硬质沥青及其混合料高温性能试验研究

本文对硬质沥青(A-30)和目前沥青路面常用的重交沥青(A-70)进行了DSR试验,对比分析了30号硬质沥青的高温性能;对四种沥青混合料进行单轴蠕变试验和车辙试验,分析了30号硬质沥青混合料的高温性能.试验结果表明:硬质沥青混合料可提高路面结构的高温稳定性,适用于基层铺装.     

沥青混合料车辙试验评价指标研究

通过试验分析发现,车辙试验第2阶段剩余空隙率基本不随加载时间改变,由此确定第1、第2阶段分界点。车辙试验的评价参数包括车辙深度、蠕变率和相对变形。蠕变率参数的实质是斜率,无法确定曲线的具体位置;相对变形参数考虑了混合料的压密变形和蠕变变形的总量,可以确立曲线的唯一位置。整体上蠕变率和相对变形之间存在一致的对应关系。经室内车辙试验与现场加速加载试验(ALF)比较,蠕变率和相对变形参数评价结论相同,并与现场实际一致。建议采用蠕变率和相对变形联合评价沥青混合料车辙试验,并且室内车辙试验采用现场初始空隙率试件。     

基于多应力蠕变回复试验的沥青结合料高温性能评价

为了更好地评价沥青结合料的高温路用性能, 基于动态剪切流变仪(DSR)的应用, 选用基质沥青和SBS改性沥青, 在通过震荡试验确定沥青PG高温等级的基础上, 采用多应力蠕变回复(MSCR)试验对比分析和评价了沥青结合料的高温抗车辙性能.结果表明, 现有规范中的震荡试验得到的车辙因子指标G^*/sinδ可以很好地评价基质沥青的高温性能(不适用于改性沥青);而MSCR试验得到的回复率R能很好地表征改性沥青的延迟弹性, 蠕变柔量J_nr则可以考虑取代车辙因子作为沥青结合料高温性能评价的新指标.此外, SBS改性沥青的应力敏感性问题比基质沥青更为显著.     

不同沥青胶结料重复蠕变试验研究

利用重复蠕变试验,对3种不同类型沥青结合料进行高温性能评价,试验结果表明,橡胶沥青高温性能明显优于SBS改性沥青,基质沥青最差。对不同粉胶比橡胶沥青胶浆试验分析发现,累积变形增长率随粉胶比变化呈现出峰值关系,粉胶比为0.3时橡胶沥青胶浆高温性能最差,进行橡胶沥青混合料设计时,粉胶比应尽量远离此值。     

煤岩蠕变特性试验研究

利用自行研制的压缩蠕变试验装置,对煤样进行了蠕变试验研究,根据试验结果,将蠕变强度与瞬时强度进行了比较,拟合得出了蠕变曲线经验公式,认为蠕变试验曲线接近对数规律,建立了蠕变理论模型,并求出了相应的参数.     

煤岩蠕变特性试验研究

利用自行研制的压缩蠕变试验装置,对煤样进行了蠕变试验研究,根据试验结果,将蠕变强度与瞬时强度进行了比较,拟合得出了蠕变曲线经验公式,认为蠕变试验曲线接近对数规律,建立了蠕变理论模型,并求出了相应的参数.     

基于塑性活化能的沥青混合料抗车辙性能优化

为了解决目前沥青混合料抗车辙性能评价指标的不足,实现沥青混合料抗车辙性能的优化,依托城市道路大中修项目,采用离散元模拟和塑性活化能(E_a)评价相结合的方法从级配设计角度对试验路段进行抗车辙优化,其中,重点介绍了塑性活化能相关的理论,并给出E_a指标的试验确定和计算方法。研究过程中,首先通过虚拟蠕变试验确定优化级配,然后对优化级配和原设计级配的沥青混合料进行室内蠕变试验,包括浸水和不浸水,20℃和40℃,有损(300 kPa)和无损(25 kPa)条件下分别进行试验。同时基于理论计算各自E_a大小,分析结果表明优化级配有着较高的E_a。最后为了进一步验证该方法的有效性,采用原设计级配和优化级配的沥青混合料分别进行试验路铺筑,并观测车辙变形情况,对比结果表明优化级配路段抗车辙性能更好,与E_a指标评价结果一致。     

基于加速加载的在役沥青混合料损伤与疲劳性能

采用足尺加速加载试验模拟了现场沥青路面的在役状态,基于便携式地质地震波模量分析仪和劈裂试验对在役沥青混合料的损伤与疲劳性能进行了研究。结果表明:路面地震波模量随加速加载作用次数的增加而不断降低。基于地震波模量检测结果的频散曲线,分析了路面不同深度处地震波模量的衰变规律,发现下面层沥青混合料的临界损伤位置出现在其上部区域。在役沥青混合料的劈裂强度随加载作用次数的增加总体上略有降低。而加速加载作用对在役沥青混合料疲劳抗力的影响随着路面深度的增加而降低。     

基于粘弹性损伤模型的沥青混合料高温性能评价指标研究

在常用的各种力学模型中,修正Burgers模型是目前公认相对准确而又简单的模型,然而该模型只对静态荷载下混合料蠕变特性适用,且不能将延迟粘弹性变形与粘性流动变形区分出来,以此进行车辙预估必然导致预估车辙偏大。将修正Burgers模型看成是由三单元范德普（Van Der Poel）模型与修正的外置粘壶组成,就能将永久应变与弹性应变区分开来,更加合理。考虑耦合损伤的修正Burgers模型能反映混合料高温变形的三阶段,且当卸载时间为加载时间的10倍左右时,残余粘弹性变形占不到10％,可以略去不计。推导间歇加载半正矢波下混合料的本构模型,用origin7．5软件进行拟合,相关度0．99以上。最后提出基于耦合损伤力学模型的混合料高温性能评价新指标蠕变度和平均车辙深度。     

