接拉伸疲劳试验,得到不同水-温条件下的疲劳曲线和疲劳方程,并从疲劳寿命、力学性能、疲劳特征参数和疲劳破坏特征4个方面分析水-温作用下沥青混合料的疲劳规律.研究结果表明:不同水-温条件下沥青混合料的应力与疲劳寿命在双对数坐标中均呈良好的线性关系,可为沥青路面疲劳寿命预估提供依据;水作用和温度升高对沥青混凝土的疲劳寿命和力学性能影响显著,可使混合料的抗疲劳特性大幅衰减;水-温作用下试件疲劳破坏表现为剪切和劈裂联合作用形式,证明用冻融循环处理条件模拟沥青混凝土处于水-温作用的合理性.     

FWD荷载作用下碾压混凝土基层沥青路面的动态响应试验

为研究碾压混凝土基层沥青路面在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动态响应,铺筑了试验路,通过在试验路内部布设应变传感器,获取了不同工况条件下试验路路面结构层内的应变响应,分析了碾压混凝土基层沥青路面的动态特性及荷载、温度等因素对路面动态响应的影响,构建了碾压混凝土基层沥青路面结构沥青面层底最大水平拉应变预估模型.结果表明:FWD荷载作用下,在距离荷载板中心30 cm范围内路表弯沉变化较大,距离荷载板中心30 cm范围以外,路表弯沉随位置变化的幅度较小,且温度越高,这种趋势越明显;在加载中心点的正下方,路面结构层内部表现为拉应变,且荷载越大,应变越大;相同荷载作用下,碾压混凝土基层沥青路面的底基层、基层与面层底的应变均小于传统半刚性基层沥青路面,随着荷载水平增加及温度升高,路面结构层内部的应变逐渐增大;路面结构层底的应变随荷载增加呈线性增加,随温度升高呈指数增加,路面温度升高50%,50 kN荷载作用下沥青面层底的应变水平与100 kN荷载相当.     

基于疲劳累积损伤的高模量沥青路面使用寿命预估

为了精确预估高模量沥青路面的使用寿命,以疲劳累积损伤理论为基础,提出考虑沥青路面结构温度分布、轴载分布以及沥青混合料疲劳性能的使用寿命预估新方法。根据劈裂强度试验和间接拉伸疲劳试验确定P0-AC-25(未掺加PR-Module)和P0.5-AC-25(PR-Module掺量为0.5%)的2种沥青混合料的应变疲劳方程;依托抚吉(抚州—吉安)高速公路工程,计算全年路面温度区间分布频率、全年路面轴载等级分布频率以及设计年限内不同温度区间的不同轴载等级的作用次数,并引入到计算路面结构面层层底拉应变的过程中,使拉应变更加符合路面实际情况。基于Miner疲劳累积损伤原理,计算不同温度区间、不同轴载等级下的P0-AC-25和P0.5-AC-25两种沥青混合料的疲劳累积损伤,进而得出抚吉高速公路普通沥青路面和高模量沥青路面基于疲劳累积损伤的使用寿命。研究结果表明:抚吉高速公路基于疲劳累积损伤的高模量沥青路面和普通沥青路面使用寿命分别为14.21、11.52年,故高模量沥青路面比普通沥青路面耐疲劳性能好,使用寿命约提高23.5%。以面层层底拉应变为力学指标的沥青混合料疲劳寿命预估,以及基于疲劳累积损伤的沥青路面使用寿命预估的新方法充分考虑了沥青路面结构温度区间分布和轴载等级分布,建立了较为精准的预估模型,准确描述了沥青混合料疲劳衰减的过程和规律。     

冻融循环对沥青砂浆的力学损伤及寿命预估

为了探究冻融循环作用对沥青砂浆力学损伤性能的影响,文章对不同冻融次数的沥青砂浆与其添加外掺剂KS的砂浆进行压缩试验。以抗压试验数据为基础,建立冻融循环作用下沥青砂浆的损伤预测模型,分析冻融循环作用对砂浆的力学性能影响及预测其损伤演化规律。结果表明:随着冻融循环次数的增加,2种砂浆的弹性模量和峰值应力均呈现下降趋势;在12次冻融循环作用下,添加KS砂浆的损伤度较未添加KS砂浆的损伤度降低11%,平均损伤变化率降低0.9%,前者的力学耐久性能优于后者;以冻融循环次数与损伤度为基础,建立了损伤寿命预测模型,其为西部季节性冻土地区沥青路面材料性能优化设计提供了一种新的思路。     

玄武岩纤维沥青混合料动态蠕变试验

为研究玄武岩纤维对沥青混合料高温抗车辙的改善效果,采用UTM-25伺服式材料动态测试系统,对掺加与不掺加玄武岩纤维的AC-13,SMA-13不同级配沥青混合料,在40,50和60℃温度环境下进行动态蠕变试验,对比分析6种不同级配沥青混合料的动态蠕变曲线、流变次数等.试验结果表明:掺加玄武岩纤维后,混合料在相同作用次数下的永久应变减小,且沥青混合料达到蠕变破坏阶段的累计作用次数大于不掺加玄武岩纤维的沥青混合料;沥青混合料的流变次数随温度升高而降低,掺加玄武岩纤维后降低趋势变缓,且温度越高效果越明显.可见,掺加玄武岩纤维能有效提高沥青混合料的抗车辙性能.     

水-温耦合作用的玄武岩纤维沥青混合料损伤特性研究

北方季节性冰冻区冬季气温低、夏季气温炎热,季节交替时冻融循环显著,再加上夏季降水冲刷作用使得路面受到严重的水和温度耦合作用损伤,致使沥青路面容易出现早期病害,如开裂松散、沉陷、坑槽等,因此提高季冻区沥青路面抗水-温耦合损伤能力具有重要的现实意义.本研究对水-温耦合作用下沥青混合料损伤特性研究,得出掺入玄武岩纤维可以改善沥青混合料劈裂强度、增强沥青路面抗拉强度和耐久性.     

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.