基于离散元法的沥青混合料细观特性分析

为了从细观上模拟分析沥青混合料车辙的形成和发展机理,以双层车辙试件为研究对象,采用PFC2D,建立上层为SMA-13,下层为AC-20,包含粗集料、沥青砂浆和空隙的二维离散元模型,研究了试件内部接触力的分布与大小、集料的空间运动轨迹对车辙形成的影响;分析了不同工况下车辙试件内部接触力大小分布和空间运动轨迹,结果表明:SMA-13主要承受压应力作用,拉应力主要分布在AC-20面层,且更容易导致试件发生破坏,加载2h时,AC-20拉应力较1h时增大3~4个数量级;SMA-13级配骨架性好,在荷载作用下主要发生水平运动,AC-20级配骨架性较弱,集料、砂浆易发生垂直运动,导致车辙形成.     

大掺量橡胶沥青混合料的高低温性能

为充分发挥橡胶粉对沥青的改性优势,研究大掺量橡胶粉对沥青混合料高低温性能的影响。选取油石比为4.5%,橡胶粉掺量为3.5%(占矿料质量比),配制成大掺量橡胶沥青混合料,与SBS/AC-13、SBS/SMA-13、高模量沥青混合料和1.5%橡维联沥青混合料进行对比研究,并提出高温受力活塞模型。试验结果表明:大掺量橡胶沥青混合料高温抗车辙性比SBS/SMA-13、SBS/AC-13好,但不及掺抗车辙剂的高模量沥青混合料;与1.5%橡维联沥青混合料相比,其低温破坏应变高,破坏时未发生脆性断裂,表现出更好的低温柔韧性。大掺量橡胶沥青混合料高温稳定性良好,且没有以降低低温性能为代价。以骨架嵌挤结构和半刚性填充料协同作用的活塞模型,解释了其高温性能良好的原因。     

外掺剂对SMA-13沥青混合料高温性能影响试验研究

为探究外掺剂类型对SMA沥青混合料高温性能的影响,采用马歇尔设计法设计了玄武岩纤维SMA-13、木质素纤维SMA-13和复掺抗车辙剂与木质素纤维的SMA-13沥青混合料.采用车辙试验、单轴贯入试验对3种沥青混合料进行短期及长期高温性能试验.试验结果表明:短期老化中相较于传统的木质素纤维SMA-13沥青混合料,抗车辙剂的掺入可以有效提高SMA-13沥青混合料的高温稳定性能.长期老化中复掺抗车辙剂和木质素纤维沥青混合料的长期耐高温性能较差,高温稳定性随着时间的增长而迅速衰减,玄武岩纤维的掺入,可以大幅改善沥青混合料的长期耐高温性能.本文研究成果可为SMA-13沥青路面外掺剂的选用提供技术参考,具有较好的应用价值.     

沥青混合料路用试验结果分析

对SMA-16,AC-16Ⅰ,AK-16Ⅰ,单一粒径4.75,9.5,13.2,16等沥青混合料进行了马歇尔试验、车辙试验,以及低温弯曲试验.根据试验结果对这几种混合料进行了高温稳定性、低温抗裂性能分析,认为SMA-16及单一粒径级配均具有较好的抗车辙能力,要优于AC-16Ⅰ和AK-16Ⅰ.低温弯曲试验结果表明,SMA-16要比单一粒径级配、AC-16Ⅰ和AK-16Ⅰ性能优越.SBS改性沥青对沥青混合料的路用性能有一定改善作用.     

