沥青混合料的温度疲劳损伤效应模拟研究

加载频率对沥青混合料的疲劳寿命影响较大,根据低加载频率的疲劳试验来模拟材料的温度疲劳,运用耗散能相关理论来分析沥青混合料的温度疲劳损伤,并进行损伤力学的分析。     

多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。     

浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析

浇筑式(GA)沥青混合料的抗疲劳特性对桥面铺装结构的使用寿命有重要影响。文中通过四点弯曲疲劳试验,分析沥青类型、油石比、应变水平及拌和温度等因素对GA沥青混合料劲度模量、加载次数、滞后角的影响。结果显示,随沥青结合料用量的增加,GA沥青混合料的劲度模量呈下降趋势,破坏时的疲劳加载次数和滞后角呈增加趋势;随应变水平的增加,劲度模量和疲劳加载次数呈下降趋势;随拌和温度的升高,GA沥青混合料的劲度模量呈增加趋势、滞后角呈下降趋势,180～240℃时温度变化对滞后角的影响显著,240～260℃时滞后角变化较平缓;合理调整最佳沥青用量或控制拌和温度,能降低或避免GA沥青混合料老化问题,提高桥面铺装结构的整体刚度,延长其使用寿命。     

基于耗散能的老化沥青疲劳寿命预估模型分析

为了研究老化沥青疲劳性能,以70~#基质沥青和SBS改性沥青作为研究对象,以累积耗散能为评价指标,研究了老化对沥青疲劳寿命的影响,建立了老化沥青疲劳寿命预估方程,分析了应力控制和应变控制加载模式下疲劳寿命预估方程的适用性。首先将70~#基质沥青和SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT),使沥青发生老化,然后采用动态剪切流变仪在应力控制和应变控制加载模式下对不同老化程度的沥青进行时间扫描试验,通过耗散能随加载次数变化关系确定沥青疲劳寿命。基于累积耗散能建立应力加载控制模式下沥青疲劳寿命预估方程,并采用预估方程计算应变控制加载模式下的累积耗散能,检验预估方程的适用性。结果表明:累积耗散能随着荷载作用次数增加呈线性积累,当累积超过沥青疲劳破坏阈值时,发生疲劳破坏;经RTFOT老化后的70~#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命与累积耗散能具有较好的双对数线性关系(R0.8);当采用应力加载模式下获得的沥青疲劳寿命预估模型分析应变加载模式下沥青疲劳性能时,70~#基质沥青和SBS改性沥青累积耗散能计算值与实测值之间的误差大多在10%以内,可认为基于累积耗散能建立的沥青疲劳寿命预估方程不受加载模式的影响。     

基于耗散能理论的老化沥青混合料疲劳方程

为了分析不同老化程度对沥青混合料疲劳性能的影响,首先对沥青混合料的老化试验方法进行改进,通过对沥青混合料进行短期与长期老化试验,得到不同老化程度的沥青混合料,利用不同老化程度下的沥青混合料疲劳试验结果,基于耗散能原理对其进行回归分析,得到其用耗散能表示的疲劳方程。研究表明:不同老化程度下的沥青混合料疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标中表现出较好的线性关系,可以认为基于耗散能的沥青混合料疲劳方程同时考虑了试验温度、加载频率和老化程度等的影响,该疲劳方程统一了不同老化程度下的疲劳方程,为简化老化沥青混合料疲劳规律的分析提供了依据。     

低加载频率下沥青混合料的疲劳效应

加载频率对于材料的疲劳寿命具有较大的影响，根据沥青混合料的室内低频疲劳试验，运用耗散能理论，得到沥青混合料的低频疲劳规律。     

环氧沥青混合料动态模量时温特性

为明确机场道面环氧沥青混合料动态模量的时温特性,对环氧沥青混合料EAC-13进行动态频率扫描试验,测试了6组不同温度、6组不同加载频率下的环氧沥青混合料动态模量,并建立了动态回弹模量时温方程,定义了粘性因子和弹性因子。结果表明:环氧沥青混合料的动态模量对加载频率的敏感性随着温度的升高而升高;动态模量由耗散模量和弹性模量共同构成,数值随着加载频率的变化而大幅波动。当温度升高时,环氧沥青混合料的粘弹性逐渐从弹性向粘性转变。在一定温度范围内,时温方程可以为环氧沥青混凝土道面的动态设计提供材料参数。     

