设计沥青混合料

“设计沥青混合料”与路用沥青混合料组成设计具有本质的差别。尽管国内外在沥青混合料组成设计方面进行了广泛的研究，但距离“设计沥青混合料”仍存在较大差距。本文根据以往的研究成果和对于国内外研究趋势的分析明确提出了设计沥青混合料的概念，重点分析了按体积设计沥青混合料、材料组成与沥青混合料路用性能关系等问题，并根据目前科学技术发展水平预测了这一研究领域未来十年的技术进展。     

沥青混合料劈裂强度的影响因素

选用相同的试验材料,通过室内劈裂试验,研究了常温和低温下级配、油石比、空隙率以及均匀性对沥青混合料劈裂强度的影响规律。研究结果表明:常温下,随着级配变粗,沥青混合料劈裂强度增大;低温下,随着油石比增大,沥青混合料劈裂强度和劲度模量增大,破坏应变减小;随着空隙率的增大,沥青混合料劈裂强度减小;沥青混合料均匀性与劈裂强度间没有直接明显的相关性,但与其变异性间的关系很好。     

沥青混合料蠕变柔量的试验研究与力学解析

在不同温度、不同应力条件下进行了单轴压缩蠕变试验,通过数学方法精确计算了蠕变柔量函数式中表征材料黏弹性特性的4个物理参数,进而得到蠕变柔量的定量解析。并根据时温等效原理和实验结果得到温度移位因子的函数关系,把在各恒温条件下得到的实验结果拓展到连续变化的温度区域,从而得到了蠕变柔量随温度和时间变化的二元函数定量解析表达式。     

基于分形理论沥青混合料均匀性评价方法

为研究沥青混合料均匀性定量的评价方法,基于分形理论,对沥青混合料中集料的分布状态,即混合料的均匀性展开直接研究.计算的结果与主观上的观测结果基本一致.研究结果表明:利用分形理论,选用集料质量级配分维值可以定量地评价沥青混合料的均匀性;随着公称最大集料粒径的增大,沥青混合料均匀性变差;集料质量级配分维值越大,则集料级配越粗.     

岩石双轴压缩试验及装置研究进展

综述岩石双轴压缩研究的试验方法、试验设备和研究成果,指出大部分现有的破坏准则忽视了中间主应力的影响,选用试件尺寸太小以致无法充分考虑尺寸效应,加载头与试件受压面之间存在的摩擦力影响试件破坏形态.河南理工大学和加拿大麦吉尔大学合作设计建造的大吨位等刚度双向加载系统采用柔性加载头,克服了加载过程中加载头与试件间的摩擦力对试件破坏形态的影响,且能对较大尺寸试件进行单、双轴压缩试验.利用该装置对各种岩石材料开展系统的试验研究,有望弥补目前国际岩石力学界对双向受力状态下岩石破坏机理认识的不足.     

基于集料分形特征的沥青混合料配合比设计

为了使沥青混合料配合比设计更具针对性,基于集料分形特征,探讨了集料粒径分维值与沥青混合料体积参数的关系,在此基础上,确定出满足规范要求的沥青混合料体积指标对应的最佳沥青用量和矿料级配,并通过路用性能的测试检验了设计混合料.结果表明:集料粒径分维值与沥青混合料体积指标有很强的线性相关性,利用该相关关系可以对混合料的体积参数进行预估,快速确定最佳沥青用量、矿料级配.     

硬质沥青混合料的路用性能

为提高沥青混合料的高温稳定性,近年来国际上道路沥青标号的应用也向偏稠的方向发展。通过室内试验测试了硬质沥青（AH-30）的性能指标,分别对硬质沥青（AH-30）、重交沥青（AH-70）、SBS改性沥青混合料进行了配合比设计,分析比较了采用不同粘结料的沥青混合料的路用性。试验结果表明硬质沥青混合料的最佳油石比较重交沥青混合料的偏大,具有优秀的高温稳定性和水稳定性,用于沥青路面的中下面层可以减少由于高温和重载所产生的车辙。     

