旋转压实试件的高温蠕变特性研究

作者在本文采用先进的材料系统(MTS),对旋转压实机(SGC)成型的试件了进行单轴静载蠕变试验,得出了沥青混合料在荷载作用下变形随时间的蠕变变形曲线,并根据这些蠕变曲线分析了不同温度和荷载水平对沥青混合料蠕变性能的影响.     

RET反应型改性沥青混合料抗永久变形研究

RET是一种反应型三元共聚物弹性体,与其他改性剂相比,RET改性沥青混合料具有优异的高温性能,水稳定性能也有相应的提升,特别适用于国内高温多雨的地区。通过UTM-25试验系统,在不同荷载、不同温度条件下,分别对70#道路石油沥青混合料、SBS改性沥青混合料、胶粉改性沥青混合料及RET反应型改性沥青混合料等4种类型混合料进行动态蠕变试验,绘制沥青混合料累计永久应变(με)随加载次数(Cycles)变化的蠕变变形曲线,对比分析其抗永久变形的能力。结果表明:RET改性沥青混合料的抗永久变形能力较SBS改性沥青混合料和胶粉改性沥青混合料有较大幅度提高,尤其在高温、重荷载条件下,其抵抗永久变形的能力越明显。     

三轴重复荷载作用下AC-13沥青混合料永久变形试验分析

采用半正弦波间歇荷载,使用MTS(Material Test Systerm)材料试验机对AC-13沥青混合料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究试验温度和应力水平对沥青混合料永久变形特性的影响,得到了AC-13沥青混合料在不同温度和不同应力水平下的永久变形规律,对永久应变与荷载作用次数、应力水平和温度的关系进行非线性回归分析,提出来能够全面反映沥青混合料永久变形特性的模型,并绘制了不同温度下的三维图形,直观全面地反映沥青混合料变形的特性。     

沥青路面粘弹性有限元模拟方法

基于蠕变试验,测定沥青混合料的蠕变曲线,通过数学方法求得松弛模量曲线,并通过非线性拟合方法求得有限元软件ABAQUS中用于描述沥青混合料粘弹性性质的prony级数,通过对路面模型进行摄动分析,结合粘弹性材料时温等效性质,建立路面有限元动态分析模型,从而为研究移动荷载与温度荷载作用下,沥青混凝土路面的粘弹性力学响应分析提供了方法和基础。     

沥青混合料变形的粘弹塑性本构模型研究

为了正确预估沥青混合料的永久变形,提出利用基于Drucker-Prager屈服条件、"时间硬化"幂函数蠕变法则的线性Drucker-Prager蠕变模型对单轴静载蠕变试验的沥青混合料变形进行粘弹塑性有限元分析.通过对比沥青混合料的静载蠕变试验解析解和有限元解的一致性,发现线性Drucker-Prager蠕变模型适合于描述破坏阶段出现较晚的沥青混合料的蠕变性能,可用于预测沥青混合料的永久变形,进而研究沥青混合料的抗车辙性能.     

高温和重载对DCLR改性沥青混合料抗变形能力的影响

为了评价煤直接液化残渣(DCLR) 和复合DCLR改性沥青混合料在高温和重载下的抗变形能力, 对级配为AC-20的2种沥青混合料进行多温度(50℃、60℃、70℃)、多荷载(0.7、0.8、0.9、1.0 MPa) 条件下的三轴重复荷载试验, 并对试验数据进行非线性拟合, 提出了能够在高温和重载条件下评价2种沥青混合料抗变形能力的指标, 并利用方差分析法研究了温度和荷载对沥青混合料抗变形能力的显著性影响。研究结果表明: 2种沥青混合料的永久变形随温度和荷载的增大而增大, 流动数、非线性拟合指数分别与温度和荷载呈负相关与正相关, 说明流动数和非线性拟合指数均能反映沥青混合料的抗变形能力, 但2种沥青混合料的流动数的三维曲面在温度为65℃~70℃和荷载为1.0 MPa处有交叉, 说明流动数在高温和重载条件下不能有效区分DCLR和复合DCLR改性沥青混合料的抗变形能力; 在0.05显著性水平下, 2种沥青混合料的抗变形能力对温度的敏感性均高于荷载, 因此, 温度为影响2种沥青混合料抗变形能力的主要因素, 荷载为次要因素; 温度和荷载的非线性拟合指数、流动数分别在0.013和0.113显著性水平下对2种沥青混合料的抗变形能力有显著性影响, 因此, 在试验温度和荷载范围内非线性拟合指数比流动数更适合作为评价DCLR与复合DCLR改性沥青混合料抗变形能力的指标。      

