炭黑改性沥青混合料的动态响应主曲线分析

为了分析炭黑改性沥青的动态响应,在不同试验温度及加载频率下进行基质沥青混合料和炭黑改性沥青混合料的简单性能试验(SPT),分析了两种混合料动态模量和相位角的变化规律,并根据试验数据,采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成了两种沥青混合料动态模量和相位角主曲线,并对其进行对比分析.结果表明,炭黑改性沥青混合料的活化能ΔE_a和移位因子lg[α(T)]在低于参照温度时小于基质沥青混合料,而在高于参照温度时大于基质沥青混合料.随着加载频率的升高,动态模量主曲线呈"S"形曲线逐渐增大,而相位角主曲线先增大后减小,但不如动态模量主曲线光滑,尤其在低频范围内数据分散.动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对炭黑改性沥青混合料黏弹性响应的影响.炭黑改性沥青混合料在低于37.8℃时的动态模量更大,具有更好的抗变形能力;随着温度的升高,当温度超过37.8℃时,两种混合料的黏弹性响应差异不大,即在低频或高温条件下的炭黑改性效果不显著.     

布敦岩沥青混合料动态模量及主曲线研究

采用Superpave简单性能试验机(SPT)分别测试了布敦岩沥青混合料、基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料在不同温度和加载频率下的动态模量和相位角,并根据时间-温度置换原理,通过非线性最小二乘拟合,确定了3种沥青混合料的动态模量主曲线和移位因子。结果表明,布敦岩沥青混合料具有优良的抵抗高温或低频荷载作用的能力,其动态模量满足法国高模量沥青混凝土的界定标准。     

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.     

废旧塑料改性沥青混合料动态模量研究

针对目前大量废旧塑料处置问题,尝试将其用于改性沥青混合料,以探索其在道路工程中使用的可能性.采用超市废旧高密度聚乙烯购物塑料袋,将其切碎后按照2%.5%和8%的掺量制作沥青混合料试件,采用三种试验温度在六种加载频率下进行动态模量试验,与未掺加塑料混合料的相应指标进行对比.试验结果显示在各个试验温度和加载频率下,掺加塑料屑的混合料动态模量普遍提高.掺加塑料与否对相位角指标的影响未呈现一定规律.在各个试验温度和加载频率下,2%塑料掺量混合料均具有较高的动态模量和相位角.     

稳定型橡胶改性沥青混合料动态模量研究

为研究稳定型橡胶改性沥青混合料的力学性能,利用基本性能试验系统进行了动态模量试验。文章分析了温度和加载频率对动态模量和相位角的影响规律,基于时间-温度置换原理确定了动态模量主曲线和移位因子,并采用修正的Witczak模型预估稳定型橡胶改性沥青混合料的动态模量。结果表明：稳定型橡胶改性沥青混合料具有更小的低温模量和更大的高温模量;修正的Witczak预估模型可以较好地预测稳定型橡胶改性沥青混合料的动态模量值。     

沥青混合料黏弹性响应影响因素分析

选择3种级配的沥青混合料进行不同温度和应力水平的蠕变试验,根据应力应变关系得到的蠕变柔量曲线获取Burgers黏弹性模型参数,分析温度、应力水平、矿料级配以及老化作用对沥青混合料黏弹性的影响.结果表明,随着温度的升高,3种沥青混合料的E1、η1、E2、η24个参数总体不断降低,即沥青混合料软化、模量减小,但不同温度下3种混合料的黏弹性参数排序并不相同;应力水平对沥青混合料的黏弹性能有显著影响,处于中间荷载水平0.5 MPa时4个黏弹性参数的区分度最大,但不同级配的沥青混合料对应力水平的响应存在差异,公称最大粒径相近的混合料的某些黏弹性参数变化趋势较一致;老化是沥青混合料黏弹性变化的重要原因,但短期老化和长期老化的影响并不相同.     

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。     

橡胶沥青砂浆对混合料的动态模量影响

为研究橡胶沥青砂浆对混合料的动态模量影响,采用旋转剪切压实试验,通过逐级填充粗集料测定骨架间隙率,分别取最小骨架间隙体积的0. 85、1. 00和1. 10倍,添加质量分数为30%的胶粉改性沥青砂浆,组成沥青混合料,通过旋转剪切压实试验制备动态模量试件,通过沥青混合料性能试验测定动态模量.研究表明,橡胶沥青砂浆对混合料的动态模量影响显著,在相同的试验温度和加载频率下,随着沥青砂浆的增加,动态模量呈增大趋势.西格摩德(Sigmoidal)数学模型能较好地拟合混合料的动态模量主曲线,粗集料、沥青砂浆和空隙的填充率拟合相关性分别为0. 998、0. 989和0. 985.     

