骨架密实型沥青混合料级配优化设计及性能分析

研究法国GB5新型沥青混合料及其设计方法在我国的适用性,对于明确GB5沥青混合料性能特点具有一定参考价值,对实际工程应用也有一定借鉴意义。文章基于法国GB5骨架密实型沥青混合料及其设计方法,分析了GB5型沥青混合料的特点,依照其设计原理设计混合料级配并进行了系列室内试验,对用GB5矿料级配设计方法获得的高性能沥青混合料GB5-13与应用传统马歇尔沥青混合料设计法设计的SMA-13两种沥青混合料进行对比分析。结果表明:GB5-13沥青混合料密实度大且沥青用量低,比SMA-13沥青用量低10%;新型沥青混合料因初始空隙率水平低且矿料级配内摩阻力高而具有较好的水稳定性,GB5-13劲度模量大,控制应变模式下的GB5-13疲劳性能逊于SMA-13;优化矿料级配后的沥青混合料高温稳定性有所提高,而低温性能未得到改善。     

AC-13沥青混合料级配优化研究

通过对现有嵌挤密实型混合料设计方法的比较,采用逐级填充设计法选择了AC-13型沥青混合料粗集料级配、采用连续密级配公式确定了其细集料级配,并按体积法原理进行了AC-13级配的合成与调整;最后通过一系列室内试验对7种13型级配曲线进行了对比研究,验证了所提出的改进型AC-13级配,给出了湖北地区AC-13型沥青混合料级配优化结果.     

开级配大粒径沥青碎石OLSM-25细观结构的离散元分析初探

沥青混合料是由沥青和粗细集料等粒状单元共同组成的多相复合材料,目前现有的沥青路面结构设计理论均将路面结构当作均匀连续、各向同性的弹性体进行计算分析,这与沥青混合料自身属于颗粒体非连续微细观结构的实际情况不相符.本文采用离散元方法,运用二维颗粒流程序(PFC2D),对比分析了两种颗粒生成方法的特点及其适用条件,以开级配大粒径沥青碎石混合料(Open-graded Large Stone Asphalt Mixes,OLSM)OLSM-25推荐级配的上限为1#级配,建立了1#级配OLSM-25混合料的二维离散元模型,验证了二维离散元方法用于沥青混合料颗粒体材料数值模拟的可行性,弥补了有限元方法的不足之处,为OLSM-25的细观结构分析开辟了新的解决思路和途径.     

橡胶沥青混凝土断级配设计方法与路用性能研究

级配对于橡胶沥青混合料的路用性能具有重要的影响。基于骨架密实型沥青混合料设计理论,提出了橡胶沥青混合料的断级配设计理论与工程设计方法。进而成型了连续级配与断级配的橡胶沥青混合料,并对其高低温、水稳定性与疲劳性能进行了对比研究。试验结果显示:断级配橡胶沥青混合料具有比连续级配混合料更好的高低温路用性能,相近的水稳定性,以及更佳的抗疲劳破坏性能。研究成果有助于指导橡胶沥青混合料的设计与施工质量控制。     

矿料级配对紫外光老化沥青混合料高低温性能影响研究

为了研究不同级配对紫外光老化沥青混合料高低温性能的影响,分别选取AC-13和AC-16各5种S型级配进行室内试验,分析不同级配对紫外光老化沥青混合料高低温性能的影响规律.试验结果表明:各级配沥青混合料的动稳定度及低温劈裂强度在紫外光老化后都呈降低的趋势,但级配不同其降低幅度有所不同;在S型级配矿料组成中,粗集料含量越多,紫外光老化后沥青混合料的动稳定度下降越少.细集料含量越多,紫外光老化后沥青混合料的低温劈裂强度下降越少.其中AC-13S5型、AC-16S4型级配具有较好的高温抗紫外光老化性能,AC-13S1型、AC-16S2型级配具有较好的低温抗紫外光老化性能.     

