疲劳加载对沥青混合料SMA-13渗透特性的影响分析

为了揭示交通荷载下沥青混合料的渗透特性演化规律和水损害机理,本文针对SMA-13沥青混合料,利用马歇尔击实和旋转压实两种成型方法分别制备出4种空隙率(4%、6%、8%、10%)的圆柱形试件,进行三轴疲劳加载试验,利用自研的多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统,测试并比较在不同疲劳阶段试件渗水系数随水压(0.04 MPa、0.10 MPa、0.18 MPa、0.26 MPa)和轴压(0.7 MPa、0.9 MPa、1.1 MPa)的动态变化。结果表明,疲劳加载对试件渗透性能的影响具有压密和损伤双重作用,低空隙率试件的渗水系数主要受持续的疲劳损伤作用而增大,高空隙率试件的渗水系数主要受压密作用而随着疲劳加载逐渐降低。空隙率是影响沥青混合料渗透性能的关键因素,高空隙率试件的渗水系数显著高于低空隙率试件的渗水系数。渗水系数随水压的增加而增大,渗透性较弱的试件受水压的影响更为显著。渗水系数随轴压的增大整体呈现减小的趋势,但与空隙率和水压相比,轴压的影响相对较弱。过高的动水压力会导致空隙率6%左右的沥青混合料渗水性能显著增强,易产生水损害破坏。旋转压实与马歇尔击实成型试件的渗水系数随疲劳加载、水压...     

多孔沥青混合料渗水性能的方向差异性及其受孔隙结构的影响

为了分析多孔沥青混合料渗水性能的方向差异特征及其受连通孔隙结构的影响规律,通过自行研发的渗水仪测试了4个空隙率下OGFC-13和OGFC-10混合料试件空间24个方向上的渗水系数.结合CT扫描和图像处理方法,重构了4个空隙率下OGFC-13混合料试件的三维孔隙结构.提取连通孔隙后,分析了影响混合料渗水方向差异性的孔隙结构指标.结果表明:多孔沥青混合料渗水系数存在明显的方向差异性,竖向截面内水平方向上的渗水系数最大;水平截面也存在方向差异性,但其与方向之间的关系不明确;空隙率越大,采用集料的公称最大粒径越大,则方向差异性越小;相比水平向连通孔隙,混合料内部竖向孔隙的水力直径虽略大,但数量少且总长度短,这是影响渗水系数方向差异性的主要原因.     

排水路面沥青混合料的 连通空隙影响分析

通过成型不同级配排水沥青混合料试件,测算连通空隙率,进而分析影响连通空隙率的主要因素.结果表明:相同级配的混合料的连通空隙率受沥青粘度的影响,普通70#沥青、橡胶沥青、高粘沥青混合料的空隙率都在19%左右,但连通空隙率分别为14%,11%,8%,相差较大;当具有相同沥青膜厚度及相同空隙率时,公称粒径越大,连通空隙率越大,连通空隙率在OGFC-5到OGFC-10的涨幅最大、OGFC-10到OGFC-13的涨幅不明显;随着筛孔2.36mm通过率的增大,空隙率与连通空隙率均随之减小,且空隙率与连通空隙率之间的差值会逐渐增大,当空隙率为15%时,连通空隙率已不满足排水性能的要求.     

排水沥青混合料各向异性空隙结构对渗水特性的影响

为研究排水沥青混合料各向异性空隙结构对渗水特性的影响,以拓展的达西定律为理论基础,基于工业CT获取排水沥青混合料的空隙细观分布特征,建立了排水沥青混合料的渗水数值模型,并采用有限体积法分析了水在排水沥青混合料结构内部的流动特征;截取长方体试件作为特征体元来描述排水沥青混合料的各向异性渗透性能.研究表明:排水沥青混合料中空隙分布不均匀,横向的连通空隙率大于竖向,且单个空隙面积也比竖向大,空隙率的各向异性分布使得混合料试件渗透性也表现出各向异性;横向两个方向的渗透系数相近,且约为竖向的2倍;在进行渗透性分析时,在横向可把排水沥青混合料看成是各向同性体,而横向与竖向同时分析时应考虑为各向异性体.     

基于CT技术的复合沥青混凝土内部空隙特征分析

摘要： 采用X射线断层扫描（CT）技术分析了相同集料级配条件下,不同水泥和乳化沥青结合料用量混凝土的1~10层位空隙数量、空隙尺寸和空隙率等指标的变化规律,并结合扫描电子显微镜（SEM）分析其相关机理.结果表明：在相同条件下,复合沥青混凝土试件两端的空隙数量较多、尺寸大且空隙率较大,而中间部分则相反;复合沥青混凝土内部最大空隙率为10.1%;掺加水泥或采用适当添加量的乳化沥青,有利于降低混凝土的空隙率,当乳化沥青和水泥的质量分数分别为8.0%和3.0%时,混凝土的空隙率最小,仅为3.9%,且其空隙分布不均匀.     

