室内外老化沥青混合料动态模量评价

为对室内外老化条件下沥青混合料的动态模量特征进行比较和评价,按照北京市五环路上、中、下3个面层的结构与材料类型,在室内成型SMA-16,AC-25,AC-30沥青混合料试件,分别进行不同老化程度下的间接拉伸疲劳试验,根据时-温等效原理建立不同老化程度沥青混合料的动态模量主曲线,并与室外自然老化13a的沥青路面芯样进行对比,研究室内外老化的关系.结果表明:老化效应对沥青混合料动态模量的影响随试验温度升高而逐渐增强;沥青混合料动态模量对老化效应的敏感程度依次为:AC-25AC-30SMA-16;间接拉伸试验条件下3种沥青混合料室内外老化的动态模量主曲线差异不大,可以通过室内老化试验对室外路面沥青混合料的动态模量进行评价.     

考虑拉压模量不同的沥青路面力学计算方法与分析

现行沥青路面设计理论为传统的线弹性理论,设计时采用抗压回弹模量作为材料刚度参数,并未充分考虑道路材料拉压模量具有显著差异的特点。为此,文章将双模量理论(即拉压模量不同弹性理论)引入到路面力学分析中,基于迭代思想建立考虑材料拉压模量不同的沥青路面结构数值计算方法,且利用ABAQUS二次开发平台UMAT编制计算子程序,对典型沥青路面结构进行力学分析。结果表明：路面关键点位的力学响应,基于双模量理论与传统线弹性理论的计算结果之间的偏差高达30%～50%,应引起高度重视;沥青路面表面存在着较大的拉应力和拉应变,应为沥青路面破坏源之一,建议将沥青面层的设计点位从层底移至路表轮隙区;应用双模量理论对路面结构进行力学分析可有效地解决道路材料弹性模量的不唯一性问题。     

沥青混合料铺装层现场模量探究-以钢桥面铺装为例

沥青混合料铺装层在荷载作用下的力学响应为铺装体系的设计提供必要的指导,在铺装层力学响应的计算中,各层模量是一个重要的输入参数。过往研究中,研究人员主要通过室内试验的方法确定铺装层混合料的模量值,但忽略了混合料的室内试验模量值与其现场模量值可能存在的偏差。针对以上问题,文章以一处钢桥面铺装工程为例,介绍一种确定沥青混合料铺装层现场模量主曲线的方法：基于不同加载工况下铺装层底部的应变实测数据,利用有限元模型对铺装层混合料的现场模量进行反算,拟合得到相应的混合料现场模量主曲线并验证其适用性。此外,将反算得到的混合料现场模量与其室内试验模量进行对比,分析两类模量之间的差异性。研究结果表明,反算得到的铺装层混合料的现场模量在不同加载工况下变化显著,其数值随加载温度的增加而减小,随加载频率的增加而增大,表现出黏弹性的特征;利用不同加载工况下的混合料现场模量值可以较好地拟合得到混合料的现场模量主曲线,且该模量主曲线经过验证后证明有效。对比铺装层混合料的单轴压缩试验模量与现场模量发现：混合料的室内模量值与现场模量值在不同加载工况下并不完全匹配,其现场模量值普遍要小于对应的室内压缩模量值;两类模量对应的模量主曲线之间也有较大偏差,在加载频率较高或较低时,主曲线间的偏差更为显著;可采用幂函数对两类混合料的室内模量进行修正,使修正后的室内模量能够反映铺装层混合料的现场模量特征。     

柔性基层沥青路面结构黏弹性力学响应分析

沥青混合料是典型的黏弹性材料,只有对沥青路面结构进行黏弹性分析,才能得到其实际的力学响应。对一柔性基层沥青路面的各层沥青混合料进行了不同温度、不同频率下的复数模量试验,并利用黏弹性理论关系式,将沥青混合料复数模量试验结果转化为其蠕变柔量的Prony系列表达式,并进而求解在静载和加载、卸载两种荷载模式下路面结构路表弯沉、基层底面拉应变和土基顶面压应变的黏弹性力学响应。研究结果表明,由于沥青混合料的蠕变和松弛特性,各种响应尤其是基层底面的拉应变随时间呈现出较为复杂的变化趋势。随加载或卸载时间的延长,各响应逐渐趋于稳定。本研究也表明进行黏弹性分析可以更科学地描述沥青路面结构的行为特性及破坏原理。     

受力模式对沥青混合料动态模量的影响

采用不同受力模式对3种沥青混合料进行动态模量试验,分析了受力模式、围压、应变水平等因素对沥青混合料动态模量主曲线的影响,通过Fillers-Moonan-Tschoegl模型和改进Sigmoidal模型建立了沥青混合料移位因子-围压和动态模量围压之间的函数关系式.结果表明:二次拟合可以消除沥青混合料动态模量主曲线上动态模量极值对移位因子计算模式的依赖;在相同换算频率时,沥青混合料单轴压缩、间接拉伸和四点弯曲动态模量有差别,在低温高频段更明显,但三者之间存在较好的线性关系;在高温低频段,围压对沥青混合料三轴压缩动态模量的影响较显著;沥青混合料四点弯曲动态模量对应变水平变化较为敏感.     

