基于间接拉伸试验模式的沥青混合料动态模量研究

鉴于间接拉伸模式决定沥青混合料动态模量的重要意义,基于间接拉伸试验模式,采用目前我国常用的2种沥青混合料,发展沥青混合料间接拉伸试验动态模量的测定和分析方法。基于GPM测试模式,通过修正参数,修正二维平面应力假设和试件膨胀的影响,根据修正的应力和应变决定沥青混合料的间接拉伸动态模量。根据时-温转换原则,基于Hirsch模型估算混合料模量极大值,分别采用Global Aging模型和Arrhenius模型获得移位因子,通过数值优化建立了参考温度为20℃的2种常用沥青混合料动态模量主曲,得出了主曲线的Sigmoidal数学模型。根据对2种混合料的动态模量主曲线比较分析表明AC-20型沥青混合料对加载频率和对温度的依赖性都较低于AC-13C型混合料,尤其在低频段表现更为明显。     

发展沥青混合料间接拉伸动态模量及其主曲线

沥青混合料的动态模量是沥青路面设计的重要参数,间接拉伸试验的优势决定了在该试验模式下测定沥青混合料动态模量的重要意义。采用我国3种典型的沥青混合料,在间接拉伸试验模式下,基于GPM测试模式,通过修正的二轴方向的应力和应变决定沥青混合料的动态模量。根据时间-温度转换原则,通过Hirsch模型估算混合料模量极大值,分别采用Global Aging模型和Arrhenius模型获得移位因子,通过数值优化发展了参考温度为20℃的3种典型沥青混合料动态模量及相位角主曲线,得出了主曲线的Sigmoidal数学模型,拟合的相关系数R^2均在0．99以上,表明模型拟合效果非常好。     

高模量沥青混合料模量的试验研究

沥青混合料模量是沥青路面结构分析的重要计算参数.对3种高模量沥青混合料及SBS改性沥青混合料和A-70沥青混合料进行动态模量和静态回弹模量试验,分析沥青混合料模量分布规律、影响因素以及动态模量与静态回弹模量的相关性.结果表明:相同试验条件下高模量沥青混合料的模量明显大于对比沥青混合料,且随着频率的降低,高模量沥青混合料的动态模量增大倍数增大;沥青混合料的静态回弹模量与低频下的动态模量呈指数关系,因此当试验条件受限时可采用沥青混合料静态回弹模量值对动态模量值进行预估.     

基于离散元法与分形维数的沥青混合料间接拉伸试验

为掌握沥青混凝土内部损伤的演化过程及其裂缝扩展规律,首先在MTS万能试验机上进行沥青混合料间接拉伸试验,获取试验过程中的力、位移和时间参数;同时采用工业CT设备扫描试验前、后的试件,并通过灰度化、图像增强和阈值分割等数字图像处理技术,提取沥青胶砂、粗集料和空隙等组成部分信息;然后,基于所提取的信息建立离散元模型,进行间接拉伸仿真试验,观察试件裂缝的扩展过程,并采集仿真试验过程中的荷载、位移及单元颗粒间连接断裂[WTBX]数量Ncb等参数;最后,对比分析了室内试验和仿真试验的荷载 位移曲线特点;并基于Ncb提出了内部损伤度Dm,基于试件整体的裂缝图像提出了计盒维数指标Dc,分析了损伤度与裂缝扩展的关系。研究结果表明:室内试验与仿真试验的间接拉伸强度接近、荷载 位移曲线变化趋势相同且裂缝分布规律相似,验证了仿真试验的可行性。裂缝的扩展可分为萌生、扩展、贯通和贯通后4个阶段。在萌生和扩展阶段,细观损伤度Dm较低,而在贯通阶段较高。计盒维数Dc与裂缝扩展也密切相关,Dc在裂缝扩展的各阶段内单调变化且规律明显。因此,可利用计盒维数Dc对[WT]CT扫描得到试件的裂缝特征进行定量评价,确定裂缝的扩展程度,并基于裂缝与损伤的联系间接评价沥青混凝土内部损伤。该研究为沥青路面损伤评价提供了新的思路,即可根据路面裂缝状况评价其损伤程度。     

