试件类型和加载模式对沥青混合料动态模量的影响研究

为分析试件类型和加载模式对沥青混合料动态模量的影响,采用法国梯形梁试验机和美国沥青混合料性能试验仪,对SMA-m13沥青混合料试件在弯拉和压剪两种受力模式下进行动态模量试验,分析试验温度和荷载频率对梯形梁和圆柱体试件动态模量和相位角的影响。试验结果表明:两点弯拉动态模量与单轴压缩动态模量受荷载频率和温度的影响变化趋势基本一致,在相同试验条件下两点弯拉动态模量小于单轴压缩动态模量;影响两点弯拉动态模量的主要因素为沥青胶结料,单轴压缩动态模量主要受矿料骨架嵌挤作用的影响。     

高原寒冷地区沥青混合料弯拉特性分析

针对青藏高原寒冷地区低温、大温差气候特点,通过沥青混合料弯曲试验,分析了温度、沥青种类、油石比、级配等对混合料弯拉特性的影响。试验得出,沥青混合料弯拉强度随着温度的升高呈上凸抛物线形变化,弯拉应变逐渐增大,劲度模量不断减小;改性沥青和高标号沥青混合料的弯拉强度和弯拉应变较大,劲度模量较小;油石比增加时,沥青混合料弯拉强度先线性增大后减小,弯拉应变增大,劲度模量减小;矿料级配越粗,沥青混合料弯拉强度越大。结果表明,温度对沥青混合料弯拉特性的影响较大,采用改性和高标号沥青,适当增加油石比、采用较粗矿料级配,有利于提高沥青混合料的低温弯曲性能。     

橡胶沥青混合料的动态弯拉模量研究

为了研究沥青混合料的模量特性,应用UTM材料试验机分别采用四点弯曲和梯形梁两种试验方法测试采用70#基质沥青和橡胶沥青两种不同沥青的混合料动态弯拉模量和相位角,根据时温等效原理计算主曲线移位因子并绘制动态模量主曲线和相位角主曲线,分析橡胶沥青混合料的动态黏弹特性;对比分析两种动态弯拉模量试验方法对沥青混合料动态弯拉模量和相位角的影响。结果表明:沥青混合料动态弯拉模量受温度和荷载频率影响较大,随着温度升高而显著减小,同时随着频率增大而增大;高温时,橡胶沥青混合料的动态模量显著大于70#基质沥青混合料,拥有更好的高温性能;橡胶沥青混合料受频率(温度)影响较小,温度敏感性更好;两种试验方法得到的主曲线在低温阶段趋势一致,在高温阶段有所差别,梯形梁试验最低频率为10 Hz,而四点弯曲试验的最低频率为0. 1 Hz,拟合得到的主曲线高温阶段形状更加完整,能更有效地反映混合料高温时的动态力学性能。     

沥青混合料的动态响应影响因素分析

选择3种沥青混合料进行不同试验条件下的沥青混合料性能试验(AMPT),分析了加载频率及试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响;并采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成并分析了沥青混合料动态模量和相位角主曲线。结果表明,随着加载频率的升高,沥青混合料的动态模量逐渐增大,但温度越高,增加幅度越小;动态模量随着加载频率增大,在较低的温度下(5℃和15℃)符合对数增长关系,在较高的温度下(45℃和55℃)符合线性增长关系,但超过45℃后,不同加载频率的动态模量差异较小。不同加载频率的相位角最大值对应的温度不同,加载频率越低,对应的温度也越低。动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响。在低温高频状态下,矿料级配对沥青混合料动态模量的贡献较大;而在高温低频状态下,沥青逐渐软化,结合料对混合料动态模量的影响更为显著。     

本期导读

正采用AMPT设备测试沥青混合料在不同试验条件下的动态模量和相位角,讨论试验温度和加载频率对沥青混合料黏弹性动态响应的影响,并根据时间-温度等效原理,得到了沥青混合料动态模量主曲线……沥青混合料的动态响应影响因素分析(栗培龙等,P1)胶粉颗粒吸收沥青轻质油分而溶胀,混合料的级配需要给胶粉足够的空间,在级配设计时常采用废胎胶粉的颗粒替代矿料级配     

