冻融循环对泡沫沥青冷再生混合料宏细观结构性能的影响

为了研究冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料强度特性、疲劳性能及微观结构性能的影响情况,采用劈裂强度试验、贯入剪切试验及间接拉伸疲劳试验研究了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料强度特性和疲劳性能的衰减规律,基于X-ray CT断层无损扫描技术和VG软件的三维重构功能,分析了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料空隙级配、平均空隙直径、最可几空隙直径的变化规律,进而建立了泡沫沥青冷再生混合料宏观性能与微观空隙结构特性之间的关系。结果表明,冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料贯入剪切强度、劈裂强度、疲劳寿命有显著影响,随着冻融循环次数增大,泡沫沥青冷再生混合料内部0.1mm~3的空隙比例增大,0.1mm~3空隙比例减小,平均空隙直径与最可几空隙直径随冻融循环次数增加而增大。结合不同冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料的空隙结构特征,将泡沫沥青冷再生混合料内部V≤0.1mm~3空隙划分为无害孔,0.1V≤0.5mm~3空隙划分为少害孔,V0.5mm~3空隙划分为有害孔。各应力水平下的疲劳寿命随平均空隙直径和最可几空隙直径增大而降低,二者之间负线性相关性良好。冻融循环作用使得泡沫沥青冷再生混合料中的微孔数量减少、大孔数量增多,这是冻融作用导致冷再生混合料力学强度和疲劳性能降低的主要原因之一。     

冻融循环条件下沥青混合料性能衰变规律研究

为分析冻融循环对沥青混合料性能的影响,本文对冻融循环作用后沥青混合料劈裂强度、空隙率、动态模量以及疲劳性能进行了试验分析。试验研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料劈裂强度、动态模量及疲劳寿命逐渐降低,且冻融循环初期衰减较快;沥青混合料空隙率随冻融循环次数的增加总体呈增加趋势,并且SMA沥青混合料空隙率增加程度大于普通密级配沥青混合料。     

SBS改性沥青混合料抗老化与抗疲劳性能试验研究

利用室内试验,测定不同SBS改性剂掺量时老化前后沥青的低温延度,沥青混合料的劈裂强度、抗弯拉强度和弯拉应变,以及沥青混合料疲劳寿命随SBS掺量的变化规律,研究SBS改性沥青混合料的抗老化和抗疲劳性能。试验结果显示,SBS改性剂的掺入能明显改善沥青和沥青混合料的抗老化性能,从抗老化性能角度考虑最佳的SBS掺量为4.5%;沥青混合料的疲劳寿命随SBS掺量的增大逐渐增大,疲劳寿命与SBS掺量之间具有良好的线性相关性。     

温度-盐分-冻融耦合作用下沥青混凝土疲劳寿命研究

为提高寒冷地区沥青路面的疲劳性能,对AC-16型沥青混凝土进行未冻融和冻融条件下的劈裂疲劳试验,得到了其应力疲劳方程.研究了温度、盐分和冻融循环次数耦合作用下,沥青混凝土疲劳寿命的变化规律.研究结果表明:沥青混凝土的疲劳寿命与其劈裂抗拉强度具有明显的相关性,即劈裂抗拉强度越高,疲劳寿命越大.温度、冻融循环和氯盐的侵蚀是影响沥青混凝土疲劳性能的重要因素.在相同的冻融循环温度下,随着冻融循环次数的增加,沥青混凝土疲劳寿命降低;在相同的冻融次数下,随着冻融温度的降低,沥青混凝土疲劳寿命降低.经饱和氯盐溶液冻融的沥青混凝土疲劳寿命明显低于经清水冻融的沥青混凝土疲劳寿命,说明盐分能够加剧沥青混凝土的疲劳破坏.     

基于拉压模量同步测试的岩沥青改性沥青混合料疲劳损伤特性

为了揭示岩沥青作为改性剂对沥青混合料疲劳性能的影响,利用MTS材料试验系统对岩沥青改性沥青混合料进行了四点弯曲疲劳试验,并对比了其与SBS改性沥青混合料的疲劳性能,分析了岩沥青对基质沥青混合疲劳性能的改善效果;定义模量衰减为损伤变量,基于四点弯曲拉、压弯模量同步测试法同时得到沥青混合料拉、压和弯曲回弹模量,建立了沥青混合料不同模量衰变方程。研究结果表明:岩沥青加入基质沥青混合料能显著改善其疲劳性能,与SBS改性沥青混合料疲劳性能相当;从拉、压、弯模量衰减斜率绝对值大小来看,拉伸模量斜率最大,其次是弯拉模量,压缩模量斜率最小;临界破坏时拉伸模量的衰减比大于压缩模量的衰减比,即试件发生开裂破坏并非是压缩模量的衰减所导致,而是由拉伸模量衰减过快引起的,导致中性面以下受拉区域损伤累积加剧,最先发生开裂,为试件的破坏源;在弯拉疲劳应力状态下,沥青混合料的拉、压模量衰变规律具有较大的差异性,拉伸模量衰变速率大于压缩模量衰变速率,因此在受拉区将产生较大的损伤,说明了模量衰变曲线稳定阶段拉伸模量衰减速率的过快及衰减末期压缩模量破坏点的滞后性,同时也间接反映出拉伸模量衰变速率的快慢是决定沥青混合料疲劳性能是否优越的关键因素。     

