基于弯沉盆变化率的沥青路面弯沉温度修正模型

基于FWD检测设备测得的路表弯沉,可以通过模量反演来确定路面结构承载力,从而对路面结构的维修养护提供建议。但由于沥青混合料为温度敏感性材料,其受温度影响较大,温度的变化会引起力学性质的变化,进而影响到结构承载力。因此,建立了基于弯沉盆变化率的沥青路面弯沉温度修正模型。对一条在役高速公路沥青路面在不同季节、不同温度下,进行了路面弯沉测试,反算了沥青层模量,通过对比分析,确定了沥青层代表温度;对完整弯沉盆的温度修正方法进行了研究,确定了精度最高的温度修正模型;对比了“先修正”和“后修正”的计算结果,验证了对完整弯沉盆进行温度修正的可行性。研究结果表明:1/2深度处的温度更适宜作为沥青层的代表温度;采用弯沉变化率得到的弯沉-温度修正拟合结果精度更高;基于“先修正”与“后修正”两种方法得到的面层反演模量具有很好的一致性,为沥青路面反算模量提供了一个新的思路。     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。     

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。     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

基于实测与预测的沥青混合料回弹模量与温度的关系

我国沥青路面设计采用20℃抗压回弹模量和15℃劈裂模量作为设计标准,不能够反应温度变化对沥青混合料性能的影响。新颁布的沥青路面设计规范虽然采用了动态回弹模量,但仍然是采用20℃模量值。本研究通过采用不同型号沥青(70#、90#、SBS改性70#、SBS改性90#)及不同集料级配(AC-13、AC-16、AC-20)组成12种不同型号沥青混合料,采用马歇尔试件与静压法测试在不同温度(±60℃)下的沥青混合料抗压回弹模量,建立沥青混合料回弹模量与温度的回归关系。通过与其它方法得到的沥青混合料回弹模量预测结果对比分析,评价不同预测方法的技术特点。结果表明,沥青混合料回弹模量与温度有较好的回归关系,研究结果可以为沥青路面与材料设计提供一定的技术参数。     

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.     

沥青混合料动态模量预测方法研究

首先,采用3层复合微观模型与GSCS微观模型,推导出沥青胶浆动态模量与沥青混合料动态模量之间的换算公式。其次,选取8种沥青并拌制沥青混合料,通过试验分别测定沥青胶浆及沥青混合料的动态模量,对推导出的换算公式进行验证。结果表明:利用修正的GSCS微观模型和3层复合微观力学模型,可根据沥青胶浆的动态模量准确预测沥青混合料的动态弹性模量和动态剪切模量,具有一定的实用价值。     

沥青混合料模量不同测试方法的比较分析

为了能够准确得到路面沥青混合料的模量,通过弯拉劲度模量试验、劈裂劲度模量试验、单轴压缩动态模量试验以及FWD反算模量等4种不同测试方法,得到了各测试方法对应的模量值及其发展规律,并对沥青混合料的不同模量测试结果进行了比较分析。结果表明,在相同的试验条件下,动态模量最大,其次为弯拉、劈裂模量,反算模量最小。模量值与试验条件也有很大关系,影响模量的试验因素主要有温度和试验加载的频率。温度越高,模量越低;频率越高,模量越大。     

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。     

沥青层模量反算修正系数范围的探讨

动态模量是表征路面动态特性的一个基本参数,由弯沉盆数据反算来确定路面各结构层的动态模量是较为简便的方法.通过SIDMOD模量反算软件对山东省5种结构试验路各结构层的模量进行了反算,并将沥青层的反算模量与室内试验所测得的动态模量进行了对比,通过对比得出了4.4℃、21.1℃、40℃下此试验路段沥青层的模量修正系数K,为反算模量与室内的测试动态模量的比例系数的确定提供了依据.     

PR-Module高模量沥青混合料动态模量—温度分布研究

为了研究PR-Module高模量沥青混合料的动态模量变化规律、时温等效下动态模量主曲线和沥青混合料层动态模量沿深度(温度)的分布规律,以SK-70~#作为基质沥青,选用PR-Module作为改性剂制备高模量沥青混合料,通过简单性能试验(SPT试验)测试了PR-Module掺量为0%、0.3%、0.5%和0.7%时沥青混合料的动态模量,并对比分析了PR-Module添加量、温度、加载频率对沥青混合料动态模量的影响;依据时温等效原理,通过非线性最小二乘法拟合得到高模量沥青混合料动态模量的主曲线方程。以抚吉高速公路为例,建立了行驶速度为60、80、100、120 km/h时高模量沥青混合料层动态模量沿深度(温度)的分布曲线。结果表明:不同PR-Module掺量的高模量沥青混合料的动态模量试验结果具有较好的一致性;建立了参考温度为20℃时PR-Module高模量沥青混合料的动态模量主曲线方程。AC-25型高模量沥青混合料在不同温度区间相比普通沥青混合料动态模量的增长率为37%～63%。     