不同拉压模量对沥青路面力学计算的影响分析

沥青的混合料以及水泥混凝土实际上在拉应力和压拉应力大小相同的情况下拉应变与压应变不相同,拉、压模量存在一定的差异,需要从拉、压模量差异对路面力学计算的影响作分析.文章提出通过用有限元软件计算各面层拉、压模量变化,拉、压模量比对沥青路面结构层底拉应变、面层内部剪应力、基层层底拉应力和土基顶压应变等进行分析的方法.结论:采用不同拉、压模量对于沥青路面力学计算有一定的影响,解决了沥青路面力学计算设计参数不合理的问题.     

温拌改性泡沫沥青再生混合料性能研究

以AH70作为基质沥青,选取Hon7686作为温拌改性剂,制备AC-13温拌改性泡沫沥青再生混合料,通过室内沥青发泡试验、劈裂强度试验、动态模量试验和间接拉伸试验分析掺加30%铣刨料的温拌改性泡沫沥青再生混合料路用性能和力学性能,并推导应力疲劳寿命方程和动态模量主曲线方程。研究结果表明,Hon7686温拌改性沥青发泡温度为160℃、发泡用水量为2.5%;随着Hon7686温拌改性剂掺量增加,改性泡沫沥青针入度变小,软化点明显提升,延度明显下降,60℃黏度明显增大,150℃高温黏度略有增加;温拌改性泡沫沥青再生混合料具有良好的路用性能,且随着Hon7686温拌改性剂掺量增加,其高温稳定性、水稳定性及低温性能逐渐增强,但劈裂强度呈下降趋势;建立了AC-13温拌改性泡沫沥青再生混合料应力疲劳方程和动态模量主曲线方程,为温拌改性泡沫沥青再生混合料路面疲劳寿命预估提供参考。     

离析对就地热再生沥青路面的长期性能影响

为分析离析状态下路面结构力学响应,结合江西南昌-九江就地热再生工程,利用美国AI法计算沥青路面上面层不同离析状态下的模量,建立ANSYS分析模型计算得到路面结构层底拉应变规律,并通过室内疲劳试验验证离析对混合料长期性能的影响。力学分析表明:再生层离析会增大上面层层底压应变,且夏季影响最为明显,对其他层位层底拉应变影响较小;疲劳试验结果表明:离析会大幅度降低再生混合料疲劳性能,与均匀混合料相比,轻度离析混合料疲劳性能下降45%。     

两种均布荷载作用下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析

针对沥青混凝土路面结构的弹性层状体系理论计算方法和简化二维有限元计算方法,采用BISAR程序和ABAQUS有限元程序,分别计算了双圆垂直均布荷载作用下沥青混凝土路面结构的力学响应和条形均布荷载作用下沥青混凝土路面结构的力学响应,对比了由两种不同方法计算的层底拉应力、层底拉应变和路基顶面压应变的异同。研究结果表明,沥青混凝土路面结构的简化二维有限元计算方法不能等同于弹性层状体系理论计算方法。     

两类温拌沥青混合料黏弹性动态响应特性研究

采用UTM-100材料试验机分别对S-WAM和E-DAT温拌沥青混合料在不同温度和荷载作用频率下的动态模量、相位角进行测试,并与原样沥青混合料进行了对比研究。分析了温度和荷载频率对动态模量和相位角的影响,并根据时间-温度等效原理,确定了3种沥青混合料的动态模量主曲线,初步分析了3种沥青混合料的黏弹性动态响应特性,为温拌沥青路面结构设计提供了动态模量计算参数。     

Bridging the gap between laboratory and field moduli of asphalt layer for pavement design and assessment: A comprehensive loading frequency-based approach

Asphalt pavement is a key component of highway infrastructures in China and worldwide. In asphalt pavement design and condition assessment, the modulus of the asphalt mixture layer is a crucial parameter. However, this parameter varies between the laboratory and field loading modes (i.e., loading frequency, compressive or tensile loading pattern), due to the viscoelastic property and composite structure of the asphalt mixture. The present study proposes a comprehensive frequency-based approach to correlate the asphalt layer moduli obtained under two field and three laboratory loading modes. The field modes are vehicular and falling weight deflectometer (FWD) loading modes, and the laboratory ones are uniaxial compressive (UC), indirect tensile (IDT), and four-point bending (4PB) loading modes. The loading frequency is used as an intermediary parameter for correlating the asphalt layer moduli under different loading modes. The observations made at two field large-scale experimental pavements facilitate the correlation analysis. It is found that the moduli obtained via laboratory 4PB tests are pretty close to those of vehicular loading schemes, in contrast to those derived in UC, IDT, and FWD modes, which need to be adjusted. The corresponding adjustment factors are experimentally assessed. The applications of those adjustment factors are expected to ensure that the moduli measured under different loading modes are appropriately used in asphalt mixture pavement design and assessment.     