多孔沥青混合料路用性能研究

多孔沥青混合料与密级配沥青混合料在组成和结构上存在区别,因此在水稳定性、抗冻、高温、疲劳特性等方面存在差异。基于汉堡浸水车辙、冻融循环、疲劳等室内试验对多孔沥青混合料PAC-13的路用性能进行系统研究。结果表明,采用了高黏度改性沥青和骨架结构的多孔沥青混合料在水、热和荷载耦合作用下的路用性能良好;其低温性能较密级配沥青混合料弱;在浸水状态下经历冻融循环后,混合料的马歇尔稳定度、劈裂强度和飞散损失等指标未出现显著衰减,抗冻性能良好;混合料的抗疲劳性能随着空隙率的增大而降低,同时应力水平变化对疲劳寿命的影响总体上也变得更敏感。     

沥青混合料级配曲线模型的分形特征与应用

矿料级配对沥青混合料质量有重要影响。目前几种常见的级配计算方法大多是基于幂函数构建的模型。常见的曲线函数还包括指数函数与对数函数,文章基于3种不同曲线函数建立各自的计算模型进行级配计算,并利用分形理论分析不同曲线模型计算级配与AC-16、SAC-16等常见级配的异同。总结分形理论应用于矿料级配的规律,表明以粗集料骨架划分沥青混合料结构的实质是分形参数K的变化。另外,借鉴SAC级配计算方法,提出以分形理论和曲线模型相结合的沥青混合料级配计算方法。     

沥青混合料劈裂强度影响因素数值模拟

为数值研究沥青混合料劈裂强度影响因素,基于三维离散元法与粘聚带模型,建立了沥青混合料劈裂试验微观力学模型,模拟不同集料级配在不同温度下沥青混合料劈裂强度,并通过室内试验进行验证。研究结果表明:基于粘聚带模型和三维离散元法所建立的沥青混合料劈裂试验微观力学模型可较地好模拟沥青混合料劈裂强度。集料级配和温度对沥青混合料劈裂强度有显著影响。相同温度下,随着集料公称最大粒径变大,集料级配变粗,沥青混合料劈裂强度而逐渐增大;相同集料公称最大粒径时沥青混合料劈裂强度随温度的升高而逐渐降低。     

基于离散元法的橡胶颗粒沥青混合料细观结构分析

为分析橡胶颗粒沥青混合料的破坏机理及宏观力学性能差异的内在本质,建立离散元模型,首先系统研究间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料和普通沥青混合料的接触力矢量图、力链网络图及接触力局部放大图,分别得到其内部的强力链、弱力链和变形特点,提出了其承载能力排序和变形能力排序;然后深入研究橡胶颗粒沥青混合料的位移矢量图和黏结接触破坏位置局部放大图,得到橡胶颗粒沥青混合料的破坏机理．结果表明,承载能力由大到小依次为:普通沥青混合料、间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料;变形能力由小到大依次为:普通沥青混合料、间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料．     

沥青混合料级配分形研究

分形理论作为一种非线性的研究方法,被应用到了许多领域,特别是在材料学方面应用广泛.沥青混合料存在着空隙、集料粒径以及级配等分形,对AC-13、SMA-13、SUPER-13 3种类型沥青混合料的级配分形和分维数范围进行研究.通过研究获得用分维数表征上述3种沥青混合料级配的结果,研究结果表明,分维数和级配的相关性很好,且可以通过维数值反映间断级配或连续级配的特征;可以通过分维数值的大小判定沥青混合料的级配组成,从而对沥青混合料拌合中对配合比控制和检验提供一种新的方法.     

