沥青混凝土永久变形预估方法研究

提出了一种新的沥青混凝土永久变形预估模型,该模型理论明确,有效考虑了剪切因素,用单轴贯入抗剪强度表征沥青混合料本身的抗变形能力,用面层内剪应力表示结构的抗车辙属性.通过不同温度、压力及厚度下的车辙试验,基于分层叠加的基本思想确定了沥青混凝土永久变形预估模型;同时根据波尔兹曼线性叠加原理,在永久变形预估模型中考虑了行车速度;最后采用不同的沥青混合料对该模型进行了验证.结果表明:永久变形预估模型能够较精确模拟沥青混凝土的变形规律,对不同的沥青混合料具有通用性,从而为建立正确的车辙预估方法奠定了基础.     

变温下沥青混合料的变形特性

采用沥青路面分析仪（asphalt pavement analyzer,APA）进行室内试验模拟,对恒温、变温下的沥青混合料变形特性进行了研究,并分析了影响因素.结果表明,恒温下沥青混合料的变形曲线可以分为延迟弹性变形和黏性流动变形阶段;无论升温还是降温,第2温度下的变形曲线都由延迟弹性变形和黏性流动变形组成;第2温度下的变形特性受荷载作用次数、荷载大小、温度、应力历史、间歇时间以及混合料自身特性的影响.     

乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸疲劳性能

采用Cooper试验机测试了乳化沥青冷再生混合料在不同温度和应力水平下的劲度模量及15℃下的间接拉伸疲劳性能.结果表明:乳化沥青冷再生混合料劲度模量随着温度的升高或应力水平的增加而逐步降低,劲度模量与温度、应力水平均具有很好的线性相关性;在低应力水平(100,200 kPa)下,掺水泥乳化沥青冷再生混合料疲劳性能优于无水泥乳化沥青冷再生混合料,而在高应力水平(300,400 kPa)下,掺水泥乳化沥青冷再生混合料疲劳性能劣于无水泥乳化沥青冷再生混合料.乳化沥青冷再生混合料竖向位移(变形)的发展主要经历了3个阶段,表现出一定的黏弹塑性,其疲劳破坏属于塑性破坏.     

多聚磷酸复合改性沥青混合料的路用性能

采用重复蠕变恢复试验分析了多聚磷酸对基质沥青、SBS及SBR改性沥青抗变形恢复能力的影响,并通过贯入剪切试验、半圆弯拉试验及弯曲疲劳试验评价了多聚磷酸对基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料及SBR改性沥青混合料抗剪切性能、低温抗裂性能及疲劳性能的影响,采用Weibull分布分析了不同沥青混合料在不同失效概率下的疲劳性能.结果表明:多聚磷酸的掺入显著增加了沥青的黏度,对其弹性变形恢复能力贡献较小,而SBS改性剂可大幅度提高沥青的弹性变形恢复能力;多聚磷酸能够明显改善沥青混合料的高温抗剪稳定性;通过复配SBS或SBR改性剂,可有效弥补多聚磷酸对沥青混合料低温性能的负面影响;多聚磷酸对沥青混合料的疲劳性能也有一定程度的改善.     

基于离散元法空隙分布对沥青混合料剪切疲劳寿命影响研究

基于嵌入BUGERS模型的三维离散元,建立了重复单轴贯入试验模型,研究空隙特征对于沥青混合料的剪切疲劳寿命的影响。研究结果表明,考虑空隙特征与否都能通过三维离散单元法对沥青混合料疲劳寿命进行模拟。考虑空隙特征即考虑空隙实际尺寸与分布状态的模拟方式与实验结果更接近;并且沥青混合料的疲劳寿命与试件的级配、温度、空隙率有关;随着级配的增大,沥青混合料疲劳寿命增大;随温度升高,沥青混合料疲劳寿命减小、随试件的空隙率的增大沥青混合料疲劳寿命减小,其中温度因素影响显著。     

浇注式沥青混合料疲劳特性研究

根据四点弯曲疲劳试验曲线特征,将浇注式沥青(GA)混合料劲度模量随加载循环次数的累积过程分为3个阶段,并将宏观力学性能发生剧烈变化的第3阶段定义为沥青混合料疲劳裂缝出现区域.试验研究了应变水平、沥青用量和试验温度与沥青混合料劲度模量和疲劳寿命的关系,结果显示:第1阶段GA混合料劲度模量衰变至初始劲度模量的80%左右,占总疲劳寿命的5%～10%;第2阶段劲度模量衰变较为缓慢,与加载次数呈线性关系,占总疲劳寿命的70%～85%;第3阶段占总疲劳寿命的5%～10%.较高应变水平下GA混合料也有非常好的疲劳耐久性;增大沥青用量不能显著提高GA混合料的疲劳寿命;GA混合料疲劳寿命对温度非常敏感,且随着温度的升高而增加.     

