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。     

沥青混合料动态模量主曲线研究

沥青混合料是典型的粘弹性材料,其力学性质受温度和荷载作用频率的影响很大,基于时间-温度置换原理的沥青混合料的动态模量主曲线可以很好的描述这一行为,在路面结构设计和力学分析中具有重要作用。在介绍沥青混合料动态模量主曲线的原理的基础上,以2种类型的Superpave沥青混合料为例,详细叙述了利用时间—温度置换原理确定沥青混合料动态模量主曲线的步骤,并绘制了主曲线和时间—温度转化关系图用以描述沥青混合料的粘弹性。     

沥青混合料动态模量Hirsch预测模型的验证研究

动态模量可以描述沥青混合料对温度和荷载频率的敏感性,从而可以客观地反映沥青混合料在路面结构中的行为特性。本文对SMA 13、Superpave 20、Superpave 25和ATB 25等4种沥青混合料分别进行了不同温度和荷载频率下的动态模量试验,并利用DSR对混合料中所用的两种沥青胶结料(普通70号沥青和SBS改性沥青)进行对应温度和荷载频率下的动态剪切模量试验,利用试验结果对动态模量Hirsch预测模型进行了验证研究。研究结果表明利用Hirsch模型预测动态模量的精度较好,只是在高温和低荷载频率时预测偏差较大。     

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。     

热再生沥青混合料动态模量试验研究

为了对热再生沥青混合料的动态特性做进一步的研究,采用简单性能试验机（SPT）采用不同温度和荷载频率分别测试了热再生沥青混合料和普通热拌沥青混合料在动态模量与相位角。在分析以上实验数据的基础上进一步分析了荷载频率、试验温度对沥青混合料动态特性的影响。依据时一温等效原理,借助西格摩德（Sigmoidal）函数通过拟合最终确定了两种沥青混合料动态模量主曲线和位移因子。结果表明热再生沥青混合料其动态模量与普通沥青热拌混合料基本相当,其力学性能得到一定程度的恢复。     

国产岩沥青混合料动态模量研究

为了研究岩沥青改性沥青混合料的动态特性,应用简单性能试验机(SPT)测试了不同掺量岩沥青改性沥青混合料在不同温度和荷载频率下的动态模量与相位角,分析频率、温度对沥青混合料动态特性的影响。通过非线性最小二乘法采用Sigmoidal模型拟合沥青混合料动态模量曲线,根据时-温等效原理,确定了沥青混合料动态模量主曲线,结果表明:岩沥青改性沥青混合料可以有效提高混合料的动态模量,改善其力学性能。     

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。     

SAC13沥青混合料动态模量梯形梁试验研究

选用70~#基质沥青和SBS改性沥青设计了两种SAC13沥青混合料,使用梯形梁试验方法进行了动态模量试验研究,考察了沥青材料和荷载水平对动态模量及相位角的影响。基于时温等效原理,计算了主曲线移位因子,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和黏弹性能;利用非线性数值回归得到了动态模量三维主曲面。结果表明:主曲线能够较为全面地反映沥青混合料的动力学性能,通过改善沥青材料性能可以提高沥青混合料的路用性能;在两点加载模式下,随着应变水平的增加,动态模量减小,相位角增大;应变水平对动态模量和相位角的影响并非恒定,在高温(低频)时,应变水平的影响更加显著;超载会显著加速路面损坏,不仅仅因为荷载超过了路面承载力,而且因为荷载水平的增加降低了路面结构本身的力学性能。     

应用主曲线确定沥青混合料的粘弹性参数

应用频率扫描试验测定了不同温度、不同频率作用下三种沥青混合料的动模量及相位角,并应用时温叠加原理及Sigmoidal函数确定了沥青混合料在某一参考温度下的动模量主曲线及相位角主曲线。同时以广义麦柯斯韦模型的本构关系为基础,通过傅立叶变换实现了沥青混合料频域模量到时域模量的转换,并根据动模量主曲线、相位角主曲线数据计算了沥青混合料的储能模量,在此基础上确定了广义麦柯斯韦模型的粘弹性参数。结果表明,应用频率扫描试验确定沥青混合料的粘弹性参数,较其他试验方法简单易行,数据稳定可靠。     

沥青混合料动态模量试验及模型预估

为了研究沥青混合料的动态特性,应用简单性能试验机(SPT)测试不同类型沥青混合料的动态模量与相位角.分析围压、频率、温度对沥青混合料动态特性的影响,依据时-温等效原理,通过非线性最小二乘法拟舍得到沥青混合料动态模量的主曲线,并采用修正的Witczak模型预估沥青混合料的动态模量.结果表明:频率与温度对沥青混合料动态特性的影响规律相同,而围压对动态特性的影响依赖于荷裁作用频率和试验温度;动态模量主曲线连续而光滑,相位角主曲线并不连续;采用修正的Witczak模型可以很好地预测沥青混合料动态模量值.     

加入聚酯纤维对沥青混合料动态模量的影响

为了研究纤维的加入对沥青混合料动态模量的影响,采用SPT简单性能试验机测试普通AC13沥青混合料及加入聚酯纤维的AC13沥青混合料在3种不同温度及10种不同频率下的动态模量值,根据时温等效原理,利用Origin 8软件的非线性曲线拟合功能,拟合出这两种沥青混合料的动态模量主曲线sigmoidal模型,从而得出纤维的加入...     