水泥乳化沥青复合胶凝材料动态力学性能

研究了不同水泥含量(C/A为0.8、1.0和1.2)的水泥乳化沥青复合胶凝材料(CECM)7d龄期的动态力学性能.采用动态剪切流变仪,对不同复合材料分别在40℃~80℃、0.0159Hz~15.9Hz环境下进行温度扫描试验和频率扫描试验,获得了不同温度和频率下复数模量和相位角的变化规律,以及不同温度时的疲劳性能指标.基于时-温等效原理建立了50℃时不同复合材料的相位角主曲线.结果表明:随着温度的升高,复数模量显著减小,相位角线性增加,粘性特征增强.与矿粉相比,水泥的加入明显地改变了复合材料的粘弹性比例.CECM在相对低频区域具有较好的抗变形能力,且C/A越大,抗变形能力越强,但疲劳性能指标随之降低.相位角主曲线表明在广泛的荷载频率范围内CECM仍具有优异的动态力学性能.研究结果为水泥乳化沥青复合胶凝材料设计和优化提供了参考.     

应力吸收层沥青混合料的力学性能评价

为评价应力吸收层沥青混合料的力学性能,在室内试验测定沥青材料技术性能的基础上,基于马歇尔设计法,针对齐鲁70#沥青、稳定型橡胶改性沥青及应力吸收沥青设计了三种砂粒式应力吸收层沥青混合料。通过基本性能试验系统测定应力吸收层沥青混合料的动态模量,并建立动态模量和相位角的主曲线,主要探索了以齐鲁70#、稳定型橡胶改性沥青及应力吸收沥青作为胶结料的应力吸收层沥青混合料的力学特性。结果表明,稳定型橡胶改性沥青和应力吸收沥青作为胶结料用于应力吸收层均有良好的力学性能。     

矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响

为了解决沥青混合料高温性能不足的问题,研究了矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响.以AC-20C型沥青混合料为背景,根据贝雷法3个参数进行了矿质混合料配合比正交试验设计,得到9种不同的矿质混合料级配,并以加州承载比(California bearing ratio,CBR)和振实间隙率为指标,对矿质混合料性能进行了评价,从中选出矿质混合料性能差异明显的3种级配,进行了沥青混合料的配合比设计.进而在不同温度和加载频率条件下,开展了3种级配沥青混合料的动态模量试验.依据试验结果,分析了矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响.研究表明:高温条件下矿质混合料性能对沥青混合料的动态模量有较大影响,低温时矿质混合料性能对动态模量的影响不明显.通过优化矿质混合料性能,可以显著改善沥青混合料的高温性能.具有较高CBR值和较低振实间隙率的矿质混合料,对应的沥青混合料具有较好的高温性能.     

沥青混合料抗压回弹模量与动态模量比较分析

分析了动态模量和抗压回弹模量在反映沥青混合料行为特性方面的优缺点，并对SMA13、Superpave20和Superpav也53种沥青混合料进行了不同条件下的动态模量和抗压回弹模量试验。结果表明，动态模量能综合反映温度和频率的影响，能更合理地反映沥青混合料的特性。相同温度下，抗压回弹模量对应于频率较低时的动态模量，对应频率大约在0．01—0．1Hz之间。由于抗压回弹模量试验中会引起试件的破坏，而破坏特性受混合料类型和温度的影响，所以不能确定唯一的对应频率。     

多年冻土地区沥青混合料抗压回弹模量性能研究

针对多年冻土地区常年温度低、温差大等特殊气候条件,通过沥青混合料室内抗压回弹模量试验,分析温度、油石比、沥青种类和级配对混合料抗压回弹模量的影响。结果表明,沥青混合料回弹模量随温度的升高而降低;对比不同级配沥青混合料可知,低温下,SBR改性AC-16混合料的抗压回弹模量与AC-13相当;存在对应于抗压回弹模量达到最大值时的最佳油石比,范围约在6.0%～7.0%之间;SBR改性沥青混合料的低温抗压回弹模量明显优于130#道路石油沥青混合料。混合料抗压回弹模量值的常对数与温度及油石比的关系符合二元一次函数。用SPSS相关分析方法分析各个影响因素对混合料抗压特性的影响程度可知,温度和沥青种类对抗压回弹模量影响显著。     

基于动态模量和三层式车辙试验的车辙深度预估

为研究沥青混合料在动态荷载作用下的车辙变形量,根据沥青混合料动态模量试验及标准车辙试验数据,论证了沥青混合料动态模量指标■与车辙变形量间的相关性,引入温度、加载频率、加载应力、有效沥青用量、空隙率及级配参数构建了动态模量预估模型.然后采用"亚层变形叠加"基本思想,运用基因遗传算法基本原理,建立了包含沥青层厚度、荷载作用次数、动态模量指标■等因素的三层式车辙试验车辙深度预估模型.结果表明:提出的车辙预估模型能较准确地反映三层式车辙试验的车辙变形规律,预估方法对于不同温度区间及不同行车荷载作用下沥青路面车辙问题研究与沥青路面设计具有一定参考价值.     

