沥青混合料吸声性能

采用双传声器传递函数法测试骨架密实型橡胶沥青混合料(SDARC-13)、沥青混凝土混合料(AC-13)、玛蹄脂碎石沥青混合料(SMA-13)与开级配抗滑磨耗沥青混合料(OGFC-13)的吸声系数,研究了各沥青混合料级配类型、空隙率、厚度和噪声频率对其吸声性能的影响.结果表明:OGFC-13沥青混合料空隙率大,吸声系数的峰值最大,厚度为6cm的OGFC-13沥青混合料的吸声系数峰值可达0.83,表现出良好的吸声性能;掺入橡胶粉能够提高沥青混合料的吸声性能,SDARC-13沥青混合料的吸声系数峰值高于AC-13和SMA-13沥青混合料;增加沥青混合料厚度会使其吸声系数峰值对应的频率向低频方向移动,说明沥青混合料厚度的增加有利于沥青混合料对低频率噪声的吸收.     

双层多孔沥青路面在城市特长隧道中的应用

为解决城市特长隧道通行空间噪声水平高、驾乘人员通行体验差及多孔沥青混合料路面易堵塞的问题,提出采用双层多孔沥青路面结构,优化了小粒径多孔沥青混合料的级配,同时研究了多孔沥青混合料的路用性能、吸声降噪性能及抗阻塞性能,并铺设了试验路验证其效果。结果表明,在常规筛网基础上增加6.7 mm筛网可有效控制小粒径多孔沥青混合料级配分布,便于形成良好的骨架;同时综合考虑路用性能与降噪性能,确定了沥青混合料空隙率为18%;此外,双层多孔沥青路面在防堵塞方面明显优于单层多孔沥青路面,试验路降噪效果明显,验证了该路面结构的有效性及相关设计参数选择的合理性,可为同类工程的修建提供借鉴与参考。     

沥青混合料声学性能试验研究

研究了几种沥青混合料的声学性能,在理论分析的基础上,采用驻波管法、路边法对沥青混合料进行了噪声声学性能评价和对比,分析了吸声系数、降噪系数与空隙率、最大公称粒径和构造深度的关系,通过噪声水平和1/3频程的噪声频谱分析,研究了排水沥青混合料降噪的内在规律。研究结果表明,与密级配相比,多孔的排水沥青混合料路面降噪系数增大1倍,等效连续噪声水平Leq约降低3.4～6.7dB（A）。     

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000] Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果;弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。     

基于GEP算法的沥青混合料动模量预测

采用基因表达式编程算法对沥青混合料动模量进行预测.以沥青混合料空隙率(Va)、有效沥青含量(wbeff)、沥青黏度(η)、荷载频率(f)、集料筛余质量分数(ρ34,ρ38,ρ4)以及集料在0.075mm筛孔上的通过率(ρ200)为主要参数,建立了基于基因表达式编程算法的沥青混合料动模量预测模型.结果表明:由预测模型得到的动模量预测值与实测值之间具有较高的相关性;将预测模型与Witczak 1999模型、韩国动模量预测模型和人工神经网络模型等方法进行比较后发现,采用基因表达式编程算法来预测沥青混合料动模量具有简单可靠的优点.     

沥青混合料动态弹性模量场模型的建立与应用

为获得能表征不同工况下沥青混合料力学性能的本构方程,采用沥青混合料标准马歇尔试件的单轴压缩试验数据,获得以加载速率和应力状态为自变量的动态弹性模量场模型.基于ABAQUS/VUMAT编写了材料本构的用户子程序,依据试验数据分析了模型的可靠性.分别采用沥青混合料劈裂试验中压头的竖向位移数据和沥青混合料小梁弯拉试验中的弯拉强度数据验证动态弹性模量场模型在不同工况下的通用性.结果表明:采用动态弹性模量场模型的计算结果与不同加载速率下沥青混合料的单轴压缩、劈裂和小梁弯曲等工况下的试验数据吻合较好.动态弹性模量场模型能描述沥青混合料材料参数与受力状态和加载历史的依赖性,可为复杂受力状态下沥青混合料结构的力学分析提供一种方法.     