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。     

刚性基层沥青路面参数动态反演

为了对刚性基层沥青路面结构的模量反演提供参考,采用谱单元法作为正分析方法,利用实测弯沉时程曲线和理论计算结果构造优化目标函数,通过数值优化方法对沥青路面力学参数进行动态反演,并与传统静态方法反演的结果进行了比较。结果表明：传统静态方法反演得到各结构层的弹性模量,动态方法反演能得到沥青层动态模量主曲线和相位角主曲线以及其他结构层的弹性模量;动态模量和相位角主曲线组成完整的黏弹性参数,可以更全面地描述沥青混合料的力学特性与频率的相关性;动态反演方法采用各传感器处弯沉时程曲线作为优化过程中的约束条件,静态反演方法中仅采用弯沉曲线峰值作为优化约束条件,约束力度远小于动态反演方法,导致静态反演结果的变异性远大于动态反演结果,尤其是基层和底基层,静态方法反演结果的变异系数可达动态反演结果的2倍以上,而且反演得到的各结构层的弹性模量处于材料典型取值范围内的百分比明显小于动态反演结果。静态反演方法易引起"模量窜层"现象,造成反演结果失真,无法客观地对路面结构层进行质量评定;动态反演方法能利用实测弯沉时程曲线的全部信息,保证反演结果收敛于真实值,有效避免"模量窜层"现象,为路面质量评定提供有效途径。     

沥青混合料动态黏弹性分数阶导数模型

为了更加精确、全面地表征沥青混合料的动态黏弹性力学特性,基于四参数分数阶导数Zener模型(FDZ)分配微分算子后,分别得到修改五参数分数阶导数模型(MFPFD)和改进五参数分数阶导数模型(IFPFD)的本构方程,并进一步得到了模型的复数模量解析表达式。将复数模量分离实部和虚部得到存储模量、损失模量及损耗因子的系数解析表达式。采用LARE目标函数,基于时温等效原理,构造了3个模型的黏弹函数主曲线,通过拟合优度和目标函数最优值评价模型拟合的效果,并对2种分数阶导数模型进行了对比。研究结果表明：FDZ模型和MFPFD模型黏弹函数呈现相似的性质,说明FDZ模型分配微分算子后黏弹函数的特性未发生变化;IFPFD模型采用1套参数即可较好地表征沥青混合料的所有动态黏弹函数,如存储模量、损失模量、相位角、动态模量、损耗因子及Cole-cole曲线,满足Kramers-Kronig关系;与FDZ模型相比,IFPFD模型增加模型参数β,能够更好地描述损失模量的峰宽和其他黏弹函数的非对称特征。最后,IFPFD模型的参数具有一定的物理意义,而根据数值优化所得的模型参数,能确定参考温度下动态黏弹性分数阶导数的微分方程,且分数阶微分本构方程较为简单,研究结果可为沥青混合料设计和路面动力学分析提供新的思路。     

基于WLF公式确定DSR中不同平行板的温度适用范围

动态剪切流变仪不仅可以用来对沥青的路用性能进行分级,也可以在大温度范围内测定沥青的性能。采用动态剪切流变仪对沥青材料进行试验时,不同平行板在相同试验条件下对同种试样进行试验的数据不一定相同,并且不同半径的平行板有各自的温度实用范围,本文从时间温度等效原理入手,采用数据分析软件,对采用不同平行板进行试验得到的频率-模量曲线进行拟合,从而得到模量主曲线,确定出不同平行板的试验结果在一定频率范围内的互用范围。采用WLF公式计算出不同温度条件下对应的基准温度TS值,研究结果表明:在沥青模量一定的范围内,8 mm平行板与25 mm平行板相比更适合20℃以下的动态剪切试验,而在20℃以上,二者可以互用,这对于以后的研究提供了不同条件下选择仪器的一个参考。     

沥青混合料动态模量试验研究

对一种Superpave级配沥青混合料不同空隙率的试样进行了不同温度、不同加载频率条件下动态模量试验,分析了混合料动态模量随体积参数、加载条件的变化规律,研究结果对我国的路面设计模量动态参数的选择具有借鉴意义。     

高模量沥青混合料力学性能试验研究

为了研究高模量剂掺量对沥青混合料力学性能的影响,通过劈裂强度、静态回弹模量和动态模量等试验,分析了高模量剂在不同掺量、不同温度条件下对沥青混合料劈裂强度、抗压强度、静态回弹模量、动态模量和相位角等指标的影响。结果表明:高模量剂的加入能明显提高劈裂强度,但其掺量不宜超过0.6%;随着高模量剂掺量的增大,抗压强度和静态回弹模量逐渐增大,当掺量由0%增至0.7%时,抗压强度和静态回弹模量分别提高30.8%和49.4%;高模量剂掺量对动态模量的影响小于静态回弹模量;高模量剂的加入对相位角的影响很小,表明高模量剂对沥青混合料的黏弹特性影响较小。