热阻式沥青混合料的隔热降温特性与路用性能评价

为减轻沥青路面高温车辙病害及路面高温对城市"热岛效应"的影响,提出采用煅烧铝矾石等质量替换混合料中部分粗集料的方法,以达到隔热降温的目的.通过自制室内模拟太阳辐射试验设备,探究了煅烧铝矾石在不同掺量下AC-13混合料车辙板试件的升温过程和降温行为,对比分析了AC-13和SMA-13混合料的隔热降温性能,并确定了煅烧铝矾石的最佳掺量;在此基础上,评价了两种热阻式沥青混合料的路用性能.结果表明:AC-13混合料试件不同厚度处的升温过程和降温行为具有差异性,试件不同厚度处的降温幅度大小关系为:下表面中位置上表面;依据降温幅度和经济性,推荐煅烧铝矾石在AC-13和SMA-13混合料中的最佳掺量分别为60%和80%;最佳掺量条件下的AC-13和SMA-13混合料具有优异的高温性能、良好的低温性能和抵抗水热耦合作用的能力,但其水稳性能相对不足.因此,依据沥青路面气候分区原则,建议将其用于年降雨量小于1 000 mm的湿润区、半干旱区和干旱区,或采取添加抗剥落剂等措施,以改善其水稳性能.     

AC-20和AC-25沥青混合料室内试验研究

AC-20和AC-25沥青混合料的合理利用能有效减缓道路工程中的永久变形问题。依照标准、规范选出最优级配,然后再利用选出的最优级配来制作AC-20、AC-25两种面层材料,最后通过车辙试验和蠕变试验来研究沥青混合料在高温条件下性能。研究表明:车辙变形程度与荷载作用时间呈递增关系,车辙深度也与荷载级呈递增关系;压密变形是沥青路面最初产生车辙现象的主要影响因素,在压密变形量稳定后,则剪切流动变形成为了后期沥青路面产生车辙现象的主要原因;不同作用荷载、不同温度条件构成了沥青混合料蠕变性能影响最大的两个因素,并且沥青混合料蠕变性能受温度的影响程度比受荷载级的影响程度更为明显。研究成果为后续AC-20和AC-25沥青混合料在道路工程中的有效利用打下了基础。     

五河口大桥桥面沥青混合料高温稳定性试验研究

混凝土桥面的沥青铺装层在外部荷载作用下的应力比较复杂,高温稳定性是铺装层材料的一项重要指标。通过车辙现场测量、钻芯取样的野外鉴定以及铺装层的车辙室内试验,研究桥面铺装层的SMA-13,AC-20改进型,SMA-10几种混合料高温稳定性。研究结果不仅给铺装层沥青混合料配合比设计提供有力依据,同时也给类似的工程实践提供一定的借鉴作用。     

孔隙走向引起的大空隙沥青混合料渗水性能方向差异

为了分析大空隙沥青混合料中孔隙走向特征及其引起的渗水性能方向差异,采用X射线CT扫描4组不同空隙率的大空隙沥青混合料马歇尔试件,通过图像处理技术测试试件在径向和竖向截面内孔隙形状参数,分析混合料中竖向和径向孔隙的分布差异。对旋转压实成型的大空隙沥青混合料试件,沿着径向和竖向钻孔取芯,采用开发的渗水仪,测试芯样12个方向的渗水系数,分析旋转压实试件在径向平面内12个角度和竖向平面内12个角度上渗水系数的差异。结果表明,大空隙沥青混合料径向与竖向孔隙具有不同的分布特征,径向空隙率更大,孔径更均匀,单位截面上径向孔隙数量更多;大空隙沥青混合料的渗水系数存在明显的方向差异性,竖直平面内不同角度上渗水系数的差异高于水平面内,竖直平面内在越趋于水平的方向上渗水系数越大。     

沥青砂动态剪切蠕变特性

为了解沥青砂的复杂力学行为,给沥青混合料细观力学研究提供数据支持,将几种沥青混合料的配合比转变为沥青砂的配比,采用自主研发的沥青砂成型装置及流变仪夹具获取沥青砂的动态剪切蠕变曲线,基于Burgers模型对蠕变曲线进行拟合,获取动态剪切荷载下沥青砂的黏弹性参数,分析黏弹性参数及松弛模量的变化规律。试验结果显示,Burgers模型对沥青砂动态剪切蠕变曲线具有较好的拟合效果。相同加载时间内,相比于AC-20级配沥青混合料,SMA-16级配沥青混合料蠕变变形量更大。橡胶沥青砂的抗剪切蠕变性能最优。沥青砂蠕变变形影响规律与混合料车辙变形一般影响规律相符。试验温度、沥青用量、沥青种类和级配类型均对沥青砂的黏弹性参数和松弛模量影响显著。     

