沥青混合料重复加载三轴永久变形试验研究

采用SPT沥青混合料简单性能试验仪进行了重复加载三轴永久变形试验,选取了4种级配的沥青混合料(两种用SGC设计,两种用马歇尔设计)室内成型试件,以及车辙部位和无车辙部位的路面芯样,并进行了动稳定度对比试验。得出如下结论:沥青混合料的三轴重复加载永久变形量受混合料的级配、油石比、粉胶比、空隙率等因素的综合作用影响,不能简单以级配的粗细或者混合料的设计方法去评价混合料的三轴重复加载永久变形量。现场芯样的三轴重复蠕变试验与现场的车辙情况完全吻合。建议采用εp@5000作为重复加载永久变形的一个评判指标。     

钢桥面浇注式+SMA组合结构车辙变形深度预估

为了阐明浇注式沥青混合料室内60 ℃车辙试验结果与实体工程应用中表现出的高温稳定性不一致的原因,揭示钢桥面浇注式沥青混合料+改性沥青SMA组合结构车辙变形发展规律,采用理论研究与工程应用相结合的方法,以马鞍山长江公路大桥为依托,采用建设期现场铺装用沥青混合料成型试件,进行了40 ℃、60 ℃、70 ℃温度条件下、接地压强为0.5,0.7,1.0 MPa的组合结构车辙试验,建立了车辙深度与温度、接地压强、作用次数之间的函数关系。通过试件模型的有限元分析和混合料抗剪强度计算,提出了不同温度、接地压强条件下的抗剪性能参数,建立了与温度、荷载作用次数、抗剪性能参数相关的车辙深度预估模型。同时,根据实桥温度场、轴载谱,分温度、荷载区间进行了轴载作用次数统计和车辙深度计算,并用实桥车辙对预估模型进行验证。结果表明：车辙深度与荷载作用次数呈对数函数关系,与温度和抗剪性能参数呈幂函数关系,相关性显著;所提出的预估模型计算所得车辙累计深度与现场历年实测结果基本一致,该桥15年设计寿命期末的车辙深度预估值将达到2.354 mm;基于实桥结构、铺装材料、交通、气候条件所建立的预估模型,可实现车辙破坏深度的有效预估,对指导中国钢桥面浇注式沥青铺装设计具有重要作用。     

间断级配橡胶沥青混合料抗车辙性能试验

为了研究采用车辙试验检测橡胶沥青混合料高温稳定性的适用性,对橡胶沥青混合料、复合橡胶沥青混合料、沥青玛蹄脂碎石混合料三种间断级配混合料进行配合比设计,并进行车辙试验,得到不同温度和时间下试件的变形量及动稳定度。结果表明:橡胶沥青混合料的变形量最大,动稳定度最小;虽然橡胶沥青混合料压密稳定阶段较长,变形量较大,但是车辙试验可以评价橡胶沥青混合料的高温稳定性能。     

水作用下沥青混合料永久变形特性的表现形式

采用沥青路面分析仪(APA)研究水作用下混合料试件永久变形的表现形式。试件分别经浸泡、饱水、冻融三种方式预处理;APA测试采用干车辙和浸水车辙两种形式。试验结果表明:水的存在对沥青混合料永久变形有影响;浸水车辙深度普遍大于干车辙深度;严酷的预处理过程没有导致较大的永久变形;在相同的冻融次数下,随着饱和度增大,浸水车辙深度减小;在相同的饱和度下,未经冻融处理的试件其浸水车辙深度普遍大于经过冻融处理试件的车辙深度。分析结果表明:APA测试形式、APA测试形式与试件预处理方式的交互作用、冻融循环次数分别是产生上述试验结果的主要原因。     

沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

车辙预估模型研究

论文旨在依托汉堡车辙试验建立起高精度的车辙预估模型。对6种混合料进行不同温度与轮载压力下的汉堡车辙试验,以及标准条件下的抗剪强度试验,借助ABAQUS软件计算汉堡车辙试件的最大剪应力;以6种沥青混合料的汉堡车辙深度、试验温度、最大剪应力、抗剪强度和加载次数作为基础参数,通过多元拟合分析,建立起基准速度为66km/h的简化车辙预估模型;基于沥青混合料的时间硬化蠕变模型,理论推导行车速度与路面车辙的关系,将简化的车辙预估模型经速度修正后得到最终的车辙预估模型。研究结果表明,温度对沥青混合料永久变形的影响很大,当其他条件相同时,70℃的车辙深度约为50℃的4.5倍;轮载压力是影响混合料永久变形的另一敏感因素,当其他条件相同时,0.7 MPa的车辙深度约为0.5 MPa的1.7倍;混合料永久变形与加载次数呈非线性关系;所建立的车辙预估模型中的各个变量对方程均有显著意义,实测值与预估值具有很高的拟合度,说明该模型是可接受的,且可预估任意行车速度下的路面车辙。     

SMA-13沥青混合料的永久变形研究

针对SMA-13沥青混合料在高温地区的永久变形问题,采用旋转压实成型(SGC)试件,使用COOPER公司CRT-NU14材料试验机对试件进行三轴重复荷载蠕变试验,研究温度和偏应力对SMA-13沥青混合料重复荷载下蠕变性能的影响,在蠕变试验数据基础上利用1stopt软件基于修正Burgers模型拟合出SMA-13永久变形预估模型,并采用Origin绘制不同温度下SMA-13沥青混合料的"温度-偏应力-作用次数"三维曲面。     

青临高速试验路沥青路面结构应变分析和永久变形预估

为了分析和预估青临高速试验路沥青路面结构疲劳寿命和永久变形,为长期性能观测验证提供基础对比数据,按照标准试验方法对试验路土基、粒料、无机结合料以及沥青混合料的力学参数进行测试分析;结合同类道路交通荷载分析,得出试验路交通组成、轴载谱及3类典型轴的最大特征值;按照弹性层状理论计算了常温和高温条件下沥青层底最大弯拉应变;用MEPDG永久变形预估模型分析了不同路面结构沥青层永久变形发展规律,预测车辙养护修复的时间。结果表明,所设计的沥青路面结构基本满足长寿命沥青路面沥青层底弯拉应变小于疲劳极限应变的要求,MEPDG预测车辙主要发生在表面层,中下面层车辙较小,表面层采用高模量沥青混合料可显著提高路面抗车辙能力。     

大粒径沥青混合料高温性能对比分析

为了评价大粒径透水性沥青混合料的高温性能,采用车辙试验测试了不同厚度的LSPM-30车辙试件的动稳定度,推荐了适宜的车辙试件厚度。然后采用该厚度推荐值,测试了不同结构类型的大粒径沥青混合料的动稳定度和总变形量,同时分析了其车辙发展规律。试验结果表明:推荐8cm厚度作为LSPM-30车辙试件的标准厚度;骨架型的大粒径沥青混合料高温性能优于悬浮密实型的大粒径沥青混合料;车辙试验变形曲线初始变形阶段和线性发展阶段的割线斜率可以分别用于评价大粒径沥青混合料早期车辙深度和长期高温稳定性。     

基于粘弹塑性理论的沥青路面车辙分析

应用粘弹塑性理论,研究了沥青混合料一维粘弹塑性本构关系,并运用ABAQU软件建立了柔性基层沥青路面车辙分析的有限元模型,研究了路面车辙的发展规律,经环道试验进行了验证。结果表明:荷载作用初期路面车辙发展较快,而后期车辙发展较慢;路面永久变形主要由绝对车辙引起,侧向隆起仅占15%~30%;随着沥青层厚度增加,车辙增加,但增加幅度逐渐减小;从表层开始沥青层的变形率随深度的增加而逐渐变大,在8 cm处变形率达到最大值,之后逐渐减小;沥青路面车辙主要产生在结构深度20 cm深度范围以内,尤其在4~12 cm之间。另外,进行了重载作用下的路面车辙模拟,对基于车辙等效的轴载换算进行了探讨,提出轴载换算系数为5.9。     

