基于离散元法的沥青混合料性质分析

基于离散元理论方法,以AC-13、SMA-13两种混合料作为研究对象,介绍生成颗粒的方法,对比两种混合料颗粒生成情况与现实是否相符,结果表明:建模得到的两种混合料是悬浮密实型和骨架密实型,与实际相符;以两种混合料的劈裂试验为基础分析两者的性质,验证离散元方法的可行性。     

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。     

橡胶颗粒沥青混合料破冰试验及其数值模拟

为了揭示橡胶颗粒沥青混合料的破冰机理,通过构建不同冰层厚度条件下橡胶颗粒沥青混合料与冰层相互作用的离散元数值模型,将摆值平均加权回升量及摆值平均加权回升率的宏观参数与应变能及颗粒位移的细观参数进行比较发现:在冰层厚度达到4 mm的节点处,摆值平均加权回升量及摆值平均加权回升率基本达到了恒定值;当冰层厚度为1 mm时,模型中颗粒的位移最大,克服冰层颗粒间拉力所消耗的应变能最大.最后,从宏观角度与细观角度研究了橡胶颗粒沥青混合料的破冰机理.     

离散元法分析集料接触特性对沥青混合料剪切疲劳寿命的影响

基于CT断层扫描和图像处理采集到的沥青混合料内部结构信息,采用Matlab软件编写程序获取混合料内部集料接触特性,借助颗粒流软件PFC3D建立混合料剪切疲劳试验三维离散元模型,模拟考虑损伤的沥青混合料剪切疲劳寿命,研究集料接触特性对沥青混合料剪切疲劳寿命的影响,并对模拟结果加以试验验证。研究结果表明,考虑疲劳损伤的沥青混合料剪切疲劳三维离散元法可以较好地模拟沥青混合料剪切疲劳试验,得到的剪切疲劳寿命模拟值与试验值误差较小。集料接触点和总接触长度对沥青混合料剪切疲劳寿命影响显著,集料接触点数越多,总接触长度越大,混合料的剪切疲劳寿命越大;水平截面上集料接触方位角对沥青混合料剪切疲劳寿命影响较小,其两者间相关性不明显。此外,集料粒径和空隙率对沥青混合料中集料接触特性有较大的影响。相同的试验条件下,沥青混合料内部集料接触点数和总接触长度随集料粒径的增大而增加,随空隙率的增大而减少。     

硫酸盐腐蚀再生橡胶颗粒沥青混合料冻融劈裂试验

针对国内外硫酸盐腐蚀环境中再生橡胶颗粒沥青混合料冻融劈裂试验鲜有研究的现状,采用１０％Ｎａ₂ＳＯ₄溶液加速劣化下的真空饱水冻融循环劈裂试验,研究在硫酸盐腐蚀介质中,橡胶颗粒的粒径和掺量对再生橡胶颗粒沥青混合料的抗冻融性能的影响。试验结果表明：随着冻融循环次数的增加,再生沥青混合料的ＴＳＲ值逐渐降低,空隙率逐渐增大,高浓度饱和硫酸盐腐蚀环境加速劣化了再生沥青混合料的性能;在冻融循环次数一致的条件下,掺加小橡胶颗粒的再生沥青混合料的ＴＳＲ值优于普通再生沥青混合料的ＴＳＲ值和掺加大橡胶颗粒再生沥青混合料的ＴＳＲ值。在最佳橡胶颗粒掺量下,掺加小橡胶颗粒的再生沥青混合料的抗冻融性能最优。     

沥青混合料的细观结构分析软件MASAC指标体系

基于图像处理算法研究的基础上,编制适用Windows系统的用于专门进行沥青混合料的细观结构分析软件MASAC。主要阐述沥青混合料的细观结构分析软件MASAC指标体系,并对部分指标的功能进行简单的介绍。该指标体系分成5大类,即:集料颗粒的形状、集料颗粒的排列方式、集料颗粒的接触关系、集料间孔隙以及集料的分布状态。在对细观结构分析的基础上,可以研究沥青混合料细观结构与宏观性能的内在联系,评价沥青混合料均匀性好坏。     

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。     

橡胶颗粒沥青混合料路用性能室内试验研究

为评价橡胶颗粒沥青混合料路用性能,采用室内试验的方法对橡胶颗粒掺量3%、采用不同活化及改性方式的橡胶颗粒沥青混合料进行路用性能分析.得到如下主要结论:TPS改性沥青加入后,混合料浸水残留稳定度及冻融劈裂强度比分别达到94%和90%,TPS可显著提高混合料的水稳定性,采用环烷油浸泡及TOR改性的方式可更大程度地提高混合料水稳定性;TPS可显著提高混合料的高温稳定性,随TPS掺量增加,混合料动稳定度逐渐提高,采用TOR复合改性和环烷油浸泡活化方式对混合料高温稳定性提高较小;不同的沥青改性方式和橡胶颗粒活化方式对其低温抗开裂性能影响甚微.     

