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。     

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。     

AC-16型沥青混合料工程设计级配范围研究

新《公路沥青路面施工技术规范》中AC-16沥青混合料的矿料级配范围定的太宽，需结合工程情况提出工程设计级配范围。在提出武汉地区沥青路面使用性能气候分区的基础上，对4种AC-16级配形成的沥青混合料的高温稳定性、水稳定性等使用性能进行了研究，提出适用于武汉地区高等级公路沥青路面的AC-16型沥青混合料的工程设计级配范围，并给出其设计级配的选择建议。     

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.     

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。     

机场AC-20Ⅰ型沥青混合料设计优化研究

以《民用机场沥青混凝土道面设计规范》(MH-5010—1999)中AC-20Ⅰ型级配为基础,参考《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004),利用分形理论及贝雷法优化其级配范围,并进一步对比研究优化级配与机场规范要求级配混合料的路用性能。探讨符合机场道面使用特点的沥青混合料级配优化方法,以供机场道面施工时使用。研究结果表明:优化级配沥青混合料的路用性能符合规范要求,其高温、水稳性能优于规范要求级配。     

重交沥青AC-25I混合料优化设计

针对高速公路许多破坏是由中下面层破坏引起,以及中南地区道路建设的现况,采用重交沥青AH-90对AC-25I型沥青混合料进行级配优化设计研究.通过改善混合料中粗细集料的分布对级配进行优化设计,达到改善沥青混合料的高温稳定性差的目的.     

基于分形理论的沥青路面层间机械摩阻强度行为

为沥青路面层间抗剪切设计及施工提供参考,针对现有沥青路面的结构层组合形式,研究了不同级配结构层组合类型沥青路面层间机械摩阻强度。首先,基于分形理论建立沥青路面层间机械摩阻强度理论模型,并分析了不同级配结构层组合形式的沥青路面机械摩阻强度特性;其次,为验证该理论模型的可靠性,进行了不同级配结构层组合类型的沥青路面剪切试验。结果表明:层间接触表面形态受沥青混合料级配影响较大,其中,级配组合类型为AC-13/AC-16的接触面积最大,然后依次为AC-13/AC-20、AC-16/AC-20;在相同荷载作用下,层间机械摩阻强度受上、下层级配结构层组合类型影响较大,级配结构层组合类型为AC-13/AC-20时,层间机械摩阻强度最大,然后依次为AC-16/AC-20、AC-13/AC-16;在温度为20℃时,层间机械摩阻强度理论值与试验值较接近,表明在该条件下沥青路面层间机械摩阻强度理论模型具有一定的可靠性与适用性。     

细粒式沥青混合料高温稳定性试验研究

车辙是沥青路面的主要病害之一,但目前对沥青混合料高温稳定性的研究还有欠深入。本文在分析高温稳定性的影响因素的基础上,选取了几个AC-13C型典型级配,分别进行了各项沥青混合料高温稳定性的试验研究。结合试验数据,讨论了矿料级配对AC-13C型沥青混合料高温稳定性的影响。在此基础上提出湖北地区重载交通下上面层沥青混合料矿料级配的选择建议。     

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.     

AC-20I型级配沥青混合料的集料级配

沥青混合料的高温稳定性是重要的研究课题，结合几种AC-201型级配沥青混合料的高温稳定性实测数据，讨论了Superpave级配图中混合料级配曲线与高温稳定性的关系．结合Superpave的限制区和控制点理论提出AC-20改进型级配．并给出其合理的马歇尔试验技术指标的推荐值．     

基于遗传算法的沥青路面永久变形预估方法

针对沥青路面永久变形的预估方法进行研究.首先分析永久变形的产生机理,以剪应力作为主要力学指标,提出了路面永久变形的预测模型形式;然后,选用沥青混合料AC13作为试验级配,进行60℃单轴贯入抗剪试验、20℃模量试验及不同温度、不同荷载和不同厚度条件下的车辙试验,利用实测模量采用有限元方法计算车辙试件在不同荷载及不同厚度条件下试件内的剪应力分布;最后依据路面结构的剪应力分析结果、车辙试验以及抗剪试验结果,采用遗传算法确定路面永久变形预估模型的参数,得到基于试验数据及力学分析的沥青路面永久变形预估模型.     