热再生沥青混合料疲劳特性试验研究

为研究热再生沥青混合料的疲劳特性,基于四点弯曲试验分析了旧沥青混合料(RAP)掺量、应变水平、加载频率等因素对热再生沥青混合料疲劳寿命的影响规律,并与APA疲劳试验结果进行了比较验证。结果表明:四点弯曲试验与APA试验结果具有一致性,随着RAP掺量增加,混合料疲劳寿命不断降低,当RAP掺量大于30%时,降低幅度尤为明显;热再生沥青混合料疲劳寿命与施加应变值满足幂函数疲劳方程,RAP掺量越高试件疲劳寿命对荷载水平变化越敏感;试验中提高加载频率,试件的疲劳寿命随之增加,且在低应变水平下,加载频率变化引起试件的疲劳寿命差异更大。     

PR.P高模量沥青混合料的动态模量及疲劳性能研究

针对硬质沥青、岩沥青、湖沥青、PR.P共4种高模量沥青与基质沥青和SBS改性沥青进行动态模量研究。沥青混合料动态模量随加载速度增加、试验温度降低而提高,PR.P改性沥青混合料20℃时的动态模量最低,随着温度的升高,动态模量的优势逐渐体现,达到60℃时PR.P的动态模量显著高于其他混合料。由于考虑常温下沥青混合料较易发生疲劳破坏,而PR.P改性沥青混合料常温下模量较低,利用四点弯曲疲劳,采用归一化劲度次数积最大值所对应的疲劳寿命进行分析,确定PR.P改性沥青混合料疲劳寿命具有一定优势。     

基于均匀试验设计的沥青混合料疲劳性能外界影响因素评价

应用了一种称为均匀试验设计的部分因子设计方法,开展了外界环境影响因素与沥青混合料疲劳性能之间的关系研究。考虑的外界环境影响因素包括应变水平、温度、加载频率和沥青老化水平。建立了外界环境影响因素与初始劲度模量、疲劳寿命、滞后角以及累计耗散能间的关系,发现外界环境影响因素与沥青混合料疲劳性能之间存在很好的相关性。结果表明,均匀试验设计是一种有效的试验设计方法,均匀试验设计可以在较少的试验次数下获得同等的试验效果。     

水作用下基于单轴试验的沥青混合料高温性能研究

为了研究重复加载作用下水对沥青混合料高温性能的影响,深入分析了动态加载过程中混合料流变特性的演化规律。论文以AC-20沥青混合料为例,分析了水对沥青混合料损伤的机理,采用单轴重复加载试验,研究了不同水处理模式下沥青混合料永久变形规律。结果表明:水对沥青混合料的损伤是水剥离和泵吸效应综合作用的结果;混合料的高温性能随着荷载作用水平和试验温度的增加而变差,特别是在重载和高温条件下,混合料更容易发生塑性流动而出现高温失稳;同饱水浸泡处理相对比,冻融循环处理对混合料损伤更大,其造成的高温稳定性能衰减也更为严重。     

路面材料疲劳损伤分析及疲劳寿命预估

针对路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化及疲劳寿命,运用损伤力学相关理论建立梁式结构的疲劳损伤演化模型,并结合小梁疲劳试验,分析路面材料小梁试件在重复加载下的疲劳损伤演化规律及疲劳寿命。结果表明,对于沥青混合料、水泥稳定碎石、二灰土3种材料而言,当疲劳损伤演化模型指数p分别取4.0、7.2、6.3时,理论分析得到的小梁跨中挠度和疲劳寿命与试验结果比较接近;对于3种材料的小梁试件,随着荷载循环次数的增加,小梁底缘中点的损伤度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,体现出非线性变化的规律;随着荷载循环次数的增加,小梁跨中挠度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,与损伤度的变化规律一致。     

