温拌沥青混合料粘弹特性研究

温拌沥青混合料是通过一定的技术措施,降低沥青的粘度,从而沥青混合料可在相对较低的温度下进行拌和施工,其粘弹特性与普通沥青混合料有显著差异,本文从粘弹性理论的角度对温拌沥青混合料高温蠕变这种力学变形行为作进一步研究。采用温拌沥青混合料轮碾成型的板块切割成尺寸为40mm×40mm×80mm的棱柱体试件,在MTS810材料试验机上进行高温压缩蠕变试验,试验荷载分别采用0.1MPa和0.2MPa,试验温度为30℃、40℃和50℃。高温压缩蠕变试验表明,温拌沥青混合料的蠕变柔量较高,随着应力水平的增加,蠕变应变速率增长缓慢,具有更好的抗高温变形性能,即温拌沥青混合料拥有良好的抗车辙性能。     

AC-13沥青混合料细观组分材料强度特性研究

为了研究AC—13沥青混合料细观力学性能参数的获取方法及骨料粒径对沥青混合料强度的影响,逐级去除上一级骨料,利用剩余各档集料质量比不变及集料总比表面积与沥青用量之比保持不变的原则设计各级沥青混合料试件。采用MTS对各级沥青混合料试件进行单轴抗压强度实验,揭示了骨料对沥青混合料强度的影响规律,并为细观状态下沥青混合料细观参数的获取提供了方法。     

高粘弹沥青砂的粘弹性模型参数研究

该文通过蠕变试验和数值模拟相结合的方法标定高粘弹沥青砂的粘弹性参数。通过小梁弯曲蠕变试验研究高粘弹沥青砂的高低温弯曲蠕变性能,得到沥青砂的蠕变柔量曲线,采用移位因子得到松弛模量主曲线,进而对试验结果进行非线性拟合得到广义Maxwell模型的粘弹性参数。采用粘弹性有限元方法对沥青砂小梁弯曲试验进行数值模拟,得到温度影响下跨中挠度和梁底弯拉应变随时间的变化曲线,并与试验曲线进行了对比。数值分析表明:沥青砂蠕变前两个阶段和试验的数据相关性较高。     

不同空隙率沥青混合料的粘弹性能

为了研究沥青混合料在宽频范围内的动态粘弹性能,采用AR-2000型动态剪切流变仪对不同空隙率沥青混合料进行动态频率扫描,得到了复数剪切模量和相位角等粘弹参数。根据时温等效原理,得到了复数剪切模量、相位角随频率变化的主曲线,同时分析了频率、沥青种类、温度和空隙率对沥青混合料粘弹性能的影响;基于主曲线采用CAM模型拟合分析了不同空隙率沥青混合料试件的粘弹性能。结果表明:频率与温度对不同空隙率沥青混合料粘弹性能的影响规律相同;沥青混合料相位角主曲线在中高温时欠光滑;沥青混合料粘弹性能对空隙率有较强的依赖性;应用CAM模型可以较好地分析不同空隙率沥青混合料的粘弹性能,为沥青混合料设计和性能评价提供参考。     

沥青混合料粘弹性能微观力学分析

利用Moil—Tanaka等效夹杂微观力学理论研究了沥青混合料的粘弹性能。将沥青混合料看作刚性粗集料颗粒夹杂于粘弹性沥青砂浆基体内的复合材料,对集料夹杂和沥青砂浆基体的本构方程分别进行Laplace变换成弹性问题,在Laplace空间域内应用Mori—Tanaka等效夹杂和宏观平均理论由沥青砂浆粘弹性能推导出了沥青混合料的粘弹性能。结果表明,粗集料颗粒夹杂对粘弹性沥青基体性能具有增强作用,沥青混合料粘弹本构方程可表示为粗集料增强系数与沥青基体粘弹本构方程的乘积形式。利用增强系数可以从性质较均匀的沥青基体粘弹性来预测性能较复杂的沥青混合料的粘弹性。其中增强系数大于1且随粗集料体积分数或沥青基体的泊松比增加而增大,粗集料体积分数对增强系数的增大作用远大于沥青砂浆基体泊松比对其的影响。     