乳化沥青水泥稳定碎石混合料的疲劳性能试验

为研究不同乳化沥青掺量下水泥稳定碎石混合料的疲劳性能,对室内静压成型的中梁试件进行了四点弯拉疲劳试验,并基于Weibull分布建立了乳化沥青水泥稳定碎石混合料的疲劳寿命预估模型.结果表明:掺入乳化沥青后,水泥稳定碎石混合料的弯拉强度略微降低,但弯拉变形和弯拉应变功显著增大;混合料的疲劳寿命在低应力水平下明显提高,在高应力水平下近似不变,乳化沥青的掺入有效提高了水泥稳定碎石混合料的疲劳性能.     

应力吸收层沥青混合料性能研究

采用2种Strata-T改性沥青,通过单轴贯入试验及复合车辙试验分析了应力吸收层(SAMI)沥青混合料的抗剪性能;通过0～25℃小梁弯曲试验及15,25℃疲劳试验,分析了SAMI沥青混合料在不同温度下的弯拉及疲劳性能;同时将SAMI沥青混合料与SBS改性沥青混合料(AC5)的主要性能进行了对比分析.结果表明:设置SAMI的路面结构其抗车辙能力并不会显著降低,SAMI沥青混合料在O～25℃均具有很好的变形能力,并得到了SAMI沥青混合料的疲劳方程.     

浇注式沥青混凝土疲劳损伤分析

根据应力等效假设,以劲度模量作为浇注式沥青混凝土疲劳损伤参量,将浇注式沥青混凝土劲度模量损伤因子增量随加载次数的累积过程分为3个阶段,并将宏观力学性能发生剧烈变化的第3阶段定义为浇注式沥青混凝土疲劳裂缝出现区域.通过对不同温度下浇注式沥青混凝土疲劳损伤试验结果的分析,定义了浇注式沥青混凝土疲劳破坏时的损伤因子为临界损伤因子,分析得到了浇注式沥青混凝土疲劳破坏时损伤因子与疲劳寿命之间的幂函数关系,建立了考虑温度因素的疲劳损伤模型.     

沥青混合料同轴剪切重复荷载试验方法与评价指标

在分析车辆荷载对沥青面层结构作用模式的基础上,设计了沥青混合料同轴剪切重复荷载试验,提出以剪切回弹模量和塑弹比为评价指标来判别沥青混合料剪切变形特性.基于3种沥青、2种级配混合料的同轴剪切重复荷载试验结果,评判剪切回弹模量与塑弹比指标的合理性,分析它们的影响因素及变化规律.结果表明:剪切回弹模量与塑弹比指标可以反映沥青混合料剪切变形黏弹性本质特征,并与混合料动稳定度存在良好的相关性;采用改性沥青、增大沥青混合料最大公称粒径、降低峰值荷载、缩短荷载周期,将提高沥青混合料剪切回弹模量、降低塑弹比.     

基于流变学的复合改性橡胶沥青黏弹特性研究

基于流变学理论评价复合改性橡胶沥青的黏弹特性,采用动态剪切流变仪分别对基质沥青、改性沥青、不同添加剂下的复合改性橡胶沥青、干法橡胶颗粒及工厂化橡胶沥青进行滞回环试验,从残余变形、弹性贮能、耗散能、弹性比例和复合弹性模量等指标进行评价改性剂对橡胶沥青的复合改性作用及黏弹性能影响,并对试样进行应变扫描、温度扫描、频率扫描和时间扫描等常规动态剪切流变试验。结果表明:在高温条件下,复合改性橡胶沥青性能明显优于基质沥青和改性沥青;不同改性剂对橡胶沥青复合改性明显,其中PE改性剂可以提高橡胶沥青的抗永久变形能力,但是抗疲劳特性较差,岩沥青可以增加橡胶沥青的刚度、黏性流动和抗疲劳性能;脱硫胶粉与改性剂的溶胀作用明显;工厂化橡胶沥青和干法橡胶颗粒的抗疲劳特性明显,应根据不同应用场合的需求对橡胶沥青进行复合改性。     

高温条件下沥青路面结构剪应变分析

温度和应力荷载的耦合效应是评价沥青路面结构稳定性的关键因素。温度梯度和外荷载是路面结构变形和破坏的直接原因。基于沥青混合料热粘弹变形理论,建立了高温动态载荷作用下路面破坏的耦合动力学模型,模拟分析了沥青路面温度场和应力场的分布规律以及影响沥青路面破坏的关键因素。模拟结果与监测结果基本一致,表明该模型用于沥青路面日变温度分析是可靠的。天气情况对监测结果有很大影响,温度变化直接影响模量,进而影响压缩性和抗剪强度,但对竖向应力影响不大。通过对不同温度下沥青路面变形的监测和模拟结果的比较,进一步验证了模型的可靠性,为沥青路面的优化设计和损坏控制技术提供了关键参数。     