马歇尔击实法和轮碾法对沥青混合料体积参数的影响分析

沥青混合料在不同成型工艺影响下,其体积参数是不同的.本文分别采用马歇尔击实法和轮碾法成型沥青混合料试件,对空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等体积参数进行对比分析.结果表明:沥青混合料马歇尔击实试件的空隙率小于碾压12个往返试件的空隙率,轮碾法达不到马歇尔击实法要求的压实度.建议在做马歇尔实验进行路用性能检测时,应适当增加混合料碾压次数,才能保证沥青混合料所要求的压实度.     

车辙对大空隙沥青路面横向排水影响的室内模拟测试

为了研究纵向车辙对大空隙沥青路面横向排水的影响,研发了大空隙沥青混合料渗水系数的室内测试仪,该仪器可模拟路面横坡和雨水在大空隙沥青混合料中的流动过程.采用车辙试验仪对8种类型的OGFC沥青混合料试件进行往复荷载作用来模拟车辙变形,并利用研发的渗水系数测试仪,测试具有不同车辙深度的沥青混合料横向渗水系数,计算得到因车辙引起的混合料渗水系数衰减度.结果表明:车辙会明显降低大空隙沥青混合料的横向渗水系数;动稳定度与渗水系数衰减度无明显关系,而大空隙沥青混合料的车辙深度与渗水系数衰减度具有一定的线性关系,因此可作为控制渗水系数衰减的指标;增大集料的公称最大粒径、使用高黏改性沥青、增大混合料空隙率能有效降低车辙引起的排水系数衰减程度.     

浇注式沥青混凝土级配设计

针对浇注式沥青混凝土级配的设计问题,提出了两阶段设计方法.根据该方法设计了新的浇注式沥青混凝土级配,采用该级配制作的浇注式沥青混凝土,流动性能够满足施工要求,空隙率小于1%.对试件进行车辙试验、小梁弯曲试验、水稳定性试验和疲劳试验,结果表明根据两阶段设计方法设计的级配制作的浇注式沥青混凝土试件与传统级配浇注式沥青混凝土试件相比大大提高了高温稳定性,同时具有良好的低温抗裂性能、水稳定性和抗疲劳性能.因此,该设计方法是较好的浇注式沥青混凝土级配设计方法.     

沥青混合料动水破坏行为与动力渗水试验模拟

针对沥青混合料动力渗水研究的不足,揭示沥青混合料动力渗水行为,采用快速Lagrange有限差分法对沥青路面的动水破坏行为进行数值模拟;利用自行研发的多功能沥青混合料动态渗水试验仪对AC-13与AC-20沥青混合料进行动力渗水试验,探讨了2种沥青混合料空隙率与渗水系数的关系。研究结果表明:动水产生的泵吸作用是沥青路面水损坏的诱因;动力渗水系数随空隙率(或水压力)的增加逐渐增大,最终趋于稳定;对动力渗水试验数据进行回归,得到了AC-13与AC-20这2种混合料动力渗水系数与水压力、空隙率的关系;与静力渗水系数相比,动力渗水系数更符合试验结果,建议将31~40mL/s的动力渗水系数作为沥青混合料渗水的临界评价指标。     

排水性沥青路面混合料的渗透性能试验测试技术

为评定排水性沥青路面混合料的透水能力,设计了不脱模大马歇尔试件竖向渗透系数和水槽横向渗透系数测定方法,并制作了测试装置,对不同成型方法、不同空隙率的PAC-13与PAC-16试件进行了控制水头差的渗透系数测定.测试结果表明:排水性沥青混合料的渗透系数与空隙率有着良好的相关性,击实成型试件的渗透系数略大于静压成型试件,PAC-16的渗透性能优于相同空隙率的PAC-13且变化规律一致,试验测定的竖向渗透系数与横向渗透系数在工程常用的空隙率情况下相对误差不超过20%,有较好的一致性.工程设计应用中,采用与路面材料状况较一致的击实成型的不脱模大马歇尔试件测定竖向渗透系数能较好地反映排水性沥青混合料的渗透性能.     

动载作用下沥青路面内部孔隙水压力的轴对称弹性解

将沥青路面视为多层饱和弹性半空间轴对称体,引入比奥渗流固结理论和渗流方程.利用Hankel和Laplace积分变换等数学方法,推导出浸水沥青路面的沥青路面水损害力学模型,并做出如下假设:除渗透性外,沥青混凝土是均质的、完全饱和的理想弹性材料;沥青混凝土的变形是微小的;沥青混凝土和孔隙水均不可压缩;孔隙水渗流服从达西定律,渗透系数为常数.计算了沥青路面结构层孔隙水压力大小.结果表明,沥青面层内的孔隙水压力与面层渗透系数、面层厚度、结构层材料参数以及车辆行驶速度等有密切关系.当路表孔隙饱水时,在荷载作用下,面层中以及面层与基层的接触面附近孔隙水压力最大,在荷载的反复作用之下,导致疲劳开裂破坏,加速路表病害的出现.     