沥青混合料蠕变柔量转换松弛模量的新方法

为了精确、简便地在广泛时间域内获得沥青混合料的松弛模量,提出了一种利用蠕变柔量转换求解松弛模量的新方法。该方法的主要实现过程为:(1)利用沥青混合料单轴压缩蠕变试验的测量结果获取蠕变柔量;(2)根据松弛模量和蠕变柔量在频率域内的关系,即复数模量和复数柔量互为倒数,得到了松弛模量Prony级数表达式中的黏弹性参数;(3)根据确定的黏弹参数确定松弛模量。针对两种沥青混合料在5个不同温度下的单轴压缩蠕变试验测量结果,利用该方法将蠕变柔量转换得到松弛模量,并根据松弛模量和蠕变柔量在时间域内的关系验证了松弛模量求解的准确性,然后根据时温等效原理绘制了两种类型沥青混合料松弛模量的主曲线。计算结果表明:基于单轴压缩蠕变试验的测量数据,可采用提出的新方法准确计算出沥青混合料在不同温度下的松弛模量,控制误差绝对值在1.4%以内;根据在不同温度下计算得到的松弛模量,绘制松弛模量主曲线可表征更广时间和温度范围内的沥青混合料松弛性质,从而更加全面地描述沥青混合料的黏弹性性质,为沥青混合料的黏弹性分析提供了有效的方法。     

基于尺度方法的AC-13沥青混合料弹性力学特性研究

运用尺度方法预测随机复合材料沥青混合料弹性力学性能:弹性模量E及泊松比μ。通过CT扫描技术获取AC-13沥青混合料细观图像,统计不同粒径骨料随机分布特性。根据统计的随机骨料分布特性,在有限元软件内建立AC-13沥青混合料骨料特性的二维细观模型,选取70 mm×70 mm区域作为计算尺度。对集料及基体材料赋予参数,运用尺度算法程序计算沥青混合料模型;预测得出沥青混合料的弹性力学参数E、μ。     

环氧沥青混凝土的蠕变特性试验研究

环氧沥青混凝土是由热固性环氧树脂改性的沥青混凝土,其粘弹性能与普通沥青及改性沥青混凝土有显著差异。采用固化后的环氧沥青混凝土小梁,在MTS810材料试验机上进行弯曲蠕变试验,试验荷载采用破坏荷载的0 2和0 15,试验温度为20℃、30℃和45℃。弯曲蠕变试验表明,环氧沥青混凝土的蠕变柔量较低,随着应力水平的增加,蠕变应变速率增长缓慢,具有较好的抵抗荷载变形能力。扫描电镜照片揭示了环氧沥青的这种粘弹特性主要是由具有网络特征的环氧树脂性能和颗粒状的沥青用量所决定。     

环氧沥青玛蹄脂粘弹性能的细观研究

采用细观力学理论和粘弹对应原理对环氧沥青玛蹄脂的粘弹性能进行预测。对4种不同体分比的固化后环氧沥青玛蹄脂试件,在20℃下进行单轴压缩蠕变试验。试验表明,理论预测的粘弹性能与试验值相差随着体分比增大而增大。采用愈渗理论对预测值进行校正,校正后的结果和试验值吻合较好。     

沥青混合料蠕变试验的数值模拟研究

对ACIO型沥青混合料圆柱型试件进行5级单轴静载蠕变试验,提取反映沥青混合料粘弹性的Burgers模型参数。结合此参数展开对沥青混合料的粘弹性分析,将提取的Burgers模型参数导入FLAC3d典型蠕变模型中,进而模拟蠕变试验进程。结果显示,FLAC3d能够较好地模拟蠕变试验。     

