不同受力模式下沥青混合料强度的速度特性试验研究

为了了解不同加载速率对沥青混合料强度参数的影响以及不同受力模式下沥青混合料的破坏原因,对不同加载速率下单轴压缩、弯曲、直接拉伸和劈裂强度进行试验研究,并从沥青混合料结构组成对不同受力模式下强度差异进行解释.研究结果表明:加载速率对沥青混合料强度有显著影响,强度与加载速率呈近似幂函数关系；沥青混合料黏聚力c随加载速率增大先急剧增大而后趋于平稳,内摩擦角(φ)随加载速率变化规律正好与黏聚力规律相反,先急剧减小而后趋于平稳；在相同应变率条件下,沥青混合料的强度受加载方式的影响,不同受力模式下的强度由大至小依次为抗压强度、弯拉强度、直接拉伸强度和劈裂强度,试验结果为建立沥青混合料强度理论与破坏准则奠定了基础.     

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。     

沥青混凝土弯曲疲劳试验疲劳损伤分析

针对现有沥青混合料疲劳损伤试验时直接依据刚度或模量计算损伤值而无法真实反映材料微观损伤特性的不足,提出应用反分析方法以得到沥青混凝土的疲劳损伤演化规律。其步骤是：根据沥青混凝土疲劳损伤模型,得到三点弯曲梁试件疲劳损伤力学理论经典解;根据疲劳试验数据确定沥青混凝土材料疲劳损伤模型中的特征参数。应用非线性有限元方法,模拟计算并分析试件疲劳损伤过程中的弯拉应力、挠度、损伤变量、裂纹扩展速率等的变化规律,并预测沥青混凝土试件疲劳寿命及失稳断裂时的裂纹长度。研究结果表明：疲劳寿命的数值模拟结果与试验结果较吻合,证明了所提出的沥青混凝土疲劳损伤模型的合理性和有效性。     

应力吸收层沥青混合料的路用特性

通过对自主研发的Sampave特种改性沥青的应力吸收层混合料进行低温弯曲试验,分析沥青结合料对应力吸收层沥青混合料低温抗裂性能的影响;采用拉伸与拉压疲劳试验,比较不同沥青结合料的应力吸收层混合料抗拉伸变形与抗拉压疲劳性能.结果表明,研发的Sampave特种改性沥青混合料具有优良的低温抗裂、抗拉伸和抗拉压疲劳性能,但单一改性剂SBR改性沥青并不能达到应力吸收层沥青结合料的性能要求.     

季冻区沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性研究

沥青混合料的疲劳裂缝是导致沥青路面面层破坏的主要原因之一,也是加速引起沥青路面水损害、老化等的重要原因。采用应力控制模式加载下的小梁弯曲试验,研究了不同温度或应力比下沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性。研究发现,沥青混合料的疲劳全寿命随温度的升高而缩短;相同温度时,沥青混合料的疲劳全寿命随着应力比的增大而缩短。当温度偏高时,沥青路面疲劳拓展寿命占据疲劳全寿命的比例较大;当温度偏低时则相反。疲劳全寿命的对数值与温度、应力比均成反比。裂纹拓展寿命占疲劳全寿命的百分比和温度呈指数关系。     

季冻区沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性

沥青混合料的疲劳裂缝是导致沥青路面面层破坏的主要原因之一,也是加速引起沥青路面水损害、老化等的重要原因。采用应力控制模式加载下的小梁弯曲试验,研究了不同温度或应力比下沥青混合料疲劳寿命的组成及变化特性。研究发现,沥青混合料的疲劳全寿命随温度的升高而缩短;相同温度时,沥青混合料的疲劳全寿命随着应力比的增大而缩短。当温度偏高时,沥青路面疲劳拓展寿命占据疲劳全寿命的比例较大;当温度偏低时则相反。疲劳全寿命的对数值与温度、应力比均成反比。裂纹拓展寿命占疲劳全寿命的百分比和温度呈指数关系。     

超载对AC-25沥青混合料疲劳极限影响

为了评价超载诱发的高应变对长寿命沥青路面底层沥青混合料低应变疲劳极限的影响,采用四点弯曲小梁疲劳试验,对AC-25沥青混合料进行了低—高交变应变循环加载,分析了弯拉劲度、相位角、耗散能和累积耗散能以及疲劳耐久极限的变化规律。结果表明:在低应变水平疲劳试验中引入高应变水平疲劳加载,对AC-25混合料弯拉劲度有一定加速衰减的作用;同时,沥青混合料在进行高应变水平疲劳加载时,其相位角小于低应变水平,而耗散能和累积耗散能均大于低应变水平加载;当由高应变水平恢复至低应变水平疲劳加载时,混合料有自愈合特征,弯拉劲度、相位角、耗散能和累积耗散能的变化趋势近似按照低应变水平进行;因此,超载诱发的有限大小高应变会对长寿命沥青路面层底沥青混合料造成一定损伤,但由于自愈合特性,并不会完全破坏混合料疲劳极限特征。     

