沥青混合料劈裂试验的颗粒流程序模拟研究

为了从细观角度模拟分析沥青混合料的低温开裂行为,选取了4种集料类型、4种矿料级配类型,运用颗粒流程序PFC2D内置"Fish"语言,重构了包含沥青砂浆和粗集料在内的沥青混合料细观数字试件,采用离散元方法实施了虚拟劈裂试验。研究结果表明:离散元模拟得到的劈裂抗拉强度与室内试验结果的匹配程度较好;试件在加载至峰值荷载前,内部已萌生一定数量微观裂纹,极值点荷载后微观裂纹数量大幅增加;高强度集料组成的混合料基本沿着集料与砂浆的界面发生破坏,低强度集料则部分会被裂纹贯穿;基于颗粒流程序的虚拟劈裂试验可以作为研究沥青混合料断裂特征的辅助手段。     

变幅交变应变控制下沥青混合料应力响应

借助于单位阶跃函数将分段的应变写成连续应变的形式,基于Burgers模型,求解出变幅交变应变控制条件下沥青混合料的应力解析解;同时,开展了沥青混合料变幅疲劳试验,并将解析解与试验结果进行比较。结果发现:当加载顺序为先低后高时,沥青混合料在两阶段的应力都会随着荷载作用次数的增加而减小;而加载顺序为先高后低时,沥青混合料在低应变控制的初始阶段会存在一个平衡应力,当卸载幅度过小时,低应变控制阶段的初始应力会高于平衡应力,应力会随着荷载作用次数的增加而减小,当卸载幅度过大时,低应变的控制阶段的初始应力会低于平衡应力,应力随着荷载作用次数的增加先增大后减小。     

基于数字图像处理技术的大孔隙沥青混合料有限元建模

大孔隙沥青混合料(PAM)具有优良的排水、抗滑、降噪等功能,符合现代节能环保、以人为本的新设计理念。研究采用数字图像处理技术(DIP),通过图像边缘检测、图像二值化、几何矢量化得到了大孔隙沥青混合料具有几何交换格式的图像,在此基础上,采用有限元仿真技术建立了大孔隙沥青混合料的有限元模型,分析了劈裂试验下混合料内部的应力应变响应,研究成果表明该方法可进一步应用于不同条件下大孔隙沥青混合料细观力学响应模型研究。     

再生沥青混合料强度及疲劳性能试验研究

通过劈裂试验及间接拉伸试验分析质量分数为0、10%、20%、30%、40%和50%的再生沥青掺量对混合料的强度及疲劳性能的影响,同时采用不同应力比对再生沥青混合料进行间接拉伸试验研究混合料的疲劳特性。结果表明,随再生沥青质量分数增加,混合料的劈裂强度增大,且再生沥青质量分数40%时,是其劈裂强度的转折点,超过40%以后,混合料的劈裂强度降低,后期抵抗变形能力降低,即抗疲劳性能较差;随再生沥青质量分数增加,混合料的间随接拉伸强度逐渐增加,但是间接拉伸强度指数逐渐减小;经长期老化后,再生沥青混合料的间接拉伸强度较高,且受荷载破坏时对应的径向应变较小,试件的强度指数要比老化前的低。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

不同疲劳损伤程度下沥青混合料二维细观结构的 特征分析

对于沥青路面疲劳破坏的研究往往侧重于宏观层面,难以了解沥青混合料细观破坏所造成的影响。以AC-13C级配的沥青混合料为例,采用CT无损扫描技术与数字图像处理技术(DIP)相结合的方法,来观察沥青混合料不同疲劳损伤程度下的细观特性,分析不同损伤程度下疲劳试件的空隙率、CT数与强度、刚度之间的变化关系,得出其具有较好的线性相关性,沥青混合料的劈裂破坏及破坏位置与细观结构的变化密切相关。     

现场热再生沥青混合料耐久性能试验研究

为了研究热再生沥青混合料的耐久性能,对经不同冻融循环次数、长期老化前后的现场热再生沥青混合料进行劈裂试验和小梁低温弯曲试验,并与新沥青混合料作对比。试验结果表明:随着冻融循环次数的增多,两种沥青混合料的劈裂抗拉强度和劈裂劲度模量都逐渐减小,最后趋于稳定;弯拉强度和弯曲劲度模量都随着冻融循环次数的增多逐渐减小,而最大弯拉应变总体却随冻融循环次数的增多而增大;热再生沥青混合料的劈裂抗拉强度和劈裂劲度模量都小于新沥青混合料,而最大弯拉应变大于新沥青混合料,说明热再生沥青混合料具有较强的低温抗变形能力;老化对热再生沥青混合料的影响大于新沥青混合料。     

泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

为了研究掺人旧路铣刨材料的泡沫沥青冷再生混合料设计与性能,以广东佛山到开平高速公路扩建T程为例。通过在混合料中掺人不同水泥用量（0％、1．5％、2．5％）,旋转压实成型试件,对试件进行干、湿劈裂强度检测,干、湿劈裂强度随水泥用量增加而增加。按试验得到设计参数（最佳含水量为4．9％、最佳沥青用量为3％、水泥掺量为1．5％）制备混合料。分别对其进行车辙试验和疲劳试验。试验结果表明,增加沥青用量会降低泡沫沥青混合料高温稳定性能,沥青用量限定于3．5％以下确保泡沫混合料高温稳定性能。在300its应变水平下,增加沥青用量,混合料疲劳寿命没有明显变化;而在200儿￡应变水平下,沥青用量的增加对疲劳寿命有显著影响。     

考虑应变和加载频率的RAP沥青混合料疲劳特性分析

系统研究了RAP、加载频率和应变水平对沥青混合料及结合料的疲劳特性的影响,并确定了沥青混合料和结合料疲劳寿命之间的关系。通过梁疲劳试验对两种沥青混合料的疲劳特性进行了对比分析,一种含有RAP,一种不含RAP;分别从这两种混合料中提取了沥青结合料,并进行重复加载疲劳试验。结果表明:RAP会降低沥青混合料的疲劳寿命,延长沥青结合料的疲劳寿命;加载频率越高,沥青混合料和沥青结合料的疲劳寿命越长;应变水平越高,沥青混合料和结合料的疲劳寿命越短。     

道路沥青含量对沥青混合料劲度的影响研究

劲度是反应沥青混合料在给定温度和加载条件下的应力应变关系的参数。各种因素实质上通过影响沥青混合料的劲度来影响其疲劳性能,为了定量研究沥青含量对沥青混合料疲劳性能的影响作用,通过间接拉伸疲劳试验,研究了5种不同油石比AC-20试件的劲度变化规律,试验结果表明:适当增加沥青含量确实可以增加抗疲劳性能。特别是在高应力比加载情况下,这一点尤为明显,最佳抗疲劳性能对应的沥青含量略高于马歇尔试验确定的最佳油石比。然而,过高的沥青含量会导致抗疲劳性能的快速衰减。     

基于图像技术的沥青混合料细观结构研究进展

基于数字图像处理技术来研究沥青混合料的细观结构,回顾沥青混合料细观结构静态及动态识别的研究进展,其后列出一幅数字图像处理技术流程图并对获取沥青混合料内部结构图像方法(X-ray CT技术)进行了详细介绍;对通过图像处理技术来描述混合料内部结构特征,即集料形状及分布、接触特性和空隙分布规律等方面的研究进展情况进行论述,介绍了运用有限元、离散元和边界元这3种数值模拟方法及有关沥青混合料细观力学特征的虚拟试验.研究表明:X-ray CT无损伤扫描技术能较好识别沥青混合料内部细观结构特征;数值模拟结合有限元、离散元或边界元法能将沥青混合料内部细观结构与其宏观性能之间建立有机联系;虚拟试验应用能很好帮助理解宏观试验结果.在集料形状与分布研究中,尚未形成统一的评价指标,且不同研究人员采用不同的评价指标;X-ray CT技术精度问题和适用范围还需进一步改善;集料、沥青胶浆和空隙这3者之间还未建立有效的区分方法.通过总结数字图像处理技术对沥青混合料细观结构的应用,以期为后续关于沥青混合料宏观-细观-微观研究提供参考.     

基于图像技术的沥青混合料细观结构研究进展

基于数字图像处理技术来研究沥青混合料的细观结构,回顾沥青混合料细观结构静态及动态识别的研究进展,其后列出一幅数字图像处理技术流程图并对获取沥青混合料内部结构图像方法(X-ray CT技术)进行了详细介绍;对通过图像处理技术来描述混合料内部结构特征,即集料形状及分布、接触特性和空隙分布规律等方面的研究进展情况进行论述,介绍了运用有限元、离散元和边界元这3种数值模拟方法及有关沥青混合料细观力学特征的虚拟试验.研究表明:X-ray CT无损伤扫描技术能较好识别沥青混合料内部细观结构特征;数值模拟结合有限元、离散元或边界元法能将沥青混合料内部细观结构与其宏观性能之间建立有机联系;虚拟试验应用能很好帮助理解宏观试验结果.在集料形状与分布研究中,尚未形成统一的评价指标,且不同研究人员采用不同的评价指标;X-ray CT技术精度问题和适用范围还需进一步改善;集料、沥青胶浆和空隙这3者之间还未建立有效的区分方法.通过总结数字图像处理技术对沥青混合料细观结构的应用,以期为后续关于沥青混合料宏观-细观-微观研究提供参考.     

沥青混合料等应变率压缩试验的时间依赖性模型

为描述沥青混合料在受力状态下的时间依赖性行为,以等应变率压缩试验曲线特点为依据,建立沥青混合料的可变量本构模型,并推导出不同加载条件下本构方程表达式.通过有效的数值拟合方法获取沥青混合料的本构模型参数,将该模型与三轴等应变率压缩试验曲线进行对比,两者吻合较好,表明可变量本构模型能较好地描述沥青混合料与时间依赖行为,对破坏失效后材料的力学行为曲线有较好地表述.利用拟合参数计算蠕变曲线,其计算蠕变曲线能成功地描述蠕变的第二、三阶段,曲线特点与应力、温度等条件相关,在高温度和高应力条件时达到一定应变条件时所需时间较短,同时稳定期随温度和应力的增加所经历的时间逐渐减少.     