基于Hirsch预测模型的沥青稳定碎石(ATB)动态模量试验研究与分析

制备不同空隙率的沥青稳定碎石ATB-25混合料旋转压实试件,在试验温度30℃和50℃下测试其动态模量。利用沥青稳定碎石ATB-25混合料的体积指标VMA和VFA,以及沥青胶结料的动态剪切模量|G*|binder,使用Hirsch动态模量预测模型对制备的沥青稳定碎石的对应温度和加载频率下的动态模量机芯预测,并对预测结果进行了分析,验证Hirsch预测模型在预测沥青稳定碎石ATB沥青混合料动态模量方面的适用性。     

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。     

基于抗压回弹模量和动态模量的沥青路面设计参数研究

针对不同设计规范选取抗压回弹模量和动态模量作为设计参数进行沥青路面设计,通过测试AC-13、SMA-13和Sup-20三种级配的沥青混合料试件的抗压回弹模量和动态模量,对其优缺点进行对比分析,研究不同温度及荷载作用频率对动态模量的影响,并对参考温度下的动态模量主曲线进行回归。结果表明：相同温度下的抗压回弹模量值仅对应于某一缩减时间下的动态模量值,因此动态模量能更全面地反映沥青混合料不同荷载作用下的力学性能。     

沥青路面反算模量的温度修正

根据落锤式弯沉仪（FWD）实测的弯沉盆，采用同伦方法反算沥青路面结构层的模量，分析沥青面层反算模量与温度的统计关系，并建立反算模量的温度修正公式。     

反应型沥青混合料动态模量试验研究

选用AC-13C、AC-20C两种级配对Elvaloy~RET沥青混合料进行配合比设计,对添加Elvaloy~RET改性剂前后的沥青混合料与SBS沥青混合料试件在不同温度和频率下进行动态模量试验,分析比较三种沥青混合料的动态力学性能。结果表明:添加Elvaloy~RET改性剂后,沥青混合料的高温动态模量增大,低温动态模量减小,Elvaloy~RET改性剂能有效改善沥青混合的高、低温性能;与SBS改性沥青混合料相比,Elvaloy~RET沥青混合料高温性能突出,低温性能稍差。     

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FWD的沥青路面弯沉及反算模量的温度修正

利用落锤式弯沉仪(FWD)在中原地区沥青路面的实测弯沉盆,采用系统识别方法对沥青路面结构层模量进行反算,进而分析沥青路面弯沉及反算模量与沥青温度之间的关系,并建立了相应的温度修正公式。     

基于动态模量试验影响因素的灰关联熵分析

利用混合料动态模量参数计算的路面力学响应能更加接近路面对实际交通荷载的响应,能准确反应和评价实际沥青路面的高温性能。而荷载条件、环境温度、试验条件以及沥青混合料自身性质均会对动态模量试验造成影响。本文利用正交试验设计对不同试验温度、沥青用量、试验围压、加载频率、4.75mm筛余、试件厚度的SMA-16改性沥青混合料进行动态模量试验,分析各因素影响规律;运用灰关联熵分析方法,确定各影响因素与沥青混合料动态模量和相位角的关联程度。研究表明:对混合料动态模量指标影响的相对显著程度为:试验温度沥青用量试验围压加载频率4.75mm筛余试件厚度;对相位角指标的相对显著程度为:试验温度沥青用量加载频率4.75mm筛余试验围压试件厚度。     

大粒径透水性沥青混合料动态模量预估模型研究

将不同级配类型沥青混合料动态模量实测结果与Witczak预测模型进行了比较,指出了Witczak预估模型并不适合预测开级配、大空隙率沥青混合料的动态模量。基于这个观点,开展多因素、多水平的沥青混合料动态模量试验,考察沥青混合料动态模量影响显著的因素,通过对动态模量试验结果进行回归分析,建立了大粒径透水性沥青混合料动态模量多元线性预估模型,同时对模型进行验证和修正,并对预估模型的适用性进行了初步探讨。