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。     

三轴拉压应力状态下沥青混合料的破坏准则

为了解拉压组合复杂应力状态下沥青混合料的强度特性,在自主研发的三轴试验设备上,通过单轴拉、单轴压、平面拉压/轴向压缩和平面拉压/轴向拉伸应力状态下共74个试件的试验,系统研究拉应力和压应力共同作用下AC-13C沥青混合料的三轴强度特性和破坏特征。基于八面体强度理论,建立多轴拉压条件下AC-13C沥青混合料的线性破坏准则。研究结果表明:试件分别表现为拉应变和拉应力破坏特征;三轴拉强度和压强度均低于单轴拉伸强度和单轴压缩强度,按现行的最大拉应力理论进行沥青路面结构设计偏于危险;线性破坏准则考虑3个主应力对路面的协同破坏作用,可较好地描述沥青路面材料的三轴强度规律,并且形式简单,便于工程应用。     

基于应变控制的沥青混合料疲劳寿命预测

在应变控制模式下对3种不同级配的沥青混合料进行了四点弯曲小梁疲劳试验,对采用耗散能相对变化率的突变点(判据1)和劲度模量下降至初始劲度模量的50%(判据2)两种失效判据得到的沥青混合料疲劳寿命进行了对比,并针对两种失效判据构建了疲劳寿命预测模型.结果表明:混合料的初始劲度模量随应变水平及公称最大粒径的增大而减小;以判据1为失效判据时,同一沥青混合料在不同应变水平下破坏时的劲度模量基本相同,不同沥青混合料破坏时的劲度模量随公称最大粒径的增大而减小,获得的疲劳寿命比以判据2为失效判据获得的疲劳寿命长;沥青混合料的疲劳寿命随应变水平及公称最大粒径的增大而大幅减小;判据1对应的疲劳寿命预测模型准确性更高.     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为研究再生沥青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程的关系,并改进了疲劳方程.结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性较高,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变>试验温度>RAP掺量>加载频率;佩尔疲劳模型适用于再生沥青混合料疲劳寿命研究,此模型中的系数与RAP掺量、试验温度、加载频率相关度较高,此三因素可通过非线性拟合引入疲劳模型,且改进后的疲劳模型可靠度较高.     

冷拌冷铺乳化沥青混合料在不同应变组合下的疲劳性能研究

目的 研究在单级应变与双级应变组合的不同加载方式下冷拌冷铺乳化沥青混合料劲度模量及疲劳寿命的变化规律,为冷拌冷铺乳化沥青混合料的抗疲劳性能研究提供借鉴。方法 综合考虑车辆荷载的大小,选定A(200×10^-6)、B(400×10^-6)、C(600×10^-6)三个应变水平,以单级应变为试验对照组,以A-B和C-A为双级应变组合,对冷拌冷铺乳化沥青混合料分别进行单级及双级应变下的四点弯曲疲劳试验,由此对比分析混合料疲劳寿命与劲度模量随应变量及应变组合不同而变化的规律。结果 在单级应变作用下,试件劲度模量先急剧下降,然后缓慢衰减,且应变越大劲度模量衰减越快;在应变水平由低到高的双级应变A-B组合作用下,由A应变转入B应变加载后,劲度模量瞬间增大了35%,之后先急剧降低再进入平缓阶段,且疲劳寿命在A、B单级应变加载之间;而在应变水平在由高到低的C-A加载组合中,由C应变转入A应变加载后,劲度模量瞬时衰减11%,之后先急剧降低再进入平缓阶段,且疲劳寿命要长于在应变中值水平B单级应变加载下的。结论 从低应变到高应变的加载过程中,恢复了...     

大样本条件下沥青混合料疲劳试验参数的概率分布分析

采用一个沥青混合料小梁试件大样本,在相同条件下进行了应变控制疲劳试验,并对疲劳试验结果进行了正态分析和Weibull分析,得到了沥青混合料试件疲劳寿命、初始模量和累计耗散能的概率分布规律.研究分析表明:沥青混合料的疲劳寿命、累计耗散能和初始模量呈3参数Weibull分布和对数3参数Weibull分布,可以采用3参数Weibull分布来分析沥青混合料的疲劳特性.     