天然岩沥青复合改性沥青性能评价与应用研究

提高沥青胶结料的高温粘度是增强路面沥青混合料抗车辙性能的重要措施,而在实际工程应用中沥青胶结料的选择应综合考虑其高低温性能。文章对所研发的天然岩沥青一SBS复合改性沥青进行了高低温性能评价,针对该复合改性沥青进行AC-16和SMA-13配合比设计,并应用到高速公路车辙维修工程。结果表明:该复合改性沥青性能分级为PG82-22,混合料TSR大于80%,低温破坏应变大于3000με,现场芯样浸水汉堡轮辙试验深度小于6mm,该复合改性沥青混合料在满足低温性能的同时提高了抗高温车辙性能。     

基于疲劳及线收缩的沥青混合料低温性能研究

沥青混凝土的低温开裂是沥青路面损害的三种主要方式（低温开裂、疲劳、车辙）之一。本文针对高寒地区沥青路面低温开裂现象,选取两种沥青和AC-13、SMA-13、PA-13等三种不同级配混合料进行四点弯曲疲劳、线收缩试验,研究了不同材料及级配对低温下沥青混合料的疲劳性能及收缩性能的影响。试验结果表明：级配及沥青种类对疲劳寿命影响较大且相对于常温时,低温下沥青混凝土的疲劳寿命较大,但对于加载应力的变化有较高的敏感性,表明低温时沥青混凝土疲劳性能的稳定性较差。不同类型沥青混凝土的线收缩系数有较大差别,其中AC-13级配及改性沥青混凝土表现出较好的收缩性,同时随着温度的降低,沥青混凝土线收缩系数变化趋势减缓。     

基于振动成型AC-25沥青混合料力学性能及细观分析

为研究垂直振动成型法(VTM)和马歇尔击实法对沥青混合料力学性能以及空隙分布特征的影响规律,分别利用VTM和马歇尔击实法制备AC-25沥青混合料试样,以空隙率(VV)、矿料间隙率(VMA)、沥青饱和度(VFA)、稳定度、抗压强度、劈裂强度及抗剪切强度等指标研究了成型方式、振动时间以及击实次数对AC-25沥青混合料体积参数和力学性能的影响。通过路面钻芯取样,对比分析了两种室内成型方式获取的体积和性能指标与实际路面的相关性。然后,通过CT扫描技术分析成型方式、振动时间以及击实次数对成型试样空隙分布的影响。最后,联系宏观性能和细观结构,分析两者的关系。结果表明:VTM成型的AC-25试件具有更好的力学性能,与真实路面具有更高的相关性;而且,芯样的孔隙结构与力学性能呈现指数分布,可利用指数形式描述AC-25沥青混合料的孔隙结构与力学性能的本构关系。     

热拌再生橡胶沥青混合料水稳定性的试验研究

基于水煮法,采用剥落率对沥青/集料粘附性进行定量评价。通过冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验及汉堡车辙试验等,对热拌再生橡胶沥青混合料水稳定性进行了系统的试验研究。结果表明:剥落率R能有效评价沥青/集料粘附性;沥青再生剂能恢复橡胶沥青混合料的水稳定性;和浸水马歇尔试验相比,冻融劈裂试验对SMA-13粗级配的水损害更为严重;在汉堡车辙试验中,高温稳定性和水稳定性呈相反关系。     

沥青混合料车辙进程影响因素及预估模型研究

采用汉堡车辙试验系统进行车辙试验,分析荷载作用次数、试件厚度、温度、混合料力学性能对沥青混合料车辙进程的影响,建立了以上影响因子与车辙深度的关系,并建立了沥青混合料车辙预估模型;通过AC-13、AC-16和AC-20这3种混合料、40℃、50℃、60℃3种温度下的大量室内车辙试验数据确定了模型参数。结果表明,车辙深度与荷载作用次数呈乘幂关系增加,与温度呈指数关系增长,与混合料重复加载试验力学性能参数εp/Fn呈乘幂关系,而与试件厚度关系不显著,根据建立的车辙预估模型得到的车辙预估值与实测值误差基本不超过±10%,进而通过9条路段的车辙实际调研数据对模型参数进行了修正,得到了实际路面车辙预估模型,可以为路面混合料设计提供参考。     

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。     

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.     