沥青混合料模量预测模型

本文研究基于沥青混合料粘弹性特性,根据实验结果对现有沥青混合料的预测模型的有效性。尤其采用了Di Benedetto等人的模型与现在美国新路面设计指南中采用的Witczak模型以及Hirsch模型等进行了对比分析。Di Benedetto模型与其他模型的不同之处是对沥青及混合料同样考虑了流变模型。本研究采用的沥青混合料动态模量以及沥青混合料的试验测试数据均来源于联邦公路管理局加速荷载设备（FHWA-ALF）测试结果以及明尼苏达州公路研究项目。预测中采用旋转薄膜烘箱法（RTFO）及压力老化容器法（PAV）的老化沥青测试数据,并根据现有的经验转化公式将沥青模量转化为粘度。研究结果表明在满足一定条件下采用三种模型均能用于预测沥青混合料的模量。预测模型中应老化沥青的条件应符合沥青混合料的设计要求,为减少预测模型的误差应根据实际情况对各参数进行调整。理论上,采用基于粘弹性液态模型Hirsch模型能更便于进一步的调整,如引入混合料的蠕变行为等。对比结果表明,采用Di Benedetto模型能获得更为精确的预测结果,但是在低温及高温条件下如不引入混合料的相关参数将导致更大的误差。     

基于分形理论的建筑保温材料导热系数估计模型构建

建筑保温材料微尺度空间结构所呈现的不规律性,导致其导热系数估计精度下降。为解决该问题,以纳米颗粒多孔介质为例,构建基于分形理论的建筑保温材料导热系数估计模型。根据纳米颗粒多孔介质的微尺度空间结构及相关参数获取分形直径以及分形维数。以材料分形特征为基础,计算纳米颗粒多孔介质孔隙率与热阻,构建导热系数估计模型,估计其有效导热系数。实验结果表明,该模型的导热系数估计结果与实际测量结果具有高度一致性,最大误差仅为3.24%;热辐射等效导热系数对材料导热性能影响较小,热传导导热系数对材料导热性能影响较大。     

路面降噪沥青混合料的技术研究

通过配制高黏度改性沥青,研究大空隙率沥青混合料的配合比,制备了降噪沥青混合料.经过试验研究,降噪沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能都能达到技术要求;采用驻波管法测试了降噪沥青混合料的吸声性能,结果表明,降噪沥青混合料的吸声性能良好;降噪沥青路面具有良好的降噪效果;采用降噪沥青混合料表层的路面结构能够满足强度要求.     

沥青混合料压实度振动加速度温度关系模型

将抚吉高速公路作为试验路段,基于质量-弹簧-阻尼耦合模型,构建了振动压路机振动轮-被压材料系统动力学模型,开发了沥青混合料振动压实实时分析检测系统.以现场实测沥青混合料摊铺碾压过程的温度分布为基础,构建了AC-20、AC-25、ATB-25沥青混合料的压实度-振动加速度-温度关系模型.结果 表明:振动压路机振动轮垂直加速度与被压沥青材料刚度成正比,与其阻尼成反比;沥青混合料压实度与振动加速度有效值呈线性关系;AC-25沥青混合料压实度-振动加速度-温度关系模型的相关性系数R2为0.99,压实度计算值与实测值的差值介于-3.0％～1.4％.     