盐溶液与高温耦合作用下沥青混合料性能衰变规律及防治措施

为准确评价盐-湿-热循环作用对沿海含盐高湿区沥青混合料路用性能和疲劳性能的损伤规律,针对沿海高温多雨地区沥青路面在荷载、高温、海盐水冻融循环作用下剩余弯拉强度和疲劳寿命进行研究,制定了适宜的盐-湿-热循环试验方案,分析给出了盐-湿-热循环作用下沥青混合料路用性能、疲劳性能的损失率计算模型。进而对比分析了硅藻土、岩沥青、木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维、抗剥落剂ARM、消石灰对含盐高湿环境沥青混凝土路用性能和疲劳性能的改善效果。试验结果表明:在盐-湿-热循环过程中沥青混合料的车辙试验动稳定度、弯曲应变、弯拉强度、疲劳寿命能衰变规律符合logistics生长曲线模型。沥青混合料各项路用性能、力学性能、抗疲劳性能劣化程度随着盐溶液浓度增大而增大,当盐溶液溶度超过10%后,继续增大盐溶液浓度沥青混合料性能劣化速率减小;前20次盐-湿-热循环作用下沥青混合料路用性能衰变劣化程度较为明显,继续增大盐-湿-热循环次数后沥青混合料高低温和水稳定性能劣化速率减小,可采用10%盐溶液浓度和盐-湿-热循环20次来模拟盐-湿-热侵蚀环境对沥青路面的负面影响;纤维类添加剂对含盐高湿环境沥青混合料抗疲劳性能、低温性能及高温性能改善效果最优,硅藻土对沥青混合料水稳定性改善效果最好,抗剥落剂和消石灰对沥青混合料在盐-湿-热循环作用后路用性能改善效果最差,建议在沿海含盐高湿地区优先采用玄武岩纤维来提高沥青混合料的水稳定性和抗疲劳耐久性能。     

考虑冻融循环的聚酯纤维沥青混合料性能研究

为研究聚酯纤维掺量对沥青混合料路用性能和冻融损伤劣化规律的影响,通过高温车辙试验、低温劈裂试验、水稳定性试验和冻融循环条件下小梁弯曲试验,对比分析聚酯纤维掺量为0.0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%时沥青混合料动稳定度、极限弯拉强度、弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂强度比和冻融弯曲应变的变化。结果表明,随着聚酯纤维掺量的增加,沥青混合料路用性能指标和冻融损伤性能呈现先增大后减小的趋势,聚酯纤维掺量为0.2%左右时,沥青混合料动稳定度出现峰值(3 512次/mm),抗弯拉强度提高12.4%,极限弯曲应变增加7.6%,弯曲劲度模量超过2 670 MPa,马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比分别提高2.2%、3.2%;聚酯纤维掺量为0.2%左右、冻融循环次数为12次时,弯曲破坏应变出现峰值,抗冻融性能最佳;聚酯纤维沥青混合料的弯曲破坏应变与冻融循环周期呈负相关关系,冻融循环次数超过12次时,弯曲应变下降速率减小并逐渐趋于稳定。     

交联聚乙烯改性沥青混合料弯拉疲劳性能研究

通过四点弯曲弯拉疲劳试验,对不同交联聚乙烯掺量的改性沥青混合料在温度、应力比、加载频率等因素影响下的疲劳性能进行研究。结果表明,适量的交联聚乙烯改性剂可改善沥青混合料的疲劳性能,其最佳掺量为5%;交联聚乙烯改性沥青混合料的弯拉强度、疲劳寿命和劲度模量随着温度的升高而降低;随着应力比的增大,疲劳寿命逐渐降低,劲度模量逐渐增大;荷载频率对交联聚乙烯改性沥青路面疲劳性能的影响较大,低频率比高频率更容易产生疲劳破坏。     

矿料级配对多孔沥青混合料空隙分布特性的影响

通过将X射线CT技术、数字图像处理技术与分形理论相结合,分析了矿料级配对多孔沥青混合料空隙率、空隙直径、空隙数量、空隙分维数等参数的影响规律。结果表明:随着空隙率的逐渐减小,空隙等效直径范围从空隙率为18.8%时的3.9～4.8mm减少到空隙率为4%时的1.5～2.9mm,空隙等效直径平均值从4.3mm降低到2.0mm;空隙数量、空隙率与等效直径沿试件高度方向分布规律较为一致;空隙轮廓分维数随着空隙率的不断减小而逐渐增大,且空隙轮廓分维数与空隙率呈现出显著的函数关系;多孔沥青混合料与普通沥青混合料空隙率的分界值约为14%;多孔沥青混合料空隙数量并不多,而是空隙等效直径较大。     