蠕变试验评价沥青稳定碎石高温流动变形性能

基于大型马歇尔试验确定6种沥青稳定碎石混合料的最佳油石比,击实成型蠕变试验试件。利用单轴静态蠕变试验结果-蠕变模量和拟合曲线斜率值,及动态蠕变试验拟合曲线斜率值综合评价6种沥青稳定碎石抗高温流动变形能力,试验表明在矿料级配范围上限与中值之间的沥青稳定碎石混合料抗高温变形能力最强。因此,在沥青稳定碎石混合料组成设计时矿料级配曲线应在上限与中值之间;特别地,ATB-25矿料级配曲线应靠近中值,ATB-30矿料级配曲线应靠近上限。     

沥青高温流变评价指标对比

为了有效评价沥青混合料的高温抗变形性能,应用旋转粘度试验、动态剪切流变试验与重复蠕变试验,测试了粘度、车辙因子与蠕变模型参数,利用伯格斯模型对高温蠕变试验数据进行了拟合,结合沥青混合料高温车辙试验结果,分析了3种高温流变指标与沥青混合料高温性能的相关性。分析结果表明:车辙因子在评价改性沥青混合料高温性能时并不适用,模型参数与沥青混合料动稳定度的相关性最大,达到0.9887,说明蠕变参数可以准确地反映各种沥青混合料的高温抗变形性能。     

沥青混合料高温性能指标的试验研究及分析

通过大量的室内试验，对沥青混合料高温性能的四种评价指标(动稳定度、车辙试验相对变形、单轴蠕变试验劲度模量、Superpave混合料最大次数下的残余空隙率)进行了比较分析。提出了采用三项指标评价沥青混合料高温性能的评价方法。     

基于动态蠕变试验的沥青混合料永久变形研究

采用伺服液压试验机（UTM-25）对普通重交沥青和聚酯纤维改性沥青混合料进行动态蠕变试验,对比分析了粗、细级配沥青混合料的抗永久变形能力.在抗变形能力较好的粗级配混合料中,分别进行不同掺量聚酯纤维和温度的动态蠕变试验.试验结果表明：粗级配沥青混合料比细级配的具有更好的抗永久变形能力;在最佳掺量时,纤维改性沥青混合料抗永久变形能力更优越;纤维改性沥青混合料对温度敏感性明显小于普通重交沥青混合料的.     

沥青混合料蠕变柔量转换为松弛模量的研究

利用不同荷载水平下AC-13C沥青混合料单轴压缩蠕变试验的拟合结果,根据推导的蠕变柔量与松弛模量之间的转换关系,运用配置法和最小二乘法,得到了松弛模量Prony级数表达式的有关参数。计算结果表明:基于实现容易和操作方便的蠕变试验,避免了误差较大的松弛试验。通过粘弹性参数之间的相互转换关系,得到了沥青混合料松弛模量曲线,并比较了2种方法计算的松弛模量曲线相似度。为沥青混合料粘弹特性的进一步分析提供了有效方法。     

改性乳化沥青冷再生混合料高温性能研究

为了扩大冷再生混合料的应用范围,对比SBR改性乳化沥青冷再生混合料和普通乳化沥青冷再生混合料的高温性能,采用多序列重复加载动态蠕变试验,基于comsol模拟的芜合高速路面结构实际温度场,从复合平均应变率、复合蠕变刚度模量评价指标和蠕变曲线来评价乳化沥青冷再生混合料高温性能.研究结果表明:SBR改性后的改性乳化沥青冷再生混合料的复合蠕变速率与两种热料接近,远小于普通乳化沥青的3.52με/次,改性乳化沥青冷再生混合料具有良好的抗车辙性能;在整体结构中,改性乳化沥青冷再生混合料作为中面层,具有很好的抗变形能力;改性与普通冷再生混合料作为下面层也有较好的高温稳定性.     

沥青混合料高温稳定性影响因素的灰关联熵分析

通过不同条件下沥青混合料车辙试验,以变形量为参考序列运用灰关联熵分析方法研究了混合料性质、荷载及温度等因素对沥青混合料高温稳定性的影响程度。研究表明,荷载、温度和空隙率对沥青混合料高温稳定性影响程度最为显著。然后,讨论了不同荷载和空隙率下的沥青混合料车辙变形规律,得到动稳定度、车辙变形与压实度、荷载应力的关系式。室内车辙试验用压实度为100％的沥青混合料来评价实际沥青路面的高温稳定性,确实高估了沥青混合料的高温抗车辙性能。     