沥青混合料间接拉伸试验的数值化测试

为对混合料的数值化试样进行间接拉伸数值化测试,采用X-CT(X-ray Computerized Tomography)扫描混合料试件,分别计算出集料、沥青、空隙的体积组成,建立了试样的三维可视化模型;采用自行编写的程序,实现了由三维可视化模型向三维数值化模型的转化,建立了基于实际试样真实内部微细观分布的数值化试样,并对其进行间接拉伸测试模拟。引入应力集中因子指标对各种应力状态进行评价,实际应力分布结果与弹性理论解结果进行对比。结果表明:该模型能有效反映试样的三维分布状态,由于集料和空隙分布的随机性和不均匀性,实际试样的最大应力分布不再服从弹性理论解的分布状态,空隙的存在同样对混合料的力学性能起着非常重要影响。     

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。     

硫磺改性沥青混合料性能及机理研究

为改善沥青的高温性能,减小沥青路面车辙,提出了用SEAM改性沥青的新方法.通过室内试验,研究了SEAM改性沥青混合料的马歇尔性能指标、高温、低温稳定性、水稳定性和疲劳性能,影响SEAM改性沥青混合料性能的因素;应用红外光谱分析了硫磺改性沥青的部分成分变化,以研究硫磺改性沥青混合料高温稳定性提高的机理;在云南个屯一级公路上修筑了试验路,现场验证了SEAM改性沥青混合料路面的性能和使用效果和经济性.室内试验结果表明:当SEAM掺量大于20%以后,SEAM改性沥青混合料具有较好的抗车辙性能和抗疲劳性能;红外光谱分析表明:当SEAM掺量达到20%和30%的时候,沥青与硫磺发生充分作用,在沥青中形成氢键和S-H化学键,亚硫酸酯、硫酸酯和砜一类的物质.得出了硫磺改性沥青的机理,即硫磺改变了沥青分子间的连接和成分,使沥青高分子链的极性增强,移动受到约束,使沥青的粘度增大,从而使其高温稳定性提高.现场应用和测试结果证明:与普通沥青混合料路面相比,SEAM改性沥青混合料路面施工工艺和程序与普通沥青混合料相同,但在性能上SEAM改性沥青混合料好于普通沥青混合料,并可以节约一定的工程费用.基于室内试验和现场应用证明的SEAM改性沥青混合料在高温条件下的良好路用技术性能,得出了SEAM改性沥青混合料可以作为气候炎热地区沥青路面设计的一个方案选择的结论.图1,表12,参16.     

在役乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能

通过应力控制下的劈裂疲劳试验,分析了现场服役多年的乳化沥青冷再生混合料及室内新成型的乳化沥青冷再生混合料劲度模量衰减特征以及2类混合料疲劳破坏阶段的黏弹性特征;结合损伤分析,提出了在役冷再生沥青混合料和新成型冷再生混合料疲劳破坏准则;对比了不同车道的在役冷再生混合料和新成型冷再生混合料的疲劳寿命,结果表明,现场实际轴载作用次数的增加会导致冷再生混合料剩余疲劳寿命的降低,冷再生混合料在使用中存在疲劳性能增长过程.     

大空隙沥青混合料的动态模量预测模型

随着沥青路面力学－经验设计和分析方法的发展,路面材料参数的研究显得越来越重要．文中利用MTS 材料试验系统对含有透水基层( ATPB) 的ATPB-25 和ATPB-30两种沥青混合料进行了动态模量试验测试．试验测试中,根据沥青混合料所处的温度环境设定了不同的测试温度和加载频率．然后根据测试结果生成了该沥青混合料的全时域动态模量主曲线以及相对应的主曲线方程．这些试验研究可为含有ATPB 的沥青路面结构优化设计和性能分析预测提供高质量的参数,对于延长沥青路面的使用寿命具有重要意义．     

沥青混合料动态模量试验的仿真和验证

为了能对沥青混合料单轴压缩动态模量试验进行合理的仿真,文章建立了可表征骨料截面真实形态的四相体数值试件和虚拟加载试验.通过对大量的骨料截面轮廓进行分形维数的统计分析,得到该指标的正态分布规律,并结合中点位移法重构数值试件所需的骨料截面.基于柱坐标系的特征,将圆柱形试件转化为二维试件.基于瓦拉文公式,获得对应于Fulle...     