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。     

动稳定度数据处理方法研究

指出了轮辙试验动稳定度指标的不合理性,论述了指标数据离散性的原因。通过对轮辙试验较为系统详细的论述以及试验论证,提出用回归时间段内的动稳定度DRS或永久变形Rt来评价沥青混合料的高温稳定性更为合理。     

高速公路长大纵坡路段抗车辙技术分析

沥青路面的车辙变形主要是由于沥青混合料在高温荷载作用下的变形引起的,山区长上坡路段高速公路沥青路面车辙是在交通荷载长时间作用、高温和重载的综合作用下产生的。通过对贵州地区高速公路路面车辙病害问题的调查,分析了高速公路长大纵坡路段车辙病害产生的原因,对长大纵坡路段车辙病害形成机理和解决措施进行了研究。研究结果表明,重载交通、坡度、低速行驶是导致高速公路长大纵坡路段车辙病害产生的主要原因,对于山区高速公路长上坡路段的路面结构设计需要从车道设计、沥青混合料设计、路面结构组合设计等方面进行单独设计,从而提高沥青路面结构的抗车辙能力,延长路面的使用寿命。     

沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验研究

采用半正矢波间歇荷载,进行了4种不同沥青混合料的三轴重复加载永久变形试验.以流动数为评价指标,研究混合料性质(级配组成、沥青用量和空隙率)、试验温度和应力水平对混合料高温性能的影响,对永久应变与荷我作用次数的关系进行非线性回归分析,提出了能够全面反映重复荷载下沥青混合料的永久变形特性的模型.结果表明:AC16流动数最高,AC13C次之,而AC20和AC13F流动数相对较小;沥青用量增加0.5%,流动数下降20%～30%;空隙率从4%增加到7%,流动数下降50%左右,应力水平越大,温度越高,流动数越小,而降低幅度也减小;在极端高温和重载下,不同沥青混合料的流动数较小,其变化幅度不大,不足以明显区分混合料的高温性能.     

纤维沥青混合料高温稳定性研究

从纤维改善沥青温度稳定性入手,分析了纤维改善混合料高温稳定性的机理,进而研究纤维沥青混合料的高温稳定性。通过锥入剪切试验,用纤维沥青"剪切强度-温度敏感性系数"的概念评价纤维沥青的温度敏感性,发现纤维沥青的温度敏感性低,温度稳定性好。混合料车辙试验证明纤维明显提高了混合料的高温稳定性,研究发现只采用动稳定度作为指标具有局限性,建议同时采用"车辙变形的时间累积"这个指标综合评价混合料的高温稳定性。     

普通沥青及改性沥青混合料抗变形能力的对比分析

通过对普通沥青混合料和改性沥青混合料在不同温度、不同压力及不同试件厚度条件下所进行的车辙试验,对比分析了沥青类型对沥青混合料抗车辙能力所产生的不同影响,为工程中沥青的选择及混合料设计提供依据。     

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。     

沥青路面车辙预估模型验证研究

为准确预估车辙量,有效指导沥青路面结构材料设计,在充分调研山西省3条典型沥青路面车辙数据的基础上,对由同济大学提出的经验分析法车辙预估模型进行验证,并对该预估模型涉及的车辙影响因素进行敏感性分析。结果表明：预估模型得到的面层各亚层车辙预估值与实测值相差较大,但预估得到的沥青路面车辙总变形与实测值较为接近,祁临高速公路偏差15.8%,离军高速公路偏差仅为9.0%;车辙影响因素敏感性分析结果表明,路面温度对于车辙变形的影响最为显著。