集料分布特征对混合料疲劳性能的影响分析

根据建立的集料三维体积级配与二维数量级配关系式,编制了沥青混合料二维数字试件生成程序;结合离散元基本原理,建立了包括沥青混合料离散元模型、离散单元接触模式选择和疲劳失效判断标准在内的一整套沥青混合料虚拟疲劳试验方法;通过沥青混合料小梁虚拟疲劳试验,分析了集料分布特征对混合料疲劳性能的影响.结果表明:沥青混合料虚拟疲劳试验能真实模拟其疲劳过程,虚拟试验结果与真实试验结果相差无几,所建立的虚拟疲劳试验方法可以作为沥青混合料疲劳性能分析的辅助手段;集料分布均匀性对混合料疲劳寿命影响较大,混合料内粗集料分布较为密集的区域是最易疲劳损坏之处.     

排水沥青路面渗透性与连通空隙率的关系研究

通过室内试验实测了不同空隙率的TPS改性沥青混合料其连通空隙率和横向渗透系数,研究结果表明,沥青混合料的渗水系数和空隙率有较好的相关性,随着空隙率的增大而增大;采用指数函数可以很好地反映横向渗透系数与连通空隙率的关系,可根据回归公式选用不同连通空隙率标准得到相应的横向渗透系数值,从而对排水材料的排水性能进行设计。     

Laboratory investigation of basic oxygen furnace slag for substitution of aggregate in porous asphalt mixture

The purpose of this study is to investigate the mixture performance and the sound absorption characteristic of porous asphalt mixture with different percentages of basic oxygen furnace (BOF) slag. Mixtures made with 0%, 25%, 50%, 75% and 100% BOF slag by volume as a coarse aggregate substitution were considered. The packing grading mixture design method (PGMDM) was applied in the design of porous asphalt. The test results show that BOF slag has high specific gravity, high absorption, high angularity, low L.A. abrasion, and low soundness compared with crushed stone (CS). The mixtures with BOF slag enhance skid resistance, moisture susceptibility, rutting resistance and sound absorption. Scanning electron microscope (SEM) used for micrograph demonstration shows that the rough surface pores and surface texture of BOF slag have a strong bond characteristic and an excellent interfacial zone for asphalt binder. The Duncan’s multiple range test results indicate that the BOF slag substitution percentage is significantly different in terms of mixture performance. The CS completely replaced by the BOF slag for porous asphalt mixture is recommended to obtain the optimum performance.     

沥青混合料永久变形过程中粗集料空间运动分析

编写了三维不规则多面体粗集料的随机生成程序,重构了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料车辙试件的三维离散元模型.通过对三维离散元模型进行数字切割获取了沥青混合料车辙试件的二维离散元模型,对沥青混合料车辙试件二维离散元模型中微观组成结构之间的接触赋予了相应的微观接触模型及模型参数.进行了沥青混合料车辙试验的二维离散元模拟,分析了沥青混合料永久变形过程中粗集料的平动和转动.结果表明:二维离散元模型能够较为精确地描述粗集料在沥青混合料永久变形过程中的空间运动情况,从而为今后沥青混合料车辙形成机理的探讨提供新的研究方式.     

考虑对流传热的多孔沥青路面降温性能

对流传热通过热体内流体的流动能够快速、有效的在高温和低温之间传递热量。结合多孔沥青路面的特征,通过对多孔沥青混合料特征尺寸、等效颗粒直径等参数的推导计算,得到不同空隙率沥青路面在不同路表温度下的路面对流系数。在有限元软件ANSYS中建立热分析模型,计算分析多孔沥青路面在热传导和热对流两种传热方式共同作用下的传热效果,结果表明沥青路面的降温效果与其空隙率大小呈正线性关系,多孔沥青路面在高温季节的降温效果优于密级配沥青路面。根据长期室内外实测数据,通过统计软件SPSS的可靠性分析,本文计算结果和实测结果相似系数高达0.98。     

