沥青混合料动态模量试验研究

与静态模量相比,动态模量由于更接近于路面的实际工作状态而备受关注。本文通过对高速公路沥青上、中、下三个面层常用AC-13、AC-20、AC-25三种级配的沥青混合料动态模量的试验研究,分析了影响沥青混合料动态模量的相关因素以及动态模量和静态模量的关系。     

泡沫沥青及其温拌混合料高温性能分析

为研究泡沫沥青及其温拌混合料高温性能,采用动态剪切试验(DSR)分析沥青样品发泡前后在原样及短期老化(RTFOT)条件下的高温性能及沥青在经历发泡过程后的性能变化;通过动稳定度和动态模量试验评价泡沫沥青温拌混合料及热拌沥青混合料的高温性能,基于动态模量试验数据拟合得到沥青混合料动态模量主曲线及位移因子,并与热拌沥青混合料的高温性能进行对比。结果表明:采用动态剪切试验(DSR)得到沥青抗车辙因子结果与其混合料高温性能有良好的相关性;基于动态模量主曲线方法可以更全面的评价沥青混合料的高温性能。     

多孔沥青混合料旋转压实特性与动态模量

针对目前中国关于多孔沥青混合料(porous asphalt concrete,PAC)动态模量缺少研究压实特性对其影响这一问题,采用旋转压实方法(superpave gyratory compactor,SGC)通过室内成型PAC-13(1)、PAC-13(2)和PAC-13(3)3种不同级配、设计空隙率的旋转压实试件,对PAC旋转压实均匀性进行分析,确定依据时间-温度等效原理运用最小二乘法拟合3种级配的多孔沥青混合料主曲线,计算得出位移因子以及模型参数.结果表明:松铺高度较高的试件对应空隙率较大,目标压实度可以通过控制旋转压实次数来达到;提出空隙分布均匀系数,其越趋近于0代表混合料空隙分布越均匀,可用于指导室内旋转压实成型试验;多孔沥青混合料动态模量的大小受到成型试件空隙率、加载频率及环境温度三者耦合作用的影响;多孔沥青混合料与Sigmoidal模型拟合度较好,提出任意空隙率在不同温度、频率下的动态模量计算公式,可为后续有限元结构设计提供材料参数.     

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。     

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。     

沥青混合料动态模量梯形梁与SPT试验比较研究

选用70号基质沥青和SBS改性沥青2种沥青材料、4.75 mm筛孔通过率分别为35%和55%的2种级配组合成4种沥青混合料,分别进行梯形梁和简单性能试验机(SPT)动态模量试验研究。基于时温等效原理,用非线性最小二乘法绘制参考温度为20℃的动态模量和相位角主曲线。研究结果表明:梯形梁和SPT试验得到的动态模量与相位角的主曲线变化趋势一致,但有明显区别;梯形梁试验的主曲线频域更窄,动态模量更小,相位角更大,且所得动态模量和相位角对频率(温度)的变化更敏感;频率(温度)也会对2种试验方法下动态模量和相位角的差异程度产生影响;SBS改性剂可以改善沥青混合料的动态力学性能及其路用性能;使用回归方程对2种试验方法行的动态模量进行转换拟合的相关性良好;加载模式对动态模量的影响显著,应当根据路面结构层的受力状况选择合适的动态模量试验方法。     

RAP粒径对水泥稳定再生混合料的性能影响研究

为了研究旧沥青混凝土对水泥稳定再生混合料的性能影响,拟定了4种粒径范围的RAP替代相同粒径范围的RBP集料,对比采用骨架密实级配和悬浮密实级配的再生混合料,通过室内力学试验进行分析,并利用电子显微镜对RAP替代不同粒径RBP的混合料界面进行观察.试验结果表明:采用骨架密实和悬浮密实级配的混合料,当RAP替代粒径大于4.75mm,随着RAP替代粒径的增大,再生混合料的强度、模量均有明显降低,干燥收缩系数逐渐增大.粒径范围为2.36~4.75mm的RAP集料替代相同粒径范围的RBP集料,采用骨架密实级配的水泥稳定再生混合料,强度和模量降低幅度较小,同时干燥收缩系数有明显提高,RAP粒径越小,RAP与RBP界面融合程度越高.     