冷再生基层路面结构力学响应分析

针对佛山官西线冷再生路面结构形式,采用有限元BISAR计算软件进行路面力学分析,得到了路面不同深处的位移、应力、应变、剪应力和剪应变.力学分析表明,路面的位移在车轮通过的轮胎正中之轮胎外侧边缘最大,而双轮正中位置的垂直形变最小;竖向应变数值大于水平应变,且3个方向的应变均在路面深度约6 cm处达到最大值;随着路面深度的增加,各计算线的应力趋向一致;最大剪应力和剪应变出现均出现在计算线C的位置处.     

改性沥青和聚酯纤维对AC低温性能影响研究

通过3种试验方法对Superpave13和Superpave19级配下沥青混凝土的低温抗裂性能进行了研究。结果表明:添加纤维和SBS改性沥青使得沥青混合料出现破坏应变能、破坏应力、应变增长、劲度模量减小的趋势,可以明显提高沥青混合料的低温抗开裂能力,并且各型沥青混合料的劈裂破坏强度在不同的温度范围变化趋势不同,存在一临界温度(-10℃左右)使其出现峰值。3种混合料破坏荷载的大小顺序为:改性沥青>纤维混合料>普通沥青混合料,破坏应变也有同样的规律。由积分应变能试验获得的断裂韧度可以作为评价沥青混合料低温抗裂能力的有效指标。     

非均质沥青混合料劈裂试验全过程数值模拟

为了分析非均质特性对沥青混合料劈裂试验的影响,应用真实破裂过程分析系统,全过程模拟了考虑均质度影响的沥青混合料劈裂试验,并假定沥青混合料强度参数符合Weibull分布,分析了劈裂过程中应力分布状态和裂纹分布状态,同时对AC-10沥青混凝土马歇尔试件进行了劈裂试验,模拟了劈裂破坏过程.结果表明:裂纹状态随均质度的减小趋向离散,高均质度的试件劈裂裂纹状态更具有规则;受非均质基元体随机分布的影响,试件劈裂过程中的应力分布呈现出多峰值现象;马歇尔试件的数值试验和物理试验具有相同的劈裂过程.     

排水沥青混合料配合比优化设计

为了对排水沥青混合料配合比设计进行优化,在现有排水沥青混合料结构类型的基础上,考虑矿料级配进而对排水沥青混合料进行配合比设计,得出试验级配,油石比为4.9%,对其路用性能进行研究。通过试验结果可以看出：与SBS改性沥青混合料相比,采用优化后的排水沥青混合料动稳定度增加12.7%,冻融劈裂强度增加2.7%,最大伸缩应变增加3.8%,优化后的排水沥青混合料具有良好的高温、低温、水稳定性能。     

沥青混合料疲劳损伤过程的劈裂剩余强度研究

通过劈裂疲劳试验原理,研究经过疲劳损伤后沥青混合料劈裂抗拉剩余强度。依据劈裂疲劳试验方法,设定4个应力比2个加载频率试验条件得出沥青混合料S—N疲劳方程。根据疲劳方程结果与线性损伤理论,规定疲劳损伤程度分别为20%、40%、50%、60%、80%,确定各试验条件下不同损伤程度的疲劳作用次数。经过不同损伤程度疲劳试验后,对各沥青混合料试件进行劈裂剩余强度试验,并建立各试验条件劈裂剩余强度—损伤程度变化规律。为量化计算AC—13型沥青混合料剩余强度随损伤的变化规律,引入指数函数y=keax关系式拟合各试验条件坐标,得出劈裂剩余强度—损伤程度的指数表达式。     

热再生沥青混合料低温抗裂性能研究

为了探究热再生沥青混合料的低温抗裂性,通过低温劈裂试验和小梁低温弯曲试验,研究了冻融循环次数对热再生沥青混合料老化前后劈裂抗拉强度、劈裂劲度模量、弯拉强度和弯拉应变等低温抗裂性指标的影响,并与新拌沥青混合料和旧沥青混合料作对比。试验结果表明,热再生沥青混合料和新沥青混合料的低温抗裂性指标都随冻融循环次数的增大逐渐减小。长期老化后,破坏拉伸应变的大小顺序是:旧沥青混合料热再生沥青混合料新沥青混合料,表明热再生使沥青混合料的低温抗裂性得到了一定的改善。     

地震建筑废弃物制备的沥青混合料的性能研究

利用汶川地震建筑废弃物制备了AC-25型沥青混合料,并通过浸水残留马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验、高温车辙试验和低温三点弯曲试验对其水稳定性能、高温性能和低温性能进行了研究.研究表明,与天然骨料沥青混合料相比,利用地震建筑废弃物制备的沥青混合料的最佳油石质量比较高;但其浸水残留马歇尔稳定度、冻融劈裂抗拉强度比、动稳定度、最大弯拉应变等性能指标均满足<公路沥青路面施工技术规范>(JTG F40-2004)对天然骨料沥青混合料的技术要求.