AC-20沥青混合料路用性能优化

综合考虑级配、油石比、砂当量、空隙率和外部荷载等因素,应用正交试验设计和方差理论研究了常用于沥青中面层的AC-20改性沥青混合料组成与路用性能优化问题,优化提出了沥青混合料的组成设计范围。结果表明,空隙率和砂当量是影响路面水稳定性的关键因素,空隙率和粉胶比是影响路面抗车辙性能的又一关键因素,并给出了施工质量控制措施的建议;虽然4.75 mm通过率对马歇尔性能指标的影响不显著,但对70℃高温动稳定度影响很大,优化4.75 mm筛孔通过率可显著提高路面高温稳定性能。     

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。     

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。     

影响沥青路面全厚度车辙关键因素的试验研究

通过不同条件下的沥青路面全厚度车辙试验,就中面层沥青类型、静荷载、路面材料和结构组合设计以及温度等因素对沥青路面车辙的影响进行了研究.结果表明三层沥青路面结构中面层采用改性沥青可以使动稳定度提高50%以上,静荷载引起的车辙变形约占总变形的25%,骨料岩石类别和温度变化对沥青路面车辙影响显著.     

全温域条件下沥青路面永久变形预估方法

为了准确、快速预估沥青路面沥青层永久变形,以江西省泉南高速吉莲段为试验路段,从全温域角度出发,引入分区分级分层的思想,即温度分区、轴载分级、路面分层,建立了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法.通过实测及模型计算得到沥青路面全年温度分布、沥青层沿深度的温度分布曲线和全年轴载分布.根据三轴重复荷载试验建立了SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料永久应变黏弹性力学修正模型,确定了不同温度区间的平均修正系数,可求解不同温度和偏应力下不同荷载作用次数的沥青混合料永久应变.通过原点增长累积和反算累积叠加两种方法计算得到设计年限内沥青路面沥青层的永久变形.计算结果表明,泉南高速吉莲段按原点法和反算法的容许永久变形使用年限分别为6年和12年。反算法准确度更可靠,更贴合实际。同时,提出了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估修正模型,并建立了基于全温域温度分布的沥青路面温度区间内的平均永久变形量与荷载作用次数关系方程和永久变形与温度区间内的平均永久变形量、温度分布频率的关系方程,为全温域条件下沥青路面永久变形快速预估提供一种新方式.     

武黄沥青加铺中面层材料组成与设计研究

随着交通荷载不断增加，沥青路面中面层已经成为主要承载结构层，同时也是出现车辙比较严重的结构层。依托武黄大修改造工程，对其中面层的材料组成与结构设计进行了研究。通过在中面层中就使用改性沥青，设计出抵抗车辙作用更有效的AC-20I型与AC-20S型沥青中面层结构。结果表明，通过选用出色的级配类型以及在中面层的设计中就选用改性沥青，加铺层整体抵抗车辙的能力得到加强，产生车辙的时间延长随之带来的破坏程度也减小。     

动水作用下沥青混合料疲劳性能变化

为研究不同材料组成下沥青混合料抗疲劳性能受动水作用的影响,开发了模拟沥青路面受水、荷载、温度共同作用的室内试验设备并提出了试验方法.将6%、10%、14%3种空隙率,AC-16、SMA-16、SAC-16 3种级配,A-90、A-110、A-130 3种沥青组合成7种沥青混合料;对比分析其动水作用前后的应力疲劳方程参数变化.结果表明:7种沥青混合料动水作用后的疲劳性能均有不同程度衰减.疲劳荷载作用下,动水作用后的混合料沥青膜更易剥落.10%空隙率是AC类混合料的较不利空隙率;其疲劳寿命的衰减程度最大且应力敏感性增加.10%空隙率时,悬浮结构沥青混合料抗疲劳性能受动水作用影响要比骨架结构的大,高标号沥青混合料所受影响比低标号的大.     

考虑沥青混合料泊松比影响的路面结构应力分析

基于数字图像测量方法,通过间接拉伸试验测定了不同温度下沥青混合料的泊松比μ变化规律。低温下,μ在荷载比为0.3~0.8时保持相对稳定,而在接近峰值荷载时呈非线性增长;高温下,μ随荷载比的增大而增大。采用三维有限元计算模型,考虑不同温度下沥青层模量及泊松比的变化,对三种典型路面结构进行分析。结果表明,沥青面层的泊松比对沥青路面结构的最大横向应变和最大剪应变有显著影响:当上中面层模量比小于0.8且沥青面层泊松比增大到一定程度时,轮迹带边缘的沥青混合料在荷载作用下有向车辙两侧流动的趋势,容易产生失稳性车辙。这说明在进行沥青路面结构设计时,有必要考虑沥青结构层的协调组合关系和材料泊松比的影响。