硫磺改性沥青混合料基本性能的研究

为考察硫磺改性沥青混合料的路用性能,选取AC-13和AC-20两种混合料类型、4种不同的硫磺掺量（硫磺占硫磺改性沥青胶结料的质量百分比分别为0%、30%、35%、40%）作为对比,采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、汉堡车辙试验测试了其水稳定性能,采用车辙试验、三点小梁弯曲试验和Overlay Tester试验分别测试了其高温性能、低温性能与疲劳性能,采用动态模量试验获得了其力学参数. 结果表明: 添加质量分数为30%硫磺后,AC-13和AC-20沥青混合料动稳定度分别提高了18%和26%,疲劳开裂性能有所提高, 低温性能没有明显改变. 添加不同质量分数的硫磺,沥青混合料的水稳定性能明显降低,其中AC-13沥青混合料在添加40%硫磺时冻融劈裂强度比下降达22%. 动态模量测试表明硫磺改性沥青混合料与普通沥青混合料动态模量变化趋势相同,但-10 ℃~54 ℃温度区间较普通沥青混合料动态模量要高.     

沥青混合料动态剪切模量主曲线的确定

为了克服条件评价的局限性,采用动态剪切流变仪对沥青混合料进行了连续动态频率扫描。获得了跨越15个数量级的动态模量随频率变化的主曲线,进行了沥青混合料全温全频分析,掌握了材料的黏弹性力学行为。通过讨论与分析,提出了极限频率、流变区、稳态区、低频转折点、高频转折点等概念。研究表明,动态流变试验是获得沥青混合料主曲线的有效方法,主曲线为全温全频分析提供了基础条件,基于主曲线形态提出的5个概念能够客观地反映混合料的本质特性。     

稳定型橡胶塑料改性沥青混合料动态模量研究

稳定型橡胶塑料改性沥青作为一种废旧高分子改性沥青,在改善路用性能的同时兼具废料利用的环保需求,沥青混合料动态模量作为一种重要的力学参数对分析混合料性能具有指导意义。文章设计了稳定型橡胶塑料改性沥青混合料,基于动态模量试验分析稳定型橡胶塑料改性沥青混合料的动态力学特性,建立了动态模量主曲线评价其力学性能,并通过Levenberg-Marquardt非线性回归方法获得了用于预估稳定型橡胶塑料改性沥青混合料动态模量的修正Witczak预估模型。结果表明:与SBS改性沥青混合料相比,稳定型橡胶塑料改性沥青混合料低温抗拉强度提高15%,高温动态模量提高超过40%,其动态模量可以利用修正后的Witczak模型实现较为精确的预估。     

SBS改性沥青低温劲度模量研究

沥青的低温劲度模量与其低温性能密切相关,SBS改性沥青的低温评价指标的确定是反映混合料的低温抗裂能力的基础和前提,本文采用沥青劲度模量的理论模型对五种SBS改性沥青结合料的5℃延度和不同温度下的劲度模量进行研究;同时为了验证试验结果的合理性,采用同一级配,进行了五种沥青混合料的低温弯曲试验,对混合料的低温劲度和弯曲应变能密度与沥青的劲度模量-10C及5℃延度进行了回归分析.结果表明:沥青结合料的-10℃劲度模量值与低温劲度和应变能密度具有明显的相关关系,可以将沥青的-10℃的劲度模量作为SBS改性沥青的低温评价指标.     

掺外加剂沥青混合料路用性能及黏弹性试验分析

为了研究外加剂对沥青混合料路用性能的改善,选取3种外加剂,配制了5种沥青混合料,对其高温稳定性、低温抗裂性能、水稳定性等路用性能及黏弹性进行了试验与分析.试验结果表明:沥青混合料的路用性能与模量关系密切,高温模量最高的抗车辙剂混合料及PR.M混合料的高温稳定性能良好;在低温时模量降低的橡维联混合料的低温抗裂性能良好;添加抗车辙剂与橡维联的沥青混合料兼顾了高、低温性能.掺有抗车辙剂与PR.M的3种沥青混合料,其水稳定性显著改善.配制的5种混合料在不同温度下的蠕变规律基本相同,蠕变变形随时间延长而逐渐增大,直至趋于稳定,混合料抵抗变形能力逐渐提高.对于抗压回弹模量提升效果显著的抗车辙剂和PR.M,其混合料的蠕变劲度模量较其他混合料高.     

氧化和硫化聚合物改性沥青流变性能研究

在基质沥青中加入一定量的SBR、XSBR、SBS,观察对沥青材料常规性能以及-30～100℃下动态力学流变性能的影响。结果表明,加入粉末SBR1500后改性沥青材料薄膜前后的延度和流变性能都有明显的改进,而硫化共混改性可显著提高低温下改性沥青的粘弹性能,低温性能明显改善;同时高温性能得到提高,改性沥青的车辙温度（G＊/sinδ=1kPa）比基质沥青提高约10℃;粘度增大,复合模量提高,在高温区的相位角和损耗因子变小,从而改善了沥青高温粘弹性能。硫化共混改性沥青对使用环境的温度敏感性变小,使改性沥青的高低稳定性能均得到改善,可在高温环境下使用,拓宽了SBR改性沥青的使用范围。