EME2高模量沥青混合料性能对比试验研究

目的对EME2沥青混合料的级配设计、性能指标进行对比试验,并提出EME2沥青混合料设计推荐指标及技术要求.方法针对不同沥青混合料设计方法的差异,采用不同沥青混合料设计方法进行筛分试验及级配设计,并对体积指标、水稳定性、高温稳定性、模量性能、疲劳性能、低温性能进行了对比试验.结果对于连续级配中国沥青混合料筛分方法可以代替法国的筛分方法;不同沥青混合料级配设计方法的体积指标有较大的关联性.EME2沥青混合料的水损坏性能可以用冻融劈裂和AASHTOT283试验代替法国多列士试验进行评价;高温抗车辙性能可以采用中国车辙试验(70℃,轮压1.0 MPa)以及汉堡试验进行评价;力学性能可以采用动态模量(温度15℃,频率10 Hz)进行控制以及采用4点弯曲疲劳试验代替法国的两点弯曲试验进行疲劳性能评价;低温性能则可以采用低温弯曲小梁试验进行低温评价.结论EME2沥青混合料具有良好的水稳定性、抗高温抗车辙性能、较高的模量的力学性能、抗疲劳性能,同时满足其低温指标的要求,表明EME2沥青混合料是一种可值得推荐和推广的沥青混合料.     

3种AC-20沥青混合料的动态模量及其主曲线拟合与分析

为了探索沥青路面常用的AC-20沥青混合料的动态模量规律,采用相同料源的粗集料、细集料和矿粉配制了AC-20级配矿质混合料。以马歇尔试验方法确定的最佳油石比,配制了湖沥青改性沥青、SBS改性沥青以及70#基质沥青等3种沥青混合料。采用基本性能试验仪的沥青混合料单轴压缩动态模量试验方法进行了动态模量试验,并在此基础上运用时间-温度等效原理,采用NCHRP09-29提供的Mastersolver Version 2.2对阿伦尼乌斯方程中的参数进行拟合,建立了参考温度为20℃的3种沥青混合料动态模量主曲线。研究结果表明,湖沥青改性沥青AC-20和SBS改性沥青AC-20的动态模量主曲线始终位于基质沥青AC-20上方,说明沥青改性剂对混合料性能改善作用显著;湖沥青改性沥青AC-20和SBS改性沥青AC-20的动态模量主曲线存在逼近、交叉现象,说明不同改性沥青混合料性能表现出不同的适用范围。     

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。     

最大理论密度线邻近级配沥青混合料的VMA变化分析

为研究沥青混合料的级配曲线改变后矿料间隙率(VMA)的变化规律,以Superpave最大理论密度线级配为基准级配,在此基础上设计了三种级配曲线变化方式,并应用Hudson法分析了各变化级配矿料间隙率的变化规律.三种级配曲线变化形式分别为平行变化级配、绕起点旋转级配和绕最大理论密度线上4.75 mm粒径通过率点旋转级配.分析发现最大理论密度线级配曲线按不同方式改变后,其矿料间隙率的变化有不同的特点.     

泡沫沥青用量和矿料级配对混合料拌和用水量影响

为了研究泡沫沥青用量和矿料级配对泡沫沥青混合料所需合理拌和用水量的影响,设计了3种矿料级配组成OA1、OA2和OA3,通过变化4种沥青用量2％、3％、4％、5％（相对于矿料干重的百分比）,5种拌和用水量,即混合料最佳击实含水率（OMC）的60％、70％、80％、90％、100％,将各组合下制备成的泡沫沥青混合料成型试件,测定其间接拉伸强度和干密度．结果表明：不同的矿料级配、泡沫沥青用量和拌和用水量条件下制备的泡沫沥青混合料具有不同的间接拉伸强度和干密度．不同的矿料级配和不同的混合料拌和用水量存在最佳泡沫沥青用量3％．综合推荐出泡沫沥青混合料OA1、OA2和OA3适宜的拌和用水量范围分别为65％～80％OMC、70％～85％OMC和75％～85％OMC．通过试验路的铺筑观测发现,使用状况良好,验证了此研究结果是合理的．     

矿料级配对沥青混合料低温性能的影响

为了研究级配对沥青混合料低温性能的影响，探讨沥青混合料低温性能评价方法，借鉴SHRP和贝雷法级配初拟几种级配，对其低温性能进行了试验研究和比较，并推荐了低温性能好的级配。在分析沥青路面低温开裂机理和分析试验结果的基础上，提出了沥青混合料低温性能的合理评价方法，认为沥青混合料低温收缩性和低温柔性是反映沥青路面低温抗裂性能的2个方面，小的收缩性和高的低温柔性使沥青混合料具有较高的抗低温开裂的潜能；应综合收缩系数和低温破坏应变2个指标评价沥青混合料低温性能。     

沥青玛蹄脂碎石混合料的系统设计和施工工艺

分析了沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）设计的关键因素：最大公称粒径、集料级配、沥青结合料以及一些重要的体积参数．同时研究了集料级配、沥青用量两因素变化对SMA混合料高温稳定性的影响．最后对SMA生产和施工关键工艺进行分析和探讨．     