排水沥青混合料单轴静态蠕变试验的离散元仿真

为揭示排水沥青混合料单轴静态蠕变试验的细观力学机制,综合室内试验和数值模拟相结合的方法,采用图像识别技术获取车辙板粗集料及孔隙细观信息,并基于离散元建立单轴静态蠕变试验模型,围绕沥青模量、粘结强度和混合料孔隙率等3个因素对排水沥青混合料高温性能的影响开展了研究。结果表明:在相同的外荷载作用时间下,模量对永久变形的降幅影响略大于蠕变柔量,模量由1倍提升至5倍,蠕变柔量约降低3.7倍,永久变形降低约4.7倍;模量增大至4倍后,永久变形量和蠕变柔量的降幅趋于平缓;空隙率由18%提升至22%,蠕变柔量和永久变形量均增大约40%,混合料耐久性明显降低,空隙率18%-19%阶段对永久变形和蠕变柔量的增幅较为平缓,19%-22%阶段永久变形和蠕变柔量的增幅增大,且接近线性关系;混合料承载力随粘结强度提高而增大,不同粘结强度(280、300、500 N)对永久变形量和蠕变柔量的影响基本一致,且低粘结强度(250～300 N)对永久变形量和蠕变柔量的影响远大于高粘结强度(300～700 N)。在影响蠕变柔量与永久变形计算值可靠度的3个因素中,按可靠度高低排序依次为:粘结强度、空隙率、模量。     

沥青混合料高温蠕变试验方法研究

沥青混合料是一种颗粒性的黏弹性材料。沥青混合料力学特性的颗粒性特征决定了无侧限的单轴蠕变试验方法,通常在常温下可以采用较高的应力水平;在高温时却只能采用较低的应力水平,否则试件将会提前破坏。然而,道路使用过程中所承受的重载往往超过0.8 MPa,路面温度也达到60℃。因此,采用厚车辙板试件(30 cm×30 cm×10 cm)进行单轴蠕变试验(即单轴贯入蠕变试验),利用厚车辙板试件本身为荷载作用下的沥青混合料提供侧向约束,为研究沥青混合料在高温、载重作用下的黏弹特性提供合理的试验方法。     

集料取向对沥青混合料永久变形性能的影响

为了研究压实过程中集料取向对沥青混合料永久变形行为的影响,采用三维离散元方法进行分析,生成了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料三维离散元模型,对混合料离散元模型微观组成结构之间的接触行为赋予了相应的微观接触模型及参数,在此基础上对沥青混合料单轴静态蠕变试验进行了三维离散元模拟,并分析了集料取向对沥青混合料永久变形行为的影响。研究结果表明:三维离散元模拟结果与室内试验较为接近; 4. 75 mm粒径集料取向对沥青混合料的永久变形性能影响较为显著;集料的取向趋于水平时,排列相对稳定,沥青混合料的永久变形性能较好。     

沥青混合料高温性能的试验研究

分析比较常用的沥青混合料的高温性能试验方法,选用了高温单轴静载蠕变试验作为评价沥青混合料高温性能的试验方法,并用此试验方法对SMA16、AK16C、AC25I3种沥青混合料的高温抗车辙性能进行了对比分析,从而得出了沥青混合料在高温条件下的一些变形规律。     

沥青混合料蠕变损伤模型与损伤演化

为定量描述沥青混合料的蠕变特性,考虑沥青混合料在整个蠕变过程中同时存在蠕变硬化机制和蠕变损伤劣化机制,基于分数阶微积分理论,发展了一种相对简单的分数阶蠕变损伤模型,用分数阶Maxwell模型来描述蠕变硬化机制,用损伤应变来表示蠕变损伤劣化机制,并从统计学角度推导出沥青混合料的损伤演化方程;对AC-13沥青混合料进行了不同应力水平(0.179、0.358、0.448、0.537和0.716 MPa)下的单轴压缩蠕变试验,通过Levenberg-Marquardt优化算法进行了非线性拟合,确定了不同应力水平下分数阶蠕变损伤模型的参数与损伤演化曲线;为构建不同应力水平下统一的损伤演化模型,提出了一种统计量化沥青混合料损伤演化的方法,建立了蠕变损伤与损伤应变之间的演化关系。研究结果表明:在不同应力水平下,提出的分数阶蠕变损伤模型与试验结果的判定系数均不小于0.995,适用于描述包括衰减蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段的整个蠕变过程;在衰减蠕变阶段,不同应力水平下沥青混合料的损伤都小于1.0×10-3,相对于蠕变破坏时的损伤0.8可以忽略不计,而进入稳定蠕变阶段以后,损伤逐渐增大;当沥青混合料的蠕变应力超过一定值时会发生蠕变破坏,其流值时间取决于所施加的应力水平;用二参数Weibull分布函数拟合所得的蠕变损伤与损伤应变之间演化关系的判定系数为0.992,说明可以建立不同应力水平下的统一损伤演化模型,且其参数只与材料性能和温度有关,与施加应力大小无关。      

沥青路面车辙形成因素的试验研究

根据室内不同车辙影响因素作用下的轮辙试验,对比分析了采用普通沥青混合料和改性沥青混合料的抵抗车辙性能,分别得到沥青混合料的动稳定度与不同交通荷载、温度、水、沥青、混合料组成之间的变化曲线,研究表明SBS改性沥青混合料的抵抗车辙能力要优于普通沥青混合料,同时确定了沥青混合料在不同交通荷载、温度、水、沥青、混合料组成作用下的变化规律.     

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.