沥青混合料损伤蠕变模型试验研究

在三元件黏弹性模型基础上耦合一个连续性损伤因子,构建一个能够描述沥青混合料三阶段蠕变全过程的损伤蠕变模型。综合考虑黏弹性特性与损伤机制,推导了该模型的本构方程,分析了沥青混合料的蠕变特性。通过沥青混合料在不同应力水平下的单轴压缩蠕变实验,编制非线性拟合程序,得到模型参数和损伤演化曲线。将不同应力条件下模型预测值与实验结果进行对比,结果表明,该模型能准确反映不同应力水平下沥青混合料蠕变过程三个阶段的特征和进入破坏阶段的临界时间。     

High-temperature Creep Behavior Characterization of Asphalt Mixture based on Micromechanical Modeling and Virtual Test

The high-temperature creep behavior of asphalt mixture was investigated based on micromechanical modeling and virtual test by using three-dimensional discrete element method(DEM). A user-defined micromechanical model of asphalt mixture was established after analyzing the irregular shape and gradation of coarse aggregates, the viscoelastic property of asphalt mastic, and the random distribution of air voids within the asphalt mixture. Virtual uniaxial static creep test at 60 ℃ was conducted by using Particle Flow Code in three dimensions(PFC3D) and was validated by laboratory test. Based on virtual creep test, the micromechanical characteristics between aggregates, within asphalt mastic, and between aggregate and asphalt mastic were analyzed for the asphalt mixture. It is proved that the virtual test based on the micromechanical model can efficiently predict the creep deformation of asphalt mixture. And the high-temperature behavior of asphalt mixture was characterized from micromechanical perspective.     

采用离散元法分析路面结构的疲劳特征

为了在考虑疲劳损伤和恢复性能的基础上,获取路面结构在重复荷载作用下的疲劳特征,采用离散元方法建立了路面结构模型,并分析了在正弦重复荷载作用下路面结构沥青层底部的受力特性.由于路面荷载的随机性,分别以荷载大小、荷载间歇时间、荷载作用次序为考察对象,分析其对路面结构沥青层底受力特征的影响.研究结果表明:随着周期荷载作用次数的增大,沥青层底部拉应力快速增大至某一基础值,并在此基础值附近呈周期性波动,拉应变则在以一定幅值波动的同时,呈现整体水平先急剧增大后缓慢增大的规律;延长荷载作用的间歇时间,虽然一定程度上增大了拉应力和拉应变的波动幅值,但却显著降低了沥青层底拉应力和拉应变的整体水平;不同的荷载作用次序在沥青层底引起的应力应变状态不同,从小至大序列的荷载对沥青层造成的损伤明显小于从大至小序列的荷载.     

纤维沥青混合料性能研究

通过对纤维沥青混合料的一系列性能试验,研究了纤维沥青混合料的高、低温性能和水稳定性.试验证明,掺纤维后沥青混合料高温稳定性增强,既吸附沥青又具有明显加筋作用的聚合物纤维效果较显著;纤维沥青混合料低温抗裂性提高,水稳定性改善,其中木质素纤维掺量合适的沥青混合料低温和水稳性效果明显.通过对混合料高温车辙试验结果的分析表明,采用“车辙变形的时间累积”指标和动稳定度指标综合使用可以更有效地评价混合料的车辙试验.     

基于抗车辙能力分析的沥青混合料路用性能研究

车辙是南方沥青路面比较普遍的一种破坏方式,本文通过一系列试验和数据表明了如何增强沥青混合料的高温稳定性,结果表明：影响沥青混合料高温稳定性的因素有很多,沥青路面车辙量的大小主要与沥青和集料的性质、集料的级配、沥青混合料配比、施工条件、以及抗车辙剂及纤维等的掺量有关。     

改性沥青再生特性的试验研究

通过对改性沥青的模拟再生试验,结合改性沥青的再生机理分析了再生后的改性沥青宏观指标以及微观指标,并通过再生后改性沥青的针入度、软化点、延度和粘度的变化规律判定了合理的再生剂用量,说明再生后改性沥青微观指标和老化指标的关系,得出改性沥青再生具有充分可行性的结论.     

高模量沥青混合料路用性能试验研究

对硬沥青混合料、70#沥青混合料、SBS改性沥青混合料分别进行高温稳定性(为0.7 MPa下50 ℃、60 ℃、70℃3个温度状况下的车辙试验)、低温抗裂性(小梁低温弯曲试验)、水稳性(冻融劈裂试验、残留稳定度试验)、疲劳性能(APA疲劳试验)的全面对比试验.试验结果表明,高模量沥青混合料具有较好的抗车辙性能;在-5℃时极限荷载约14 000 N,表明了其仍然具有良好的低温抗裂性能;冻融劈裂试验表明,AC-20C(30#)沥青混合料具有高的冻融劈裂强度比,具有较好的水稳定性.     

高旧料掺配率的再生沥青混合料性能试验研究

近些年来,我国每年都有大量的沥青路面需要维修养护,沥青路面维修产生的废旧沥青路面材料(RAP)越来越多,这些回收沥青路面材料一方面占用宝贵土地资源,污染环境;另一方面回收沥青路面材料中含有的沥青、矿料都是不可再生资源,如果能重复利用将产生巨大的经济和环保效益.利用某高速公路铣刨的RAP,在室内按照厂拌热再生方法进行了高掺配(RAP掺配率为30％)再生沥青混合料的设计,并对其进行了高温稳定性、水稳定性以及低温抗裂性的性能评价,研究表明:再生沥青混合料除低温抗裂性能有所下降外,其余的性能均满足规范要求.