不同成型方法和级配的沥青混合料内部空隙特征

采用X-ray CT技术和数字图像处理技术研究两种成型条件下三种级配沥青混合料试件的内部空隙特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明,沥青混合料的空隙空间分布规律受试件成型方法及级配类型的影响较大。不同级配条件下,马歇尔试件内部空隙率分布沿着高度方向总体呈现对称形状,而静压试件内部空隙率分布则为"一端大,一端小"的形状,马歇尔试件的平均空隙率与目标空隙率差异较小,而静压试件的平均空隙率是目标空隙率的1.4倍以上;相同级配条件下,与马歇尔试件相比,静压试件的空隙空间分布离散性、平均空隙率和平均空隙数量均较大,但平均空隙等效直径相差较小;采用两参数数学模型能够较好地表征成型方法和集料级配对沥青混合料内部空隙空间分布规律的影响。     

基于数字图像处理技术的沥青混合料微观结构有限元分析

论述一种将沥青混合料微结构和其力学行为仿真联系在一起的方法.该方法利用数字图像处理技术将计算机断层扫描(CT)图像转换为数字格式,并与有限元建模结合,使得根据CT图像建立的有限元模型可以较真实地再现沥青混合料的微结构,进行有限元分析时可以充分考虑沥青混合料颗粒和微空隙分布非均匀特性.计算分析了各向异性和空隙分布对沥青混合料劈裂试验的影响,数值计算结果发现沥青混合料颗粒和空隙分布的非均匀性对拉应力分布影响极大.研究结果表明:采用基于CT图像处理技术的有限元模型进行沥青混合料粘弹特性的研究是可行的.     

级配类型对沥青混合料拌和流动性及和易性影响研究

为了保证沥青路面的铺筑质量,沥青混合料应具有良好的流动性及和易性。针对级配类型对混合料拌和流动性及和易性的影响,制备了AC-13、AC-20、ATB-25、SMA-13和OGFC-13 5种沥青混合料,利用自主开发的变速拌和试验装置,在不同工况下进行变速拌和试验,并绘制“拌和功率-拌和速率”流变图,分析拌和流动模型及流动参数,定义了和易性指数。结果表明：沥青混合料的拌和功率与拌和速率具有良好的线性关系,拌和流动特性服从宾汉流变模型。从理论上引入了拌和塑限和拌和黏度两个流动参数;这两个拌和流动参数决定了沥青混合料的拌和和易性,数值越大,和易性越差;集料级配类型对沥青混合料的拌和塑限影响较大,但对拌和黏度影响较小,拌和温度对沥青混合料的拌和塑限几乎没有影响,但对拌和黏度影响显著。     

基于重复加载蠕变试验的沥青混合料高温性能研究

为了研究沥青混合料的高温蠕变特性,选取AC-13、AC-16和AC-20 3种不同类型的沥青混合料,在室内进行重复加载蠕变试验,并从蠕变曲线中提取相关的力学参数分析其变化规律,结合车辙试验结果,论证评价指标的可行性。结果表明,斜率b、组合参数εp/Fn与车辙试验指标的相关性较好,而永久应变εp和截距a与车辙试验结果的相关性较差,流动次数Fn存在局限性;对于组合试件,εp/Fn与车辙深度值的相关性最好。因此建议采用εp/Fn作为沥青混合料的高温性能评价指标,从而为沥青路面车辙预估模型的研究及混合料设计提供参考价值。