多孔沥青混合料矿料间隙率物理模型的构建

为了解多孔沥青混合料(PAC)的主骨架结构和矿料间隙率,针对多孔沥青混合料的多空隙特点,将所有矿料划分为较大粒径集料(LSA)、主集料(DASR)、干涉集料(PDA)和间隙集料(ICA)四部分,分析主集料形成的主骨架空隙结构,确定各部分集料的粒径范围,并提出了主骨架空隙率的计算方法。基于体积法,考虑ICA的填充作用、PDA的干涉作用和LSA的取代效应,构建PAC混合料矿料间隙率的物理模型,并通过PAC-13和PAC-10击实试验验证该模型预测效果。结果表明：对于DASR形成的主骨架空隙,ICA主要起填充作用;PDA的干涉作用虽然会占据DSAR形成的部分骨架空隙,但一定程度上也会增大主骨架的空隙;粒径较大的LSA取代部分DASR后也会使得主骨架的空隙率有所增大;对于DASR形成的主骨架空隙率,LSA、PDA和ICA对矿料间隙率的影响具有不同的方向性;在PAC级配设计初始阶段,无需制作混合料试件,仅依据级配曲线确定四组分集料的分界粒径即可预估相应的矿料间隙率,方便确定最佳级配,在很大程度上减少了PAC混合料配合比设计的试验量。综上,所建模型具有合理性和有效性,有较好预测效果。     

Fractal dimension analysis of the fine aggregate gradation of interlocking skeleton asphalt mixture

By analyzing the fine aggregate gradation scales from standards,fine aggregate in the asphalt mixture is regarded as a whole research object and fractal dimensions X of the samples were obtained by linear regression and(AC-13)is 2.43-2.56,Sup-13 is 2.28-2.54,SMA-13 is 2.66-2.88 and SAC-13 is 2.54-2.73.In the dense gradation mixture,there are little different between fractal dimensions of coarse and fine aggregates but it makes sense for skeleton asphalt mixture.For a given coarse aggregate gradation and the...     

VCA_(DRF)和VCA_(AC)矿料级配检验方法在SAC13级配设计中的应用

结合将在实际工程中应用的SAC13级配的设计过程对VCADRF和VCAAC矿料级配检验方法进行了具体介绍。其基本原理为:矿料级配中粗集料形成的孔隙率由细集料、填料、沥青和预定孔隙率填充。文中选定的初试级配经VCADRF方法初步检验确定为骨架密实结构,进而用VCAAC方法对压实成型试件进行最终检验,结果发现:该初试级配压实成型试件孔隙率较大,需要根据VCAAC方法进行调整才能满足骨架密实结构要求。文中实例说明该检验方法简便、灵活,且调整后设计级配的高温稳定性、水稳定性、抗滑性能以及抗水渗透性能均很好。     

级配对Superpave沥青混合料性能的影响

为了研究级配对沥青混合料路用性能的影响,根据Superpave法选取粗细程度不同的两种沥青混合料,用贝雷法分析级配,并进行旋转压实、浸水马歇尔、车辙、低温劈裂室内试验,结果表明：贝雷参数满足要求的级配对沥青混合料的高温性能影响显著,对体积指标、低温抗裂性以及水稳定性有一定影响,尤其是粒径0．3～2．36mm的颗粒含量对沥青混合料性能影响较大;粗级配沥青混合料的路用性能较优。     

基于离散元法的沥青混合料虚拟疲劳试验方法

为了从细观角度深入分析沥青混合料疲劳机理,运用离散元方法实现了沥青混合料小梁试件的虚拟疲劳试验。首先,根据概率理论,建立了由混合料三维体积级配至沥青混合料二维数字试件数量级配推导公式;接着,根据蒙特卡洛方法,编制了考虑集料不规则形状的沥青混合料二维数字试件生成程序,以此生成了沥青混合料二维数字试件;然后,结合离散元基本原理,提出了包括沥青混合料离散元模型的建立、离散单元的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;最后,进行了沥青混合料小梁疲劳试验,并与基于离散元方法的虚拟试验结果进行了比较分析。研究结果表明,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。     

