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。     

沥青混合料动态模量及其主曲线的确定与分析

研究中利用Superpave简单性能试验机(SPT)测量了SM A 13和Superpave20两种沥青混凝土在不同温度和荷载作用频率下的动态模量。并分析了温度和荷载频率对动态模量和相位角的影响。本研究还根据时间~温度置换原理,通过非线性最小二乘拟合,确定了两种沥青混合料的动态模量主曲线和时间~温度转化因子,并利用相同的时间~温度转化因子形成了相位角主曲线,从而完全确定了沥青混合料的粘弹性性质。     

沥青混合料动态模量及其变化规律研究

作为一种黏弹性材料,沥青混合料力学响应特征随环境的变化而变化。为了对沥青路面响应进行力学分析,需要对其变化规律进行研究。该文以AC-16沥青混合料的动态模量室内试验数据为基础,对沥青混合料动态模量随荷载频率及试验温度的变化规律进行研究,利用Sigmoidal模型及时温等效原理拟合得到AC-16沥青混合料的动态模量主曲线和位移因子,利用WLF方程得到位移因子随试验温度变化规律的数学模型,最后给出该种沥青混合料动态模量关于试验温度和荷载频率的变化规律,以更好地模拟沥青混合料在不同的温度下随汽车速度变化,其力学响应的变化规律。     

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。     

不同荷载模式下沥青混合料的动态模量依赖模型

为准确地描述沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性,分别开展了不同条件下4种沥青混合料的两点弯拉和三轴围压动态模量试验。基于时温等效原理,采用Boltzmann函数模型建立了基准频率为10 Hz的沥青混合料弯拉和三轴动态模量主曲线,分析了试验方法对沥青混合料动态模量的影响,构建了不同荷载模式下的基于温度和荷载参数的沥青混合料动态模量依赖模型。结果表明:沥青混合料弯拉和三轴动态模量的主曲线整体变化趋势一致,前者对应的温度区间更为狭窄,相同条件下弯拉动态模量小于三轴动态模量,对温度的依赖性更强;在高温区域,沥青混合料动态模量具有显著的荷载依赖性,弯拉和压缩荷载分别起到软化和硬化作用;宽温度域范围内,温度与荷载耦合作用下,沥青混合料的性状将发生线性弹性体-线性黏弹性体-非线性黏弹性体的转变。考虑荷载作用温度敏感区间的沥青混合料弯拉和三轴动态模量依赖模型,拟合效果良好,可靠度高,可较为准确地表征不同受力状态时沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性。通过模型得到的动态模量计算值与试验实测值具有较高的一致性,为获取沥青混合料真实的模量值提供了一种有效途径,后续可用于路面结构计算来验证两种模型的可靠性和适用性。     

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。     

沥青混合料动态模量预估模型研究

动态模量是描述沥青混合料动态性能的主要参数,众所周知路面荷载是典型的冲击动态荷载。而我国现在采用的参数是静态弹性模量,因此在路面设计时有必要引入动态模量。动态模量可以通过试验测定,本文介绍了利用预估模型进行计算的方法,介绍了Witczak、Hirsch、New Witczak、韩国Lee等预估模型,用这些模型计算出动态模量的预估值,并把这些预估值和试验值进行了比较、评价,认为Hirsch模型优于其他模型,最后做了原因分析,并提出研究建议。     

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。     

新疆地区沥青混合料动态模量设计参数研究

本文利用沥青混合料基本性能试验测试系统(SPT)对新疆地区常用的沥青混合料类型进行动态模量试验,从试验结果中可以得到,动态模量随试验温度的升高而降低,动态模量随荷载频率的降低而减小;低温时相位角随着频率的增加而减小,中温时相位角随着荷载频率的增加先增大后减小,高温时相位角随着荷载频率的增加而增大。对试验数据统计分析后,提出了新疆地区常用沥青混合料的动态模量设计参数取值范围。     

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。     

移动轴载作用下路面沥青层动态响应模量主曲线研究

路面沥青混合料层的模量是路面设计的必要参数之一，为定量分析现场沥青层的实际模量特性，提出了一种由现场实测应变数据出发，确定沥青层动态响应模量主曲线的方法，实现了对沥青层现场动态特性的精准表达。首先，实测了柔性基层、半刚性基层2类典型沥青路面不同温度及轴载移动速度下的沥青层动态应变响应；其次，以实测应变波形为基础，分析了不同加载工况下的现场沥青层加载频率特征；最后，基于实测应变值，利用有限元模型反演得到沥青层的动态响应模量，结合沥青层加载频率，建立了沥青层动态响应模量主曲线，并进一步对该主曲线的可靠性进行了验证。研究结果表明：沥青层内部加载频率与轴载移动速度呈正比，且与温度正相关；沥青层现场动态响应模量值随温度升高显著减小，随轴载移动速度增大而增大；结合加载频率及响应模量反演结果，可利用Sigmoidal模型很好地拟合得到沥青层响应模量主曲线；验证结果表明，该主曲线可较为准确地预估其他温度及轴载移动速度下的沥青层响应模量值。所提出的确定沥青层动态响应模量主曲线的方法可为其他试验路应变实测数据的处理提供参考。     

基于结构固有频率的沥青混合料动态模量及预估模型研究

为实现沥青混合料动态模量的快速、无损检测，开展了基于无约束共振法的沥青混合料动态模量研究。首先，基于固有频率计算原理和时温等效原理，分别采用无约束共振法和重复加载法构建动态模量主曲线，阐明无约束共振法测试动态模量的可行性；然后，基于无约束共振法揭示温度、级配类型和空隙率对沥青混合料动态模量的影响规律。基于此，构建包含584组试验数据的动态模量预估模型数据库，采用BP神经网络方法建立动态模量预估模型，并与传统Witczak预估模型进行对比。结果表明：采用沥青混合料固有频率表征动态模量合理可行；无约束共振法可将重复加载法构建的动态模量主曲线最大换算频率10⁷ Hz扩大至10¹⁴ Hz，构建更宽频域范围的动态模量主曲线，提高高频模量预估的准确性；BP神经网络预估模型的预测效果明显优于Witczak模型。研究为动态模量的快速、无损检测提供了技术基础。     

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。     

动荷载作用下的沥青混合料间接拉伸试验参数研究

基于动态测定方法确定的沥青混合料的参数能真实反映沥青混合料对运动车辆荷载的响应,正确表现沥青混合料本身的粘弹性性质的优点。利用英国多功能气动沥青材料试验机Cooper NU-14测定了6种沥青混合料在5、10、15和20℃时的动态间接拉伸试验参数,用二次多项式对试验结果进行了拟合,重点分析了试验温度对动态间接拉伸试验参数的影响。结果表明,6种沥青混合料动态间接拉伸劲度模量值均在一定范围内,而试验荷载、劲度模量与温度回归方程的相关系数均达到0．9812以上,试验荷载与劲度模量回归方程的相关系数均达到0．9986以上。     

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。     

高模量沥青混合料的试验研究

从高模量沥青混合料的材料组成及配合比设计出发,通过与基质沥青混合料和几种改性沥青混合料路用性能的对比,利用试验方法分析了高模量沥青混合料材料的高温稳定性、低温抗裂性以及不同温度和加载频率下的动态模量。试验表明,采用高模量沥青混合料在保证沥青混合料路面低温性能不降低的前提下可以有效提高沥青混凝土路面的高温稳定性;同时,根据对动态模量试验数据的分析,得出提高沥青混合料弹性模量可以有效减缓高速公路沥青混凝土路面车辙产生的结论。