沥青混合料疲劳耐久极限研究

为了评价沥青混合料是否存在疲劳耐久极限,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳性能随应变水平的变化情况。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料劲度模量随荷载作用次数的增大而急剧减小;随着应变水平的减小,劲度模量的减小趋势逐渐变缓;当应变水平低于200με时,疲劳寿命以非线性增加;当应变水平进一步降为100με和70με时,疲劳寿命曲线呈典型的渐近线特征,这表明沥青混合料确实存在某一疲劳耐久极限,当作用的应变水平低于该极限应变时,沥青混合料倾向具有无穷的寿命。     

沥青混合料常应变小梁弯曲疲劳试验

沥青混合料耐疲劳性能是影响沥青路面使用寿命的关键因素。对AC13、AC20、ATB25三种类型沥青混合料试件进行了常应变三分点小梁弯曲疲劳试验,分析了温度、加载频率、级配类型等对沥青混合料疲劳性能的影响规律。研究表明：密实型沥青混合料由于含有较多的沥青胶浆,其疲劳性能一般较嵌挤型沥青混合料更好;在应变控制模式下,沥青混合料的疲劳寿命随温度的升高而显著延长;较低加载频率对沥青混合料的疲劳寿命影响更为显著。     

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。     

基于强度特性的沥青混合料设计参数

为了改善沿海含盐高湿环境下沥青路面的水稳定性,首先,分析间接拉伸强度( ITS)用于沥青混合料沥青用量设计的可行性;然后,在不同条件下进行间接拉伸试验,分析温度、加载速率和沥青用量对ITS的影响;最后,对不同条件下混合料的ITS与冻融劈裂试验结果的相关性进行分析。研究结果表明：沥青混合料的ITS随试验温度的升高逐渐减小,随加载速率的增加逐渐增大,随沥青用量的增多先增大后减小,并在区间内某一用量下达到峰值;在温度40℃、加载速率5 mm/min的条件下,混合料的ITS与冻融劈裂强度比( TSR)的相关性最高,可以利用该条件下的ITS作为沿海地区混合料最佳沥青用量设计的力学参数。     

乳化沥青混合料强度影响因素的灰关联熵分析

在修正的高温马歇尔试验基础上,运用灰关联熵分析法对影响乳化沥青混合料强度的各主要因素:水泥掺量、集料级配(采用分形维数表征)、沥青用量、乳化沥青混合料空隙率、密度和沥青饱和度等进行了分析.研究表明,水泥掺量、空隙率对乳化沥青混合料强度有重要影响.在乳化沥青混合料配合比设计和施工时,应对这两个因素进行严格控制.     

层状岩体双轴压缩变形试验的数值分析研究

以绿片岩和大理岩组成的层状岩体为研究对象,采用FLAC3D对互层状岩体进行了双轴压缩变形试验的数值分析,在数值分析中考虑荷载方向与层理之间的几何关系、大理岩夹层的体积含量和侧压比的影响.研究结果表明,双轴压缩条件下,轴向荷载方向平行于层理、侧向荷载方向垂直于层理时的破坏强度最大,轴向荷载方向垂直于层理、侧向荷载方向平行于层理时的破坏强度次之,轴向和侧向荷载方向均平与层理时的的破坏强度最小;当轴向荷载方向斜交于层理、侧向荷载方向平行于层理时,随着夹层倾角由0°增加至90°时,层状岩体的破坏强度呈先增大后减小的规律;随着侧压比由0增加到1.0时,层状岩体的双轴压缩破坏强度呈先增大后减小的规律.     

废旧沥青室内再生试验研究

通过对112国道洋河路段的废旧沥青进行三大指标与集料级配进行测定,与70号道路石油沥青的性质和规范级配进行对比分析,发现废旧沥青老化明显,具体表现为软化点上升,延度与针入度均有明显下降。对旧沥青掺加不同量再生剂,测定其性能,得到最佳掺入量。     

沥青混合料的搅拌功率试验和黏度模型

针对由沥青“黏度-温度”试验曲线确定的混合料理论施工温度与工程实际施工温度差距较大问题,通过进行沥青混合料的搅拌功率试验,对其施工温度确定方法进行了理论和试验研究。采用经过改制的搅拌机,测定不同温度与搅拌转速下的混合料搅拌功率,得到三者之间的关系,进而建立了由搅拌功率表征的沥青混合料广义塑性黏度模型。该模型表明：沥青混合料的广义塑性黏度决定于混合料的温度,以及矿料物理性质、级配、沥青类型和用量等材料因素,而与搅拌机的转速无关,代表了沥青混合料的流变特性;通过测定沥青混合料在不同温度下的广义塑性黏度,得到广义塑性黏度随温度的变化曲线,在该曲线中梯度变化明显变缓的温度可作为该种沥青混合料的施工控制温度。     