硬质沥青混合料动态、静态模量的试验研究

采用针入度为10/20的硬质沥青和石灰岩集料制备高模量沥青混合料,同时选择了一种PG76—22的SBS改性沥青,进行性能对比。基于体积法的配合比设计完成后,采用马歇尔稳定度试验、车辙试验、三点弯曲试验、间接拉伸试验来评价硬质沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性。静态回弹模量与动态复数模量均采用单轴压缩试验来完成,采用不同的加载模式,回弹模量采用7级静态加载,复数模量采用不同频率的正弦波动态加载。深入研究了温度对两种模量的影响。基于反曲函数绘制了动态模量主曲线,同时采用Cole-Cole平面分析硬质沥青混合料的黏弹特征。研究认为,硬质沥青可以制备抗车辙性能优异的高模量沥青混合料,相同温度下,硬质沥青混合料的复数模量均高于SBS改性沥青混合料,但37.8℃以上温度时,硬质沥青混合料的黏性流动比例较大。     

相同条件下大样本沥青混合料的疲劳性能

采用一个沥青混合料小梁试件大样本,在相同条件下进行了应变控制疲劳试验研究,分析了沥青混合料试件疲劳寿命、初始模量和累计耗散能的分布规律,探讨了疲劳寿命与初始模量和累计耗散能的关系,以及疲劳寿命、初始模量和累计耗散能与试件空隙率之间的关系.试验结果表明:应变控制疲劳寿命数据的离散性大;沥青混合料的疲劳寿命、累计耗散能和初始模量呈三参数W eibull分布和对数三参数W eibull分布,三参数W eibull分布可以用于分析沥青混合料的疲劳数据;相同条件下,试件的疲劳寿命与初始模量数据线性和对数线性负相关,与累积耗散能数据呈现非常良好的线性正相关,疲劳寿命对数和累积耗散能对数与空隙率负相关性较好;初始模量与空隙率的相关性不明显.文中的研究结果验证和揭示了沥青混合料的应变控制疲劳破坏规律.     

沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,文中基于能耗的观点,研究了沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律.试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了3种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料的裂纹起裂点和疲劳破坏点.研究结果表明:具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有很好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积疲劳破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性.通过拟合VanDijk能耗公式参数而建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以方便地预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命.     

沥青混合料裂纹扩展阶段疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,本文基于能耗的观点,研究沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了三种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有更好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过对Van Dijk能耗公式参数拟合建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以更方便的预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

行车速度对沥青路面疲劳损伤性能影响的数字试验

为了准确分析行车速度对沥青路面疲劳性能的影响,为细观动力学疲劳机理研究奠定基础,将沥青混合料内部级配碎石简化为三维不规则颗粒,将沥青的粘结性能转化为不规则颗粒间的平行粘结强度,从三维材料组成的角度进行沥青混合料细观建模,对道路上车辆的真实运行情况进行数字试验,分析行车速度对沥青路面疲劳性能的影响.结果表明:行车速度低时,沥青混合料较行车速度高时的疲劳寿命有大幅度的降低,疲劳寿命随着行车速度的增大而逐渐增大,但增大的趋势逐渐变缓且有重合的趋势;车辆荷载从轻至重的加载对沥青层的损伤应力明显大于车辆荷载从重至轻的加载;行车速度越低,沥青层的损伤应力越大,该级荷载引起的损伤应力波动幅度也越大.     

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。     

热氧老化对高韧性环氧沥青及其混合料性能的影响

通过热氧老化前后的拉伸试验和黏度试验评价高韧性环氧沥青的抗老化性能,通过马歇尔试验、劈裂试验、低温小梁弯曲试验及四点弯曲疲劳试验考察热氧老化对高韧性环氧沥青混合料性能的影响;并与美国环氧沥青和日本环氧沥青作对比。结果表明,热氧老化对三种环氧沥青及混合料的性能影响均不显著,老化后仍满足相关技术指标要求。其中,高韧性环氧沥青的拉伸强度、断裂伸长率和施工容留时间分别损失了8. 9%、11. 2%和4. 8%;其混合料的马歇尔稳定度、劈裂强度、低温破坏应变和疲劳寿命分别下降了6. 6%、5. 7%、8. 2%、8. 1%。高韧性环氧沥青的抗老化性能略逊于美国环氧沥青,而优于日本环氧沥青。