路用改性沥青AC-13混合料的级配优化

采用正交试验设计方法,对特立尼达湖沥青(TLA)的改性沥青AC-13混合料的配合比进行了马歇尔试验研究,采用极差分析方法分析了每个因素水平对混合料的物理-力学性能的影响,提出了优化的TLA改性沥青AC-13混合料级配范围。研究结果表明:影响TLA改性沥青AC-13混合料的毛体积密度、空隙率和沥青饱和度的主要因素是油石质量比;而影响TLA改性沥青AC-13混合料的矿料间隙率、稳定度、流值的主要因素是2.36 mm通过率;采用优化级配的TLA改性沥青AC-13混合料具有优良的高温稳定性、水稳定性、抗渗性和抗滑性,可应用于中国高速公路沥青路面工程中。     

考虑级配影响的粗粒料压缩破碎特性试验

采用分形维数和级配宽度作为级配的量化指标,通过粗粒料的侧限压缩试验,研究级配对密实粗粒料的堆积、变形以及破碎特性的影响规律。试验结果表明,粗粒料的最大干密度和低应力下的压缩模量均随着分形维数的增大先增大后减小,在分形维数为2.2附近存在极大值;同时,两者均随着级配宽度增大而增大。粗粒料的破碎强度可通过双对数坐标下的拐点表征,破碎强度随着分形维数与级配宽度的增大而增大;破碎强度越高,颗粒破碎率越小;不同级配的粗粒料充分破碎后的最终级配都收敛于唯一的分形分布。     

沥青混合料级配集料的分形特性

基于分形理论,对沥青混合料级配集料的分形特性进行了研究,探讨了集料颗粒、集料粒径分布、集料质量级配以及集料体积的分维等.研究结果表明:分维值可以用来定量地描述沥青混合料中集料的复杂外观结构,在双对数坐标下集料颗粒周长与面积呈现线性关系,相同集料(同料源)不同级配的集料颗粒具有近似相同的分维,相同集料不同截面具有相同的分维,不同集料(不同料源)表现出不同的分维;分维值也可以用来定量地描述沥青混合料中集料粒径分布、集料质量分布、集料体积分布以及集料的空隙率等,集料质量级配分维值越大,其级配就越粗.     

基于料堆试验的沥青混合料离析影响因素分析

为了分析沥青混合料的离析特性,首先提出一个利用各矿料组分在空间分布上的变异系数组合而成的离析指标,然后通过料堆试验分别对AC型和SMA型沥青混合料的5种不同级配进行试验,既验证了此指标的可靠性,同时也获得了骨料级配、沥青用量以及温度等因素对这2种沥青混合料离析程度的影响.试验结果表明:SMA相对于AC型沥青混合料有较强的抗离析性能;对于同一种混合料,温度的影响作用非常小,而沥青用量的影响则远远大于温度的影响,并与离析指标近似成线性关系.     

基于矿料间隙率的SMA混合料设计新法

根据沥青马蹄脂碎石混合料(SMA)中集料、沥青、空隙率与矿料间隙率(VMA)之间的体积关系,推导了VMA与沥青用量之间的关系;论证了VMA对SMA混合料级配的影响;讨论了VMA与级配之间的关系.由此得出了基于VMA的SMA混合料设计新方法:首先根据技术要求确定VMA的大小,从而得出最佳沥青用量,并可缩小SMA的级配范围,最后在此范围内,采用确定的最佳沥青用量试配3个级配,空隙率最接近目标空隙率的级配即为最佳级配.通过具体混合料设计实例,证明SMA混合料设计新法比常规方法简便、快速、准确、可靠.     

粗集料间隙率最小值的测定方法及其应用

为了克服干捣实法测定粗集料矿料间隙率的种种不足，提出了粗集料矿料间隙率最小值的概念与测定方法；据此定义了沥青混合料级配干涉系数；并提出了新的粗集料骨架嵌挤标准；在此基础上对设计沥青混合料的主骨架空隙填充法进行了改进；还分析了级配干涉系数与混合料高温抗车辙性能、疲劳性能的关系。研究认为依据粗集料矿料间隙率最小值而提出的粗集料骨架嵌挤的新标准能够更加准确地判定沥青混合料中粗集料的骨架嵌挤程度；改进的主骨架空隙填充法设计出的密断级配沥青混合料的各项性能完全满足规范要求；沥青混合料级配干涉系数与混合料的高温和疲劳性能之间具有良好的相关性。