沥青延迟时间谱的计算及应用

通过对3种沥青静态蠕变试验、动态试验和沥青粘弹性性能的分析，研究了沥青的粘弹性能，得到了3种沥青的蠕变柔量曲线和动态柔量曲线。采用非线性回归法计算分析了沥青的离散延迟时间谱，通过延迟时间谱将沥青的动态柔量转换为蠕变柔量，并将转换值与实测值进行了对比分析。结果表明，转换值与实测值偏差较小，离散时间谱可以很好地转换沥青的动、静态粘弹函数，且物理意义明确。同时，通过比较得知根据短时的蠕变数据可以很好地预测长时的蠕变数据。因此延迟时间谱可以很好地预测沥青的蠕变性能。     

三轴疲劳荷载下沥青混合料SMA-13细观特征动态变化分析

为了研究沥青混合料SMA-13细观特征随疲劳加载过程的变化情况,以揭示沥青混合料细观损伤及其影响其渗透性能的机理,利用马歇尔击实仪制备SMA-13沥青混合料试件,并利用自研三轴疲劳加载设备,针对不同空隙率的SMA-13沥青混合料进行CT动态扫描,提取并分析各试件空隙的数量、面积、等效直径和圆度等参数随疲劳加载过程的动态变化。研究表明:空隙率10%和8%的SMA-13,空隙面积随疲劳加载过程逐渐减小,试件两端的减小量大于试件中部;空隙率6%和4%的试件,两端空隙面积随加载过程逐渐减小,中间层位的先减小后增大。空隙数量随疲劳加载过程逐渐增加,试件中间部位空隙数量增加比较明显,最后阶段时空隙数量沿试件高度方向呈"中间多,两端少"的趋势。空隙等效直径随疲劳加载逐渐减小,疲劳加载后期的空隙圆度总体大于前期。4种空隙率试件的空隙等效直径随疲劳加载而减小,而空隙个数、空隙面积和圆度等参数随疲劳加载的进行变化规律差异性较大。     

SBS改性沥青混合料蠕变性能试验研究

车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形。基于此,对基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行了不同温度及荷载水平下的单轴静载蠕变试验,分析了温度和荷载水平对沥青混合料蠕变特性的影响,并应用Burgers模型对试验进行了模拟。该试验结论指出,Burgers模型可较好地模拟蠕变试验的蠕变柔量曲线,并使用粘弹性理论分析了SBS改性沥青混合料具有较好热稳定性的原因。     

纤维沥青混凝土五单元八参数粘弹性力学模型

为了准确描述纤维沥青混凝土的粘弹性变形性能,在分析其蠕变全过程变形特征和常用粘弹性模型的基础上,提出了纤维沥青混凝土五单元八参数粘弹性力学模型。通过不同纤维体积率和长径比的纤维沥青混凝土小梁弯曲蠕变试验,求解模型参数,研究纤维体积率和长径比对模型参数及沥青混凝土粘弹性能的影响,建立了五单元八参数模型表征的考虑纤维含量特征参数影响的纤维沥青混凝土粘弹性本构方程,并进行了粘弹性分析。研究结果表明:五单元八参数模型能表征纤维沥青混凝土蠕变全过程的粘弹性变形特征,与蠕变试验结果具有较好的相关性;纤维含量特征参数能综合反映纤维体积率和长径比对沥青混凝土粘弹性能的影响,在所研究的试验范围内,纤维沥青混凝土最佳纤维体积率为0.348%,长径比为324,纤维含量特征参数为1.128。     