Induction heating of electrically conductive porous asphalt concrete

In this research, an electrically conductive porous asphalt concrete, used for induction heating, was prepared by adding electrically conductive filler (steel fibers and steel wool) to the mixture. The main purpose of this paper is to examine the electrical conductivity and the indirect tensile strength of this conductive porous asphalt concrete and prove that it can be heated via induction heating. It was found that, to make porous asphalt concrete electrically conductive, long steel wool with small diameter is better than short steel fibers with bigger diameter. However, steel fibers with short length and big diameter have better strength reinforcement capability than steel wool with long length and small diameter. It was also proved that conductive porous asphalt concrete containing steel wool can be easily heated via induction heating. Finally, 10% (by volume of bitumen) of steel wool type 000 was proposed as an optimal content in porous asphalt concrete to obtain an optimal conductivity, a good induction heating rate and an acceptable indirect tensile strength. It is expected that the autogenous healing capacity of asphalt concrete will be enhanced with the increase of temperature during induction heating.     

沥青路面永久变形预估研究

为了精确预估沥青路面的永久变形,以十天高速公路陕西汉中段为试验路段,通过实地观测统计获得了全年路面温度区间分布频率和全年不同温度区间的轴载等级分布频率,采用有限元建模并计算路面结构的偏应力,计算表明,偏应力随深度的增加呈先增大后减小趋势,且路面的中面层偏应力最大.通过不同温度及偏应力的三轴重复荷载试验,建立了SMA-13,AC-20,ATB-30沥青路面重复荷载永久变形黏弹性力学模型,其拟合相关系数大于0.980 0.综合考虑路面温度、路面厚度、荷载作用次数、荷载大小、路面结构中各点偏应力及沥青混合料蠕变柔量等因素,提出了沥青路面永久变形预估方法,试验表明,该预估方法可模拟沥青路面结构实际受力状态,准确预估其容许永久变形寿命.经计算,十天高速公路陕西汉中段的容许永久变形寿命为13a.     

排水性沥青路面在汉十高速公路养护工程中的应用

湖北省汉十高速公路管理处针对雨天路面积水而引发交通事故这一难题,率先在湖北省高速公路养护工程中提出排水性沥青路面技术,并邀请多方专家对此进行技术咨询,研究决定在汉十孝襄段K79+280～K80+500十汉向、K123+000～K122+700汉十向、K125+750～126+150.5十汉向、K151+275～K152+17十汉向四处路面积水严重路段,实施排水性沥青路面加铺方案,并对此排水性沥青路面进行了技术总结,包括路面结构设计方案、排水性沥青混合料组成设计、排水性沥青路面施工、路用性能检验及其关键环节。实际测试表明湖北汉十高速公路排水性沥青路面具有良好的路表服务特性,说明设计方案与施工工艺合理,质量可靠,性能优良,彻底解决了路面积水,确保道路安全畅通。     

基于离散元法的多孔沥青混合料空隙衰变研究

为了研究加载后多孔沥青混合料的空隙衰变规律,使用离散元软件PFC2D生成了多孔沥青混合料的二维车辙板虚拟试件并模拟了车辙试验.在虚拟试件生成过程中采用了新的空隙生成算法,即按照空隙级配来模拟不规则多边形,将其投放在沥青砂浆内并删除后形成空隙.通过室内静态蠕变试验获取多孔沥青混合料的微观参数值,以此来设计虚拟车辙试验的加载方式、空隙信息提取算法,并将虚拟车辙试验结果与室内车辙试验结果进行对比,验证了虚拟车辙试验的可行性.虚拟试验结果表明:荷载越大,试件空隙衰变越明显;随着荷载作用时间的增长,试件空隙率持续衰减,但速率变缓,在混合料结构破坏之前存在趋于稳定的状态;环境温度对试件空隙率影响明显,随环境温度升高,空隙率的衰减呈现3阶段变化;试件初始空隙率为20%(体积分数)时,加载后其空隙率衰变值最小.     

排水性沥青混合料路用性能分析

对排水性沥青混合料的吸声性能、透水性能、抗滑性能进行了分析,并对其机理进行了阐述,结果表明：排水沥青路面是一种具有透水、防滑、降噪等功能的混合料,其路用性能优良。