应变水平对沥青混合料动态模量及黏弹性的影响分析

为了研究应变水平对沥青混合料动态模量的影响及弯拉作用下的沥青混合料动态力学性能,使用两点弯曲试验方法对两种沥青混合料进行了不同应变水平下的动态模量试验。结果表明:应变水平越大,沥青混合料的动态模量越小,相位角越大。根据时温等效原理,计算了主曲线的移位因子lg(αT),绘制了动态模量和相位角主曲线,分析了沥青混合料的动态力学性能。通过二元二次多项式回归把主曲线扩展至三维主曲面。研究结果表明:应变水平对沥青混合料的动态模量和黏弹性有显著影响,超载将加速沥青路面的损害。     

基于动态力学分析方法的马来酸酐改性沥青黏弹特性研究

马来酸酐改性沥青在改善环氧树脂-沥青体系相容性方面具有重要的作用,该文对马来酸酐改性沥青进行动态力学分析,通过应变扫描确定线性黏弹范围。分别采用温度扫描、频率扫描得到不同加载条件下沥青动态力学温度谱和频率谱;通过稳态流动试验,并利用Carreau模型拟合计算得到改性沥青的零剪切黏度。研究结果表明:动态力学分析方法能够有效反映沥青黏弹特性的变化,经过马来酸酐改性,沥青的弹性特征增强,高温性能提高,温度敏感性减弱。     

乳化沥青水泥稳定碎石的变形特征试验研究

采用室内试验和对比方法,研究不同温度下,乳化沥青的掺入对水泥稳定碎石的弯拉变形及动态模量的影响规律。研究结果表明:乳化沥青水泥稳定碎石抗弯拉性能良好,常温及低温时的极限弯拉变形及应变功要大于不掺乳化沥青的普通水泥稳定碎石的极限弯拉变形及应变功,高温时两者弯拉性能相近;乳化沥青水泥稳定碎石具有类似沥青混合料的黏弹性特征,回归得到了乳化沥青水泥稳定碎石动态模量与乳化沥青掺量、温度和加载频率之间的关系式。室温下,年变化周期时的乳化沥青水泥稳定碎石动态模量较普通水泥稳定碎石的动态模量下降20%~32%。     

DMA法研究拌和温度对沥青黏弹性能的影响

采用动态力学分析(DMA)方法研究沥青老化前后的黏弹性质,利用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描和频率扫描并分析各黏弹性指标的变化,采用Cross模型和Carreau模型拟合得到沥青的零剪切黏度,分析老化温度对沥青黏弹性能的影响。结果表明:在测定温度范围内,沥青的复数模量|G*|和车辙因子|G*|/sinδ均随测试温度增加而减小但相位角δ增大;在测定频率范围内,沥青的损失模量(G″)和储存模量(G′)均随频率(ω)增大而增大,同等老化程度沥青的G″始终大于G′,且差值随频率增加而减小;对于不同老化温度的影响,零剪切黏度的分析结果与温度扫描、频率扫描关联性较好,老化温度越高沥青的高温性能越好,抗车辙性能越优,但施工和易性下降,且温度超过163℃时老化速度快速增加。     

高比例RAP热再生沥青混合料黏弹性试验

为了研究高比例RAP热再生沥青混合料的黏弹性能,采用动态模量试验对其进行性能试验,分析了混合料动态模量|E*|、相位角φ、抗车辙因子|E*|/sinφ等指标随荷载作用频率和温度的变化规律。同时,利用黏弹性材料的"时间—温度等效原理",结合最小二乘法回归了混合料的动态模量主曲线。结果表明:高比例RAP热再生沥青混合料的黏弹性能非常明显,在低温高频时,混合料表现出更多的弹性性能,在高温低频时,混合料的黏性性质更为明显。     

透水沥青混合料动态设计参数试验研究

透水沥青混凝土相比于传统沥青混合料具有较大的空隙率和良好的透水性。通过动态模量试验对此类材料黏弹性力学特性进行了研究,并通过非线性拟合确定了其动态模量主曲线的回归参数。通过室内试验比对3种透水沥青混合料的动态模量与相位角在不同温度、不同加载频率下的变化情况,发现相同厚度、采用同一高黏沥青的情况下,空隙率对动态模量具有决定性影响,而相位角受空隙率影响不明显。研究对透水沥青混凝土的设计和工程应用具有一定的指导意义。     