高原寒冷地区就地热再生沥青混合料耐久性试验研究

为了研究热再生沥青混合料在内蒙古寒冷地区应用出现的耐久性问题,选择就地再生沥青混合料,旧沥青混合料和新沥青混合料进行了不同冻融循环次数和长期老化前后的劈裂试验和小梁低温弯曲试验。试验结果表明:随着冻融循环次数的增多,再生沥青混合料、旧沥青混合料和新沥青混合料的劈裂抗拉强度都逐渐减小,冻融循环次数超过15次后,劈裂强度迅速降低。再生沥青混合料和新沥青混合料抗弯拉强度都随着循环次数增加而减小并逐渐趋于稳定。2种沥青混合料的劲度模量都随着冻融循环次数的增加逐渐减小,变化速率逐渐减小。2种材料的破坏劲度模量都随着冻融循环次数的增加逐渐减小,变化速率逐渐减小,在相同冻融循环次数时再生沥青混合料的破坏劲度模量比新沥青混合料小。经过长期老化,再生沥青混合料、旧沥青混合料和新沥青混合料的劈裂抗拉强度都有所增加,破坏拉伸应变均降低,劲度模量均增加。     

大空隙沥青混合料内部冻融损伤特征

通过冻融劈裂试验,得到大空隙沥青混合料冻融循环前后劈裂强度。结合CT测试技术,得到试件在冻融劈裂前后不同层位的图像。分析大空隙沥青混合料试件在冻融劈裂后内部损伤的状况,并利用损伤变量对混合料内部微观结构的变化进行对比分析。分析结果表明:随着冻融循环作用次数的增加,大空隙沥青混合料试件的劈裂强度逐渐下降;混合料试件冻融后劈裂破坏多发生在试件初始空隙分布密集处,裂缝的扩展方向与初始空隙的方向基本一致;空隙大的沥青混合料试件其力学性能较差,且空隙率大的层位损伤变量增加比空隙率小的层位损伤变量增加更多。     

不同空隙率排水性沥青混合料宏观性能与微细观空隙结构研究

为了兼顾排水性沥青混合料排水性能与耐久性能,在JTG F40-2004推荐的OGFC-13矿料级配范围内选取5种级配,使得5种级配排水性沥青混合料空隙率为18%～24%,针对室内试验试验研究不同空隙率排水性沥青混合料力学性能、路用性能、疲劳性能,基于X-Ray CT的无损检测技术获取排水性沥青混合料内部的细微观空隙形态,采用平均空隙直径、空隙级配未评价指标,研究不同级配排水性沥青混合料的微观空隙分布特征,最后建立排水性沥青混合料细微观空隙结构与其宏观路用性能之间的关系。结果表明,9.5、4.75、2.36 mm这3种筛孔通过百分率与空隙率的相关性最好;在20%～21%空隙率时排水性沥青混合料的动稳定度达到峰值,抗弯拉强度、弯曲应变、浸水马歇残留稳定度、冻融劈裂强度比及各应力水平下的疲劳寿命随着空隙率增大而减小;排水性沥青混合料空隙体积测算的平均空隙直径为6.8～10.3 mm,表面积测算的平均空隙直径为8.8～13.4 mm,直径大于4 mm的空隙数量占总空隙数量的75%以上。建议排水性沥青混合料适宜的空隙率为20%～22%。     

冻融循环对聚合物改性沥青混合料的抗裂性能影响

为了研究冻融破坏对寒冷地区常用路面材料抗裂性能影响,通过半圆弯拉试验,并利用断裂韧度指标分析冻融循环次数和盐浓度对SBSMM、CRMM和CCRMM抗裂性的影响。结果表明:SBSMM、CRMM和CCRMM三种聚合物改性沥青混合料抗裂性能随着冻融循环次数和盐浓度的增加而减小,并且在冻融循环达到20次时趋于稳定;对比冻融循环次数和盐浓度变化对混合料抗裂性能影响发现,冻融循环次数对混合料抗裂性能影响更加显著;对比三种聚合物改性沥青混合料在不同冻融循环次数和盐浓度下的断裂韧度变化可以得出,CCRMM的抗裂性能最好,CRMM次之,SBSMM最差。     