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%。     

Microstructure modeling and virtual test of asphalt mixture based on three-dimensional discrete element method

The objective of this work is to model the microstructure of asphalt mixture and build virtual test for asphalt mixture by using Particle Flow Code in three dimensions(PFC~(3D))based on three-dimensional discrete element method.A randomly generating algorithm was proposed to capture the three-dimensional irregular shape of coarse aggregate.And then,modeling algorithm and method for graded aggregates were built.Based on the combination of modeling of coarse aggregates,asphalt mastic and air voids,three-dimensional virtual sample of asphalt mixture was modeled by using PFC~(3D).Virtual tests for penetration test of aggregate and uniaxial creep test of asphalt mixture were built and conducted by using PFC~(3D).By comparison of the testing results between virtual tests and actual laboratory tests,the validity of the microstructure modeling and virtual test built in this study was verified.Additionally,compared with laboratory test,the virtual test is easier to conduct and has less variability.It is proved that microstructure modeling and virtual test based on three-dimensional discrete element method is a promising way to conduct research of asphalt mixture.     

基于离散单元方法的多孔沥青混合料级配比选

应用离散单元方法结合PFC2D软件,对多孔沥青混合料的级配进行了评价,建立了细观尺度上的直观离散元数值模型,构建了粗细两种级配的PAC-13多孔沥青混合料骨架结构二维模型,进行了结构稳定性虚拟试验.仿真结果表明,相同空隙率条件下,PAC-13粗型级配的骨架结构比细型级配更稳定,结构承载力和抵抗局部变形的能力更佳.同时进...     

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/废胶粉复合改性沥青的制备

为了提高苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)/废橡胶粉复合改性沥青的综合性能,同时解决常规胶粉掺量造成的高粘度和相容性问题,利用单因子实验和对废胶粉进行接枝处理,研究不同工艺及其因素对沥青性能的影响.研究得出低掺量接枝胶粉能有效解决高粘度和离析问题,最优配方为:SBS掺量质量分数2.5%,接枝胶粉掺量质量分数1.5%,溶胀剂掺量质量分数4%,稳定剂掺量质量分数16%.     

废橡胶粉对SBS改性沥青的老化性能影响研究

在SBS改性沥青中加入糠醛抽出油溶胀后的活化废橡胶粉制备SBS/胶粉复配改性沥青,并对其热老化前后的软化点、针入度、延度等性能进行测试,表明在SBS改性沥青中加入胶粉并不影响改性沥青的热老化性能,而且对改性沥青的耐热老化性能还有一定程度的提高.对几组复合改性沥青的紫外线老化试验也表明加入废橡胶粉能够提高改性沥青的抗紫外老化性能.     

废橡胶粉对SBS改性沥青的老化性能影响研究

在SBS改性沥青中加入糠醛抽出油溶胀后的活化废橡胶粉制备SBS／胶粉复配改性沥青,并对其热老化前后的软化点、针入度、延度等性能进行测试,表明在SBS改性沥青中加入胶粉并不影响改性沥青的热老化性能,而且对改性沥青的耐热老化性能还有一定程度的提高．对几组复合改性沥青的紫外线老化试验也表明加入废橡胶粉能够提高改性沥青的抗紫外老化性能．     

Microscopic and dynamic rheological characteristics of crumb rubber modified asphalt

A test for crumb rubber modified asphalt containing 20% crumb rubber particles(30 mesh) was performed using a scanning electron microscope(SEM).The experimental results indicate that the crumb rubber particles are evenly distributed in the asphalt.Shear rate sweep and shear-temperature sweep tests on the crumb rubber modified asphalt at-20-80 ℃ using a dynamic shear rheology(DSR) instrument,were carried out.The tests show that the complex modulus decreases with increasing temperature;at equivalent temperature,higher load frequencies lead to a larger complex modulus,and this value increasingly decreases as the temperature increases;the phase angle increases with temperature and decreases as the load frequency increases.It can be concluded that the rutting resistance limiting temperature of crumb rubber modified asphalt is 78 ℃,and the anti-fatigue limiting temperature is 16 ℃,which shows that the asphalt has preferable rutting resistance characteristics at high temperature,as well as anti-fatigue characteristics.In addition,the complex modulus master curve at different temperatures was plotted according to the time temperature equivalence principle,which allows the study of the dynamic state behavior of crumb rubber modified asphalt at a wide range of load frequency.     

测试条件对橡胶改性沥青黏度的影响分析

橡胶沥青属于典型的非牛顿流体,黏度作为表征橡胶沥青的主要指标,测试条件对其影响很大。Brookfield旋转黏度得到了广泛的应用,但国内外对于橡胶沥青黏度测定转子与转速的选择尚不明确。为了分析测试条件对橡胶沥青黏度的影响,选择不同规格的SC4-21#,SC4-27#转子,分别在10 r/min,20 r/min,50 r/min,100 r/min的不同转速下,测试0%,5%,10%,15%,20%,25%不同胶粉掺量橡胶沥青样品的180℃黏度,同时采用插值法得到橡胶沥青50%扭矩对应的黏度,通过流变学原理分析沥青黏度试验的原理及变化规律。分析了转子与转速对橡胶沥青黏度以及扭矩值的影响,建立了扭矩与橡胶沥青黏度的关系,并推荐了不同测试精度要求的橡胶沥青180℃黏度时的转子和转速,有利于橡胶沥青黏度测试结果的有效性与可比性。