基于耗散能理论的沥青路面温度疲劳开裂分析

该文通过沥青混合料温度循环作用下所产生的温度应力和应变的变化规律,运用耗散能理论分析沥青混合料的疲劳破坏过程,以便在路面维修改造设计中加以应用。     

基于自愈性能的HMA疲劳极限研究

永久性路面设计理论假定沥青混合料存在疲劳极限(EL),该文旨在采用单轴拉压疲劳试验,借助伪劲度比(PSR)这一关键参数确定和预估沥青混合料EL值。研究基于HMA自愈性能,进行了有、无间歇时间的单轴疲劳试验。试验确定了不同温度下高中低三级拉应变值,结果显示PSR的大小受沥青含量、空隙率、温度、间歇时间、拉应变和循环加载次数影响。敏感性分析结果表明:EL值可通过提高温度、增加沥青含量、增大间歇时间和减小空隙率来提高;同时加载作用次数在有间歇时间的加载对PSR影响较小。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标，基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）；然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能，获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率；最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系，并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE，DPSE_c，DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系，DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加，而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小，其原因是随着温度的升高，沥青塑性变形发展变快，而开裂则减缓；SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9，70.1，91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0，47.0，45.8 kJ·mol^-1），这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青；此外，SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此，可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

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。     

沥青混合料的疲劳试验研究

已有文献表明加载频率对于疲劳寿命的影响较大，对于沥青砼．其影响可能更显著。根据沥青混合料的室内低频疲劳试验，运用耗散能理论，得到沥青混合料的低频疲劳规律。     

高模量沥青混合料的力学性能试验研究

为提升普通沥青混合料的模量,采用DXG-2高模量剂,分别对高模量沥青混合料进行劈裂强度、静态回弹模量及动态模量试验,并对力学性能进行对比分析。结果表明:随高模量剂的增加,混合料的抗压强度、静回弹模量逐渐增大,劈裂强度先增大后减小;高模量剂掺量＞0.6%时,其劈裂强度会随之减小,施工中高模量剂量应控制在0.6%为宜;在相同温度和频率下,随着高模量剂用量的增加,沥青混合料的相位角逐渐减小;在同一温度和相同的加载条件下,随高模量掺量的逐渐增加,混合料的动态模量逐渐增大;随着加载频率的增加,混合料的动态模量也会逐渐增大,随着温度的提升,动态模量逐渐减小。     

沥青混合料劈裂疲劳过程刚度衰减及路面模拟分析

为研究沥青混合料在使用过程中材料属性的变化规律,选择典型路面结构为载体探讨沥青混合料刚度衰减规律及衰减后路面力学状态。以AC-13C、AC-20C、AC-25C沥青混合料为研究对象,设计劈裂强度试验、劈裂疲劳试验得到其疲劳寿命。通过定义沥青混合料不同损伤程度D(0%、20%、40%、50%、60%、80%)及寿命比S,得出各疲劳损伤程度下沥青混合料疲劳作用次数。通过类比沥青混合料抗压回弹模量测试方法,提出了测定疲劳损伤后的劈裂回弹模量测试方法,导出劈裂刚度模量E的表达式;建立随疲劳损伤过程沥青混合料刚度衰减规律。通过ABAQUS有限元法模拟路面结构层和受力状况,将不同损伤程度刚度模量赋值于路面层状模型中,导出上面层竖向位移和下面层层底拉应力参数。结果表明:随着使用过程疲劳损伤不断累积,沥青混合料能刚度模量不断衰减;并且随刚度衰减,面层层底拉应力增加上面层抵抗变形能力下降而变形增加。     

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。