紫外光老化沥青砂黏弹性的影响因素研究

选择AS-16沥青砂的3种不同级配为S0、S1和S2型,3种不同沥青用量为10.53%(Ⅰ型)、11.41%(Ⅱ型)和12.33%(Ⅲ型),不同老化时间为室内紫外光照时间0,97,194,292,388 h和583 h,制作沥青砂试件进行光老化。对老化前后的试件进行单轴压缩蠕变试验确定其蠕变曲线并经拟合得到黏弹性参数,根据该参数得到反映沥青砂黏弹性能的柔量值及黏弹比值(RV),并分析其变化规律。结果表明:不同级配沥青砂黏弹性能不同,在合理级配下受紫外光影响最小;不同沥青用量黏弹性不同,但不会随着沥青用量的增减而增减,而是在最佳沥青用量时黏弹性受紫外光老化影响最小;瞬时弹性柔量的比例在随着老化时间的增加而增大,黏性流动柔量和延迟弹性柔量则随之减小;黏弹比随紫外光老化时间的增加而减小。     

沥青砂蠕变特性及力学模型研究

进行了沥青砂试样在40℃温度,不同应力水平(0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa和0.3 MPa)下的单轴压缩蠕变试验,分析了其蠕变特性,提出了一个完整描述沥青砂整个蠕变阶段的粘-弹-塑力学模型,该模型由反映弹塑性、粘弹性和粘塑性变形的3个子模型串联构成,通过对粘塑性子模型中粘性系数进行改进,理论推导了模型本构方程.为求得模型参数,编制了非线性拟合程序,得到了参数与加载应力函数关系.进行模型预测与试验结果对比,结果表明,该模型描述了试样在不同应力水平下蠕变变形的3个阶段,能够反映沥青砂粘-弹-塑变形特点.     

沥青砂粘弹性模型参数的试验研究

进行了沥青砂在40 ℃、5种加载应力下单轴压缩蠕变试验,选择Burgers模型分析其粘弹性,通过模型参数与加载应力相关性分析,得到了沥青砂粘弹性本构方程的一般表达式,进行模型预测值与试验结果对比,并分析模型参数对蠕变过程的影响.结果表明,Burgers模型能够描述沥青砂粘弹特性,且模型的弹性系数E1确定了蠕变曲线的初始位置(t=0),弹性系数E2控制了第一阶段蠕变曲线范围,粘性系数η1确定了第二阶段蠕变曲线斜率大小,粘性系数η2主要控制了第一阶段蠕变曲线的弯曲程度.     

间接拉伸虚拟试验模式下沥青混合料的应力分布

为了更准确地评价间接拉伸模式下沥青混合料的二维应力分布状态,利用X-ray CT扫描沥青混合料试件,获取混合料内部真实三维细观结构(集料、砂胶和空隙),根据三维重构理论和重构算法,建立沥青混合料三维虚拟试样.在此基础上,对沥青混合料虚拟试样进行低温、快速加载条件下的间接拉伸虚拟试验仿真.结果表明:不同于以往基于弹性理论解的二维应力均匀分布结论,混合料试件水平轴向和竖直轴向上的应力都不再均匀对称分布,最大应力也不再出现在试件中心处.间接拉伸虚拟试验方法克服了以往忽略混合料内部细观结构的缺陷,可以更为真实地模拟试件受荷作用下的力学状态.研究方法是对计算机数字化设计沥青混合料目标的有益探索.     

沥青混合料小梁蠕变试验与数值分析

蠕变性能是评价沥青混合料的重要指标之一。利用三分点小梁弯曲试验对沥青混合料的蠕变性能进行研究,探讨加载水平对蠕变曲线的影响。通过对试验蠕变曲线的拟合,获取沥青混合料的粘弹性参数,利用有限元方法对沥青混合料小梁的弯曲蠕变试验进行数值模拟,得出不同温度及不同荷载条件下沥青混合料小梁蠕变规律,并与试验结果进行比较。研究表明,同一温度下,随着应力水平的增大,永久变形会随之增大,且稳定期应变发展速率也会增大;粘弹性数值分析结果与试验结果吻合良好,可以反映沥青混合料蠕变前2个阶段的变形特征。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.