Effect of carbon black on the dynamic moduli of asphalt mixtures and its master curves

Modulus is one of the main parameters during the design of asphalt pavement structure, the newest specifications of China gives the dynamic moduli ranges of commonly used asphalt mixtures with base asphalt (BA) or styrene-butadiene-styrene modified asphalt (SBS MA), while the moduli ranges of mixtures with carbon black modified asphalt (CB MA) are not recommended. To investigate the CB effect on the dynamic moduli of CB MA mixtures, one commonly used asphalt mixture (AC-20) was designed with BA, SBS MA, and CB MA, respectively. Then, the uniaxial compression dynamic modulus tests were conducted at different temperatures and loading frequencies, the master curves of asphalt mixtures were analyzed based on the time-temperature equivalence principle. The results show that with increasing loading frequency, the temperature dependence of dynamic moduli of all asphalt mixtures tend to be less obvious. Both SBS and CB can decrease the temperature sensitivity of asphalt mixture, the SBS MA mixture has the lowest temperature sensitivity, followed by CB MA and BA mixture. In addition, CB and SBS can obviously improve the dynamic modulus of the BA mixture, enhance the anti-deformation performance of pavement structure, and the improvement effect of CB is almost the same with SBS.     

围压对横观各向同性砂岩弹性参数的影响

通过层理面角度为0°、45°和90°的长方体砂岩试样的单轴和三轴试验,直接测量了不同围压下砂岩的5个独立的横观各向同性弹性参数:弹性模量E,E′;泊松比ν,ν′;剪切模量G′。测得了前人难以测量的不同围压下的ν和G′值,得到了横观各向同性弹性参数与围压之间的函数关系,并揭示了弹性参数随围压变化的力学机制。试验结果表明,随着围压增大,弹性模量增大,泊松比减小,剪切模量增大。当围压超过30 MPa时,2个垂直方向的弹性模量、泊松比和剪切模量分别趋于相同值,表现为各向同性。由此可以推断:该砂岩的横观各向同性由内部微裂纹在平行于和垂直于层理面方向分布不均引起,围压升高造成裂纹闭合,最终导致各向异性消失。岩石的裂纹闭合效应可以用裂纹密度来定量评价与描述。     

沥青路面反算模量与沥青混合料动态模量的关系

为获取沥青路面结构层沥青材料模量参数,合理评价沥青路面结构性能,开展沥青路面反算模量与同温度下室内沥青混合料动态模量的关系研究。采用落锤式弯沉仪（FWD）对4个不同结构的沥青路面试验路进行测试,并通过路面结构埋设的温度传感器同步采集温度,对试验结果进行沥青层模量反算;采用沥青混合料性能试验机（AMPT）对试验路沥青材料进行动态模量试验,根据时温等效原理获取FWD测试的同温度下的沥青混合料模量值,结合沥青路面结构层厚度计算沥青混合料动态模量的当量模量;对沥青层同一温度下的FWD反算模量与动态模量的当量模量进行分析比较,建立回归模型。结果表明,不同路面结构的FWD反算模量与室内动态模量的关系基本一致,其变化趋势不依赖于沥青层厚度的变化;沥青路面FWD的反算模量和室内AMPT的模量呈非线性关系,当模量较小时,FWD反算模量要低于室内模量,随着模量的增加,在10000MPa附近时,二者的模量值是接近的,模量值再继续增大时,FWD反算模量的增加较快,明显大于室内动态模量,室内动态模量的增长趋于平缓。     

关于半柔性复合路面结构设计的探讨

半柔性路面是一种在开级配沥青混合料中填充水泥胶浆而形成的兼具沥青路面与水泥混凝土路面特点的复合路面。本文通过对半柔性复合路面破坏状态调查,提出了相应的设计标准,结合半柔性复合路面材料的抗压模量、劈裂强度、应力应变关系曲线及其结构的荷载响应特点,提出了该路面结构的设计理论及设计方法。     

半柔性复合路面结构设计理论和设计方法

半柔性路面是一种在开级配沥青混合料中填充水泥胶浆而形成的兼具沥青路面与水泥混凝土路面特点的复合路面。通过对半柔性复合路面破坏状态调查,提出了相应的设计标准。结合半柔性复合路面材料的抗压模量、劈裂强度、应力应变关系曲线及其结构的荷载响应特点,提出了该路面结构的设计理论及设计方法。     

胶粉/SBS复合改性高模量沥青混合料性能研究

胶粉/SBS复合改性综合了橡胶沥青和SBS改性沥青的优势,能显著改善混合料的高低温性能。采用残留稳定试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验、车辙试验、四点弯曲疲劳试验和动态模量试验,分析胶粉/SBS复合改性高模量沥青混合料的路用性能及动态力学特性,并与硬质20#高模量沥青混合料及SBS改性沥青混合料进行对比。结果表明,胶粉/SBS复合改性高模量沥青混合料的水稳定性、高低温性能、抗疲劳性能及动态模量值更优,且各项指标满足高模量沥青混合料要求。