基于Han曲线的橡胶沥青结合料相态结构研究

根据橡胶沥青结合料的动态剪切流变试验变异性大的缺点,采用不同平行板间隙和不同目数的胶粉,研究不同温度和频率扫描下,橡胶沥青的复数剪切模量、相位角和相分离温度。结果表明:采用10%最大复数剪切模量作为橡胶沥青结合料动态剪切流变试验的应变控制条件能保证其结果符合线黏弹性假设,采用2 mm平行板间隙能获得试验结果的可重复性;随着橡胶粉粒径的减小,高温条件下橡胶沥青结合料Han曲线斜率逐渐增大,100目细度橡胶粉改性沥青出现相分离温度为70℃,而40,60目及80目胶粉制备的改性沥青相分离温度为60℃;不同温度-频率谱条件下的存储模量曲线出现平台区的温度与Han曲线所反映的相分离温度一致。     

基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型研究

为客观表征沥青混合料的非线性黏弹性及其温度、荷载依赖性,采用法国梯形梁试验仪开展了不同应变水平、不同温度、不同加载频率下的沥青混合料二点弯拉动态模量试验。通过引入非线性算子的方法,提出了基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型构建方法,建立了沥青混合料动态模量主曲面表达式,利用相关系数检验和方差分析方法评价了动态模量依赖模型的可靠性。结果表明:以足尺环道沥青混合料为基础开展的梯形梁二点弯拉试验,0℃时动态模量变异系数均值约为2.5%,45℃时动态模量变异系数均值约为6.2%,10个试验温度下动态模量变异系数均值约为4%,试验方法变异水平低、误差小,具有十分良好的平行性和可靠性;所建立的基于温度与应变参数的动态模量依赖模型表达式,决定系数R~2能够达到0.99以上,F检验的P值为0,模型对试验结果的拟合效果良好,动态模量与温度、应变水平之间具有十分显著的相关性;可采用该模型描述沥青混合料弯拉动态模量,并将沥青混合料动态模量的描述模型由主曲线转变为主曲面。在路面结构分析中使用该模型,能够更加客观地反映实际路面中的非线性响应现象,有效避免了结构分析中由于模量取值不合理,所造成的计算结果失真等问题。     

基于动态模量试验的沥青混合料老化性能研究

为研究沥青混合料老化过程中的动态特性,对在不同温度条件下经受不同频率的动荷载的沥青混合料在不同老化期的动态模量进行试验,分析温度和荷载频率对动态模量及相位角的影响,采用车辙因子对沥青混合料的高温稳定性进行评价,并根据时间温度等效原理建立了不同老化程度的动态模量主曲线。研究结果表明：老化沥青混合料的动态模量和相位角具有明显的温度和频率依赖性,老化使沥青混合料动态模量增大,相位角减小。动态模量主曲线研究结果表明老化使沥青混合料的动态模量在整个温度（或频率）范围内变化幅度减小。     

橡胶沥青混合料动态模量及其主曲线研究

采用单轴压缩动态模量试验测试了不同油石比橡胶沥青混合料在4组不同试验温度、9个不同荷载频率下的动态模量和相位角,然后根据时温等效原理,通过Sigmoidal函数和非线性最小二乘法拟合确定了混合料动态模量主曲线和不同温度间的平移因子。结果表明:橡胶沥青混合料动态模量随温度升高而降低,随加载频率减小而减小;在最佳油石比时橡胶沥青混合料动态模量最高,高温稳定性最好;参考温度为20℃的动态模量主曲线可以很好地拟合试验数据;动态模量平移因子并不适用于相位角主曲线;动态模量主曲线的建立为路面动态设计方法的形成提供了材料参数方程。     

橡胶沥青砂浆与混合料复合模量的关联性

为探究橡胶沥青砂浆与混合料复合模量的关联性,从橡胶沥青砂浆角度预测了混合料的动态模量。首先将粗集料、沥青砂浆作为独立的两个单元,确定了橡胶沥青砂浆级配。然后采用PCG旋转压实法测定了各档粗集料的骨架间隙率,选取最小骨架间隙率作为确定粗集料各档比例和衡量沥青砂浆用量的尺度,设计混合料的空隙率为4%。通过集料的比表面积和沥青膜厚计算了沥青用量,完成了沥青混合料设计。分别按骨架最小间隙体积的85%,95%,100%和110%填充沥青砂浆,采用PCG旋转压实法成型沥青混合料试件,在沥青混合料性能试验仪上测定了混合料的复合模量。采用静压成型法制备沥青砂浆试件,测量了其复合模量。结果表明:沥青砂浆和混合料的复合模量满足幂函数关系,具有极高的相关性,沥青砂浆的动态模量最小,相位角最大;在相同条件下,混合料的动态模量随着沥青砂浆填充率的增加呈增大趋势,相位角无较大差别;根据沥青砂浆和沥青混合料的动态模量数据,采用西格摩德数学模型拟合动态模量主曲线,不仅可对沥青混合料动态压缩模量水平3进行补充完善,推动30%掺量橡胶沥青混合料在沥青路面中的应用,而且可从沥青砂浆角度研究混合料复合模量的黏弹特性。     