沥青混凝土结构表征与参数构建

为研究沥青混凝土的结构,丰富表征沥青混凝土结构的参数,首先对常见的体积参数进行总结,分析沥青混凝土组成成分和结构特点. 然后,从不同角度出发构建新的体积参数,并对参数进行分类和分析. 最后,在AC-16级配范围内通过改变细集料的比重得到了5个不同级配,同时设置4.2%、4.7%、5.2%（沥青占混合料的质量比）3种不同沥青用量,研究沥青用量对参数的影响,根据现行沥青混合料试验规程要求制作标准马歇尔试件,并进行体积指标的测定,通过计算得到构建的参数,并分析参数随级配及沥青用量的变化规律. 结果表明:体积参数随着沥青混合料的级配、沥青用量的改变有着明显的变化. 其中,沥青类参数VA、VM、d_b与混合料中的沥青用量有明显的线性关系,同时VM还与V_f有关;空隙类参数VMA、V_K、VV随V_f的增加先减小后增大. 只改变沥青用量时,VMA、V_K、VV隨沥青用量的增加而减小;集料类参数G、V_c、V_f、Vf /(1-c)、F_BV、F₁、F₂、V_c/f与混合料中粗细集料以及矿粉的比例有关.     

Discrete element modeling of asphalt concrete cracking using a user-defined three-dimensional micromechanical approach

We established a user-defined micromechanical model using discrete element method (DEM) to investigate the cracking behavior of asphalt concrete (AC). Using the “Fish” language provided in the particle flow code in 3-Demensions (PFC3D), the air voids and mastics in asphalt concrete were realistically built as two distinct phases. With the irregular shape of individual aggregate particles modeled using a clump of spheres of different sizes, the three-dimensional (3D) discrete element model was able to account for aggregate gradation and fraction. Laboratory uniaxial complex modulus test and indirect tensile strength test were performed to obtain input material parameters for the numerical simulation. A set of the indirect tensile test were simulated to study the cracking behavior of AC at two levels of temperature, i e, −10 °C and 15 °C. The predicted results of the numerical simulation were compared with laboratory experimental measurements. Results show that the 3D DEM model is able to predict accurately the fracture pattern of different asphalt mixtures. Based on the DEM model, the effects of air void content and aggregate volumetric fraction on the cracking behavior of asphalt concrete were evaluated.     

基于抗车辙性能的AC-13沥青混合料级配范围研究

以2.36mm作为AC-13沥青混合料级配的粗细集料分界点;对2.36mm以上粗集料部分,采用各粒径不同比例的堆积密度试验进行研究,并以最小矿料间隙率作为判据确定粗集料的合理级配组成;选取不同细集料组成、不同粗细比例的9种级配的AC-13沥青混合料进行冻融劈裂试验和车辙试验。研究结果表明:2.36mm通过率对沥青混合料高温抗车辙能力和水稳定性影响较大;根据室内试验结果和级配应用经验,提出了适应于夏炎热区气候特点的AC-13沥青混合料工程设计级配范围,以提高夏炎热区沥青路面抗车辙能力。     

The aggregate gradation for the porous concrete pervious road base material

The effects of the proportion of fine aggregate, the maximum size of the aggregate and the proportion of the 9.5 mm to 4.75 mm particle in the coarse aggregate on the properties of the porous concrete are investigated. Results indicate that the porous concrete with a cement dosage only 150 kg/m^3 has high strength and satisfying permeability when the aggregate has a passing percentage of 4.75 mm around 10% to 15%, with the increase of the maximum size of the aggregate, the strength of the porous concrete decreases and the permeability increases. When the proportion of the 9.5 mm to 4.75 mm particle in the coarse aggregate is about 20%, there are no interference among the particles by Weymouth theory, the strength of the pervious porous concrete reaches the peak value. The optimum continues gradation limit of the aggregate for porous concrete pervious road base material is recommended according to the theoretical calculation and experimental results.     

玄武岩沥青混合料路用性能研究

高速公路沥青混凝土上面层集料主要使用玄武岩,而黑龙江省玄武岩矿藏分布广,产量高,为公路沥青路面的修筑提供了更好的条件.采用SMA-16型和AC 16型2种沥青混合料类型进行试验研究,确定黑龙江省地产玄武岩沥青混合料的低温稳定性能指标及水稳定性能力,进而评价其路用性能,以便更科学地选择、使用玄武岩.试验结果显示：对于同种沥青密级配沥青混合料的水稳性好于沥青玛蹄脂碎石混合料,对于沥青混合料的低温抗裂性能表现为SMA-16沥青玛蹄脂混合料好于AC-16密级配沥青混合料.