柴油泄漏对沥青路面使用性能的影响研究

为研究柴油泄漏对沥青路面使用性能的影响,依托汕梅高速柴油泄漏应急处治项目,室内试验利用红外光谱仪研究开展了油蚀机理研究。现场检测研究开展了柴油泄漏对沥青路面表观状况、摆值(BPN)、渗水状况的影响分析,钻取芯样并开展了沥青混合料的密度、高温性能及水稳定性的对比分析及对回收沥青性能的影响研究。结果表明:柴油油蚀机理在于吸收峰处官能团数量的变化;沥青路面在受柴油污染后会出现不同程度的颜色变黑、路表变滑现象;柴油泄漏造成沥青混合料密度下降;且沥青含量、沥青三大指标下降,并导致沥青混合料水稳定性和高温性能均产生较大幅度下降。     

基于力学性能和各向异性的排水性沥青磨耗层优化

为了研究排水性沥青混合料的各向异性和力学性能,对排水性沥青磨耗层进行优化,自行改装设计了车辙板渗水系数测试仪.该装置能够模拟实际雨水在路面中渗流的过程.研究对10种级配的沥青混合料进行了力学性能试验以及利用自行制作的渗水试验仪进行了渗水特性试验研究.研究结果表明,排水性沥青磨耗层的力学性能与排水性能呈负相关关系;对于同一最大公称粒径的不同级配沥青混合料,随着空隙率的增大,力学性能逐渐减小而排水性能增强;增大集料公称最大粒径,其力学性能和排水性能均有所增强.各向渗水差异性主要发生在横向渗水过程中,竖向渗水差异不大;增大排水性沥青混合料的空隙率和公称最大粒径可减小其各向异性.研究得出的最佳空隙率为18％～21％,坡度设置为1.2％～1.5％,可增强其排水性能.研究成果对排水功能性沥青路面的应用具有一定的理论与实用价值.     

长大纵坡的沥青路面受力研究

长大纵坡沥青路面常见的典型病害类型是车辙和水损害.为研究我国华南地区长大纵坡沥青路面在高温下的力学性能,以广乐高速为案例,采用有限元方法对广乐高速工可阶段三种典型路面结构进行了压应变和最大剪应力分析,最终得出3层高模量沥青路面结构有利于提高沥青路面的抗车辙和抗剪切能力.同时,针对重载下坡沥青路面,提出采用OGFC作为磨耗层可有效减少坑槽等水损害的发生.     

沥青路面水损害评价方法综述

论述了沥青路面水损害产生的机理;探讨了目前广泛使用的沥青路面水损害评价方法, 即室内试验分析方法和沥青路面超孔隙水压力的理论分析方法;并对高频、高压动水压力新方法来评价沥青路面的水损害的应用前景进行了展望;最后对各种方法进行了总结, 指出今后需要重点解决的问题。     

RLWT与APA试验原理的有限元模拟

近年来,沥青路面的高温抗车辙性能与设计标准的符合性备受关注。多轮车辙仪RLWT和沥青路面分析仪APA是用来检测路面芯样抗车辙性能的重要仪器。通过有限元分析,比较了2种仪器的试验原理。结果表明,RLWT试验方法对试件内部损伤的反应更加敏感;试件承受整体的剪切和弯拉作用;试件表面2 cm以下,RLWT试件的剪应力和剪应变明显大于APA试件,RLWT试验方法更侧重于对试件的剪切性能的评价。因此,对于高温下混合料芯样抗剪切性能的评价,优先选用RLWT试验方法。研究成果对沥青路面施工质量和对于设计的符合性检验具有重要的指导意义。     

不同种类沥青对灌入式半柔性材料的影响

为了明确沥青种类对灌入式半柔性材料路用性能的影响,本文分别使用基质沥青、SBS改性沥青和高粘沥青制备灌入式半柔性材料,进行级配优化,并对其进行试验探究沥青种类对半柔性路面灌注率、高温稳定性、水稳定性和强度的影响效果。结果表明：使用不同沥青制备的母体沥青混合料随着油石比增大,稳定度均呈现先增大后减小的规律,而空隙率则表现为持续减小,相同油石比下使用SBS改性沥青和高粘沥青的混合料稳定度升高,空隙率减小;沥青种类对灌注率影响较小;SBS改性沥青和高粘沥青能提升路面的水稳定性和高温稳定性和强度,提升效果基本相同。     

多碎石沥青混合料路用性能

为了研究多碎石沥青混合料的路用性能，采用不同矿料组配条件下的沥青混合料类型，进行低温抗裂性、高温稳定性、路面渗水和路面抗滑性等项路用性能指标试验。结果表明，不同矿料组配条件下沥青混合料的路用性能变化显著，其中多碎石沥青混合料因其良好的矿料级配组成，使其具有优良的路用性质。     

掺加铁矿尾砂的沥青混合料的路用性能

铁矿尾砂利用于沥青路面工程既环保又经济。通过高温车辙试验、蠕变试验和低温弯曲试验评价了掺铁矿尾砂的沥青混合料的路用性能。结果表明,掺铁矿尾砂能够明显提高沥青混合料的高温和低温性能,对混合料水稳定性影响较小。铁矿尾砂可以在沥青路面工程中大规模推广应用。     

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.