沥青混合料温度主曲线研究

沥青混合料是一种温度敏感性材料,温度对于沥青混合料的粘弹参数会产生较大的影响。为了分析温度对沥青混合料粘弹参数的影响,选取两种沥青混合料通过DMA设备进行扫描,根据时温等效原理并采用试算法确定平移因子,根据平移因子与初始值进行拟合最终绘制了复模量、相位角温度主曲线。结果表明:试算法确定平移因子能够避免材料参数较大误差,并且试算法确定的平移因子与频率相关性较好;相位角主曲线随着温度升高而呈现递增规律,复模量随着温度的升高呈现递减规律;30#沥青主曲线与50#复模量值更大,相位角更小;温度主曲线的建立能反映温度的变化规律,完善主曲线参数方程。     

沥青混合料动态黏弹性的分数阶微分本构模型

为准确描述沥青混合料的动态黏弹性力学行为,在分数阶微分Zener模型(FDZ模型)的基础上,提出了一种改进的分数阶微分Zener模型(mFDZ模型),给出了频域内动态模量、存储模量、损耗模量和损耗正切等动态黏弹性能表达式,它们满足Kronig-kramers关系。mFDZ模型参数通过两步确定,一是结合不同温度和加载频率下沥青混合料的复模量试验结果,通过Wicket图给出了mFDZ模型中与温度无关的模型参数,二是利用时间-温度等效原理与WLF方程确定了与温度相关的模型参数,同时得到了沥青混合料动态黏弹性能主曲线。将mFDZ模型与FDZ模型和Sigmoid函数经验模型进行比较,结果表明:传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型只能描述具有对称性的动态黏弹特性,而mFDZ模型能够准确描述沥青混合料的动态黏弹性能的非对称特性,且模型与试验结果吻合良好,克服了传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型的不足,为沥青混合料动态黏弹性力学行为的本构描述提供了新的思路与参考。     

基于2S2P1D模型的沥青混合料老化前后黏弹性参数演变

沥青混合料的黏弹性性能与温度、时间及其胶结料的状态等参数密切相关,而在路面的使用过程中沥青容易受到老化的影响,进一步影响沥青混合料的黏弹性性能。为了让路面设计过程中的参数更为具体,在实验室内对不同老化状态下的SBS改性沥青混合料进行多个频率及温度下的单轴动态模量试验。采用William, Landel and Ferry(WLF)公式对不同温度下的频率进行时温等效转换,然后基于分数阶模型(2S2P1D模型)建立了动态模量及相位角主曲线,分析老化对沥青混合料黏弹性能的影响特征。研究结果表明:2S2P1D模型能够较好地拟合不同老化状态下的SBS改性沥青混合料的动态模量的数据,相关系数大于0.9;沥青混合料的2S2P1D模型中的玻璃态模量E_g和与粘度相关的β参数随着老化程度的增加显著增大。然而,静态模量E_0、分数阶指数k及h随着老化程度的增加而减小。基于该模型建立的储存模量及损失模量的主曲线表明:低频时老化对于沥青混合料的储存模量及损失模量具有不同的影响,当频率趋近于0时,老化对储存模量的影响基本不存在,但是随着老化程度的加深损失模量会显著增强。     

湿度对沥青混合料性能影响研究

为研究湿度对沥青混合料性能影响,采用真空干燥箱和恒温恒湿箱对AC-20C沥青混合料试件进行湿度养生,开展单轴贯入试验、三轴试验、低温弯曲试验以及单轴压缩动态模量试验,获得所选用沥青混合料的高低温性能和不同温度、频率下的动态模量和相位角,并绘制动态模量主曲线。通过分析试验结果,得到如下结论：湿度对沥青混合料的高温性能影响较大,随着湿度增加,沥青混合料黏聚力减小,其高温稳定性主要依靠集料的嵌挤作用;气态水在沥青混合料内部因温度下降而转化为固态会破坏沥青混合料的沥青-集料界面特性,从而导致沥青混合料的低温性能快速下降;湿度对沥青混合料常温黏弹特性也有较大程度影响,具体表现为随着湿度增加,相位角对温度变化更加敏感,同时沥青混合料的动态模量主曲线在低频区间逐渐降低,损害了沥青混合料在该区间抵抗永久变形能力。