旧沥青混合料对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响

在分析旧沥青混合料(RAP)特性及其在混合料中作用的基础上,研究泡沫沥青冷再生混合料旧沥青老化程度、旧沥青含量以及铣刨料的掺量等对再生混合料性能的影响.研究得出,在同一泡沫沥青用量下,旧沥青老化越严重,其混合料的空隙率越大,劈裂强度和水稳性越差.但旧沥青老化严重的铣刨料,其60℃稳定度相对较高,说明高温性能增强.此外,在某一固定的泡沫沥青用量下,RAP掺量越多,混合料的空隙率越大,高温稳定性、水稳性越差.研究表明:RAP掺量并不是越多越好,如本文研究的泡沫沥青冷再生混合料为使抗拉性能及水稳性满足中等以上交通公路要求,RAP掺量不宜超过77%.为使60℃稳定度满足重交通公路要求,RAP掺量不宜超过70%.     

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.     

纤维类型及用量对沥青混合料抗裂性的影响分析

纤维类型及用量对提高沥青混合料抗裂性能有重要影响.采用间接拉伸试验方法,以破坏拉伸应变和应变能作为评价指标,通过添加聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维和木质素纤维制成纤维沥青混合料,比较不同纤维类型和纤维掺量对沥青混合料抗裂性能的影响.结果表明:对于破坏拉伸应变和应变能指标,从大到小依次为聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维、木质素纤维;纤维掺量在0%~0.2%范围内,纤维掺量提高对于变形能力有较大提升.     

乳化沥青厂拌冷再生混合料的加热碾压方法

在常温下拌合和摊铺乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料;然后,采用红外线或微波辐射加热摊铺后的再生沥青混合料,使底层混合料的加热温度为140℃～160℃,表层混合料的加热温度为150℃～170℃;最后,采用双钢轮压路机和轮胎压路机碾压加热后的沥青混合料至95%～100%的压实度。加热碾压工艺使得冷再生混合料中旧沥青和新添加的沥青加热融化后,在碾压过程中共同渗透、扩散到矿料表面,在矿料颗粒之间起黏结作用,提高了再生混合料的黏结强度,回收混合料中的旧沥青得以充分利用。具有广泛的应用前景。     

沥青混合料低温性能影响因素的灰色关联分析

为了研究各种因素对沥青混合料低温性能的影响程度,基于多种不同沥青混合料的低温性能试验数据,利用灰色关联分析法分析了沥青的性能及含量、各筛孔通过率、孔隙率和粉胶比等各种影响因素对沥青混合料低温性能的影响程度,得到了各种影响因素对沥青混合料低温性能影响程度的排序.研究结果表明,灰色关联法分析诸因素对沥青混合料低温性能的影响能获得较好的结果.沥青含量及2.36 mm关键筛孔通过率对沥青混合料的低温性能有重要影响.     

沥青面层的车辙等效温度

分析了沥青面层车辙寿命与面层温度的均值和梯度的相互关系,讨论了沥青面层压应力分布规律.根据全国90个地区多年的路面温度场数据,对沥青面层车辙等效温度进行了计算和分析,总结了沥青面层准车辙等效温度与年均气温、月均气温的年极差之间的回归关系,据此推算得到了全国738个地区的沥青面层基准车辙等效温度值,并绘制了可供设计采用的全国沥青面层基准车辙等效温度等值图,归纳了非基准条件的各因素对沥青面层车辙等效温度的影响规律,给出了它们的近似计算式.最后,通过对比分析,验证了沥青面层车辙等效温度计算方法和结果的可靠性.