基于室内环境模拟的再生沥青混合料老化影响因素

为了解决不同环境因素对路面工程中未经压实的再生沥青混合料(recycled asphalt mixture,RAP)老化程度影响的问题,以松散的再生沥青混合料为研究对象,利用特制的室内模拟老化试验装置,通过控制温度、湿度、老化时间、氧气浓度等因素,对新制备密级配沥青混合料AC-13进行特定环境条件下模拟老化试验.结果表明:松散RAP混合料的老化程度随试验温度升高而增加,随空气湿度增加和氧气浓度下降而降低;不同试验温度下,沥青老化的成长速度和试验终值均不相同,表明老化过程中的化学反应因温度不同而有所差异;在通入纯氮气的试验中,沥青没有发生任何老化作用,表明沥青的老化只受氧化作用影响;环球法测软化点的试验结果对温度变化较为敏感,动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer,DSR)测定的动态复数剪切模量在表征沥青老化程度时存在一定迟滞效应;老化后沥青混合料低温性能出现衰减,主要原因是沥青长期老化作用导致.     

基于数字图像处理和有限元建模方法的沥青混合料劈裂试验数值模拟

应用数字图像处理技术及工业CT扫描获得试件图像,结合有限元建模方法,建立了包含集料、空隙和胶浆在内的沥青混合料有限元模型,并模拟研究了沥青混合料劈裂试验。结果表明:通过定义应力集中因子,可用来描述沥青混合料内部应力的不均匀分布,级配类型、模量比、有无空隙及加载位置都对模拟结果有较大影响。采用DIP-FEM方法能够很好地将沥青混合料的微观结构和宏观力学性能结合起来。     

橡胶沥青混合料密实度影响因素试验分析

通过马歇尔击实试验对橡胶沥青混合料的胶粉参量、集料特性、击实方法等方面展开研究,分析其最大蜡封干密度、油石比和空隙率,得出影响橡胶沥青混合料密实度的因素及变化规律。试验结果表明:胶粉掺量对混合料密实度影响很小;对于龙嫩公路用混合料级配,通过优化级配来提高密实度的提升空间不大;集料吸水率对空隙率影响明显,吸水率增加1%时,混合料空隙率增大约2%;相同的马歇尔试件100次击实比75次击实空隙率减小了31%,改变击实方法空隙率仅改变了1.6%。     

基于数字图像的沥青混合料离散元几何建模方法

沥青混合料的性能与其细观结构密切相关,离散元方法在解决沥青混合料这种复杂、多相、不连续介质材料的细观问题时,具有很大优势。针对以往沥青混合料离散元建模不能较好模拟集料颗粒形状的问题,结合数字图像处理技术,提出了一种新的沥青混合料离散元几何建模方法,主要有3个步骤：1）使用特征聚类方法,将沥青混合料切片图像中的集料与沥青砂浆分离;2）并利用链码边界跟踪和线段表算法将分离的集料区域填充为离散元中的＂聚粒＂;3）用离散元的圆盘单元填充沥青胶砂区域,实现沥青混合料切片图像的二维离散元几何建模。利用该模型,较好地模拟了沥青混合料在贯入荷载作用下变形的动态过程。     

纤维沥青混合料强度的理论研究与试验验证

为了进一步揭示纤维沥青混合料中纤维的作用,在纤维沥青混合料的强度分析中,将纤维的作用等价成一种约束作用,即附加的小主应力,并认为纤维沥青混合料的强度指标比沥青混合料的强度指标高,根据两种混合料的应力莫尔圆关系,推导出纤维沥青混合料在极限平衡状态下的大主应力表达式,并对该式讨论分析,演化出多种受力状态下纤维沥青混合料强度表达式。最后,通过多组纤维沥青混合料的三轴剪切试验及劈裂试验,验证了本文强度表达式是合理的。另外,通过调整强度参数,使该式还可用于纤维沥青混合料强度的非线性分析和新型纤维沥青混合料的强度预测。研究结果对含有各种损伤缺陷的维沥青混合料的强度和其他材料的强度分析有指导作用。