Fatigue of asphalt binder,mastic and mixture at low temperature

The fatigue damage is one of the most common distresses observed on the asphalt concrete pavement. To thoroughly understand the fatigue of asphalt concrete, the behaviors of the major components of asphalt concrete under cyclic loading are investigated respectively in this study. A new experiment method is developed to evaluate the performances of asphalt binder, mastic and fine aggregates mixture under cyclic tensile loading. The fatigue test results of asphalt binder show that the fatigue performance of asphalt binder is closely related with loading magnitude, temperature and loading rate. Mastic specimens with different filler content are tested and the results indicate that mastic specimens with 30% filler content show better fatigue resistance and higher permanent strain. The micro-structure analysis of mastic and mixture indicates that the fatigue resistance is closely related with the air void content of specimen. 3D digital specimens are developed to model the fatigue of the asphalt binder, mastic and mixture specimens based on the finite element method (FEM). Fatigue damage of asphalt concrete is simplified by a damage model. With proper selection of damage parameters, the simulation results agree well with laboratory test results and can be used as a basis for future fatigue research.     

PVP修饰石墨烯对SBS改性沥青流变性能的影响

为研究经聚乙烯吡咯烷酮(PVP)处理后的石墨烯对SBS改性沥青流变性能的影响,通过高速剪切机在SBS改性沥青中掺入PVP修饰石墨烯,制备了石墨烯-SBS复合改性沥青,并采用动态剪切流变仪、温度扫描和线性振幅扫描试验,对复合改性沥青流变性能及抗疲劳性能变化规律进行研究,同时结合弯曲梁流变仪试验探索了复合改性沥青低温抗裂性...     

Analysis of water and thermal sensitivity of open graded asphalt rubber mixtures

This research investigates the water and thermal sensitivity of two open graded mixtures prepared with asphalt rubber binder, one mixture containing lightweight aggregates (expanded clay) replacing a part of coarse fraction. Fatigue tests using the CoAxial Shear Test (CAST) apparatus were performed in both dry and wet conditions with and without temperature cycles. Results showed that fatigue resistance of the studied materials was only little affected by water and temperature cycles and superior to traditional open graded mixtures produced with SBS modified bitumen only. The results were also validated and modelled by means of an elasticity-based damage model.     

地毯式沥青混合料结构在小西冲大坡度弯道钢桥的创新研究地毯式沥青混合料结构在小西冲大坡度弯道钢桥的创新研究

可卷曲和延展性沥青混合料结构在安徽小西冲大坡度弯道钢桥的首次应用研究,地毯式沥青混合料创新了钢桥面的铺筑结构类型。混合料具有较高的耐疲劳性、反复弯曲应变性、抗高温变形和抗低温抗裂的复合性能。通过室内混合料的理论行为研究与现场铺筑工艺行为特征的演变过程,对今后特殊钢桥面的设计结构类型奠定了理论与实践基础。     

沥青混合料抗剪强度影响因素评价指标研究

较高的抗剪强度可以保证沥青混合料在高温下具有良好的抵抗永久变形的能力。主要采用单轴贯入试验,就如何选择高性能沥青混合料的材料设计参数指标进行了研究。研究结果表明,除了沥青的性能外,粗集料、特别是细集料的性能对沥青混合料抗剪性能也有极大的影响。在进行沥青混合料设计时,采用高棱角性指标的粗、细集料以及高粘度的沥青来提高沥青混合料的整体抗剪强度。并且在施工时控制混合料的压实度以确保沥青路面的长期性能。     

抗车辙剂与玄武岩纤维复合改性沥青混合料及性能研究

将玄武岩纤维与抗车辙剂RA进行复配,对沥青混合料进行改性。分析了抗车辙剂和玄武岩纤维掺量对复合改性沥青混合料高低温性能、水稳定性和抗疲劳性能的影响,并与5%SBS改性沥青混合料进行对比。结果表明,掺加抗车辙剂RA能显著改善沥青混合料的高温稳定性和水稳定性,掺加玄武岩纤维能大幅度提高抗车辙剂RA改性沥青混合料的低温抗裂性能和抗疲劳耐久性能。推荐采用0.4%RA与0.35%玄武岩纤维复配方案,该复合改性沥青混合料的力学性能、路用性能与抗疲劳耐久性能优于5%SBS改性沥青混合料。     

沥青路面用橡胶沥青混合料低温疲劳性能研究

采用四点弯曲疲劳试验对比研究了普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料和橡胶沥青混合料的低温疲劳性能。结果表明,在温度较低(0℃)时,橡胶沥青混合料的弯曲疲劳性能优于基质沥青和SBS改性沥青混合料,具有较好的抵抗反射裂缝的能力。