适用高寒高海拔地区沥青混合料路用性能

为提升沥青混合料在高寒高海拔地区路用性能,用橡胶粉与SBS制备两种改性沥青混合料,与基质沥青混合料进行弯曲破坏试验、冻融劈裂与浸水马歇尔试验、应力控制疲劳试验、车辙试验,测试混合料的低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、高温稳定性。结果表明,相比基质沥青混合料,改性沥青混合料的路用性能均有良好改善。其中:橡胶粉改性沥青混合料的最大弯拉应变提升55.8%,劲度模量降低9.6%,低温抗裂性更优;SBS改性沥青混合料的残留强度比与残留稳定度下降2%,水稳定性更优,同时根据疲劳试验结果,证明其具有更长的疲劳寿命;根据动稳定度值的分析,两种改性沥青混合料的高温性能均有明显改善。高寒高海拔地区主要考虑低温抗裂性与水稳定性,相应可优选橡胶粉改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料,可根据实际需要选择适用类型。     

玻璃纤维对沥青混合料路用性能的影响

通过单轴拉伸试验、半圆弯拉试验和冻融劈裂试验等,考察了纤维类型和埋深与沥青的黏结作用,并分析了玻璃纤维掺量对基质沥青/改性沥青混合料高温稳定性、低温性能、中温抗裂性能和水稳定性的影响。结果表明,玻璃纤维与基质沥青/改性沥青的黏结强度高于玄武岩纤维和钢纤维,且改性沥青与纤维的黏结效果优于基质沥青。相同玻璃纤维掺量时,改性沥青混合料的稳定度、马歇尔模数、破坏拉伸应变、劈裂抗拉强度、断裂能、层底抗拉强度和层底抗拉应变都要高于基质沥青混合料,流值和破坏劲度模量都小于基质沥青混合料;改性沥青混合料有相较基质沥青混合料更好的高温稳定性、低温抵抗变形能力和中温抗裂性能。适量玻璃纤维的掺加有利于提高基质沥青/改性沥青混合料的劈裂强度,玻璃纤维-改性沥青混合料的水稳定性高于玻璃纤维-基质沥青混合料。玻璃纤维掺量为0.30%的改性沥青混合料具有最佳的路用性能。     

双酚A型不饱和聚酯树脂改性沥青混合料性能研究

为开发出性能优良且价格低廉的新型桥面铺装材料,利用不饱和聚酯树脂(UPR)作为沥青的改性剂,改善沥青铺装材料的路用性能。通过劈裂试验、弯拉试验、车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、弯曲疲劳试验、耐油腐蚀试验等,对UPR改性沥青混合料进行性能测试,并将其与基质沥青混合料、环氧沥青混合料进行比较。结果表明:UPR改性沥青混合料的强度、高温性能和抗疲劳性能虽然与环氧沥青混合料存在一些差距,但是其低温抗裂性和水稳定均优于环氧沥青混合料,并具有良好的耐油腐蚀性,此外价格只有环氧沥青混合料的60%。     

高弹改性沥青在钢桥面铺装中的应用研究

针对目前钢桥面铺装面层沥青混合料容易产生疲劳开裂的问题,根据沥青混合料粘弹原理中的累积耗散能和滞后环线理论,提出通过降低沥青混合料每次滞后环线的损失能量从而提高沥青混合料疲劳寿命的观点.根据此原理开发了高弹改性沥青,对高弹改性沥青的高低温性能以及疲劳性能进行了试验验证,高弹改性沥青混合料的低温变形能力有很大的提高,-10℃低温大梁弯拉应变大于10 000με,4点弯曲小梁疲劳寿命比普通改性沥青混合料的疲劳寿命有了很大的提高,1 000με疲劳寿命达到190万次,是普通混合料的疲劳寿命的20倍左右.     

沥青混合料劈裂疲劳过程刚度衰减及路面模拟分析

为研究沥青混合料在使用过程中材料属性的变化规律,选择典型路面结构为载体探讨沥青混合料刚度衰减规律及衰减后路面力学状态。以AC-13C、AC-20C、AC-25C沥青混合料为研究对象,设计劈裂强度试验、劈裂疲劳试验得到其疲劳寿命。通过定义沥青混合料不同损伤程度D(0%、20%、40%、50%、60%、80%)及寿命比S,得出各疲劳损伤程度下沥青混合料疲劳作用次数。通过类比沥青混合料抗压回弹模量测试方法,提出了测定疲劳损伤后的劈裂回弹模量测试方法,导出劈裂刚度模量E的表达式;建立随疲劳损伤过程沥青混合料刚度衰减规律。通过ABAQUS有限元法模拟路面结构层和受力状况,将不同损伤程度刚度模量赋值于路面层状模型中,导出上面层竖向位移和下面层层底拉应力参数。结果表明:随着使用过程疲劳损伤不断累积,沥青混合料能刚度模量不断衰减;并且随刚度衰减,面层层底拉应力增加上面层抵抗变形能力下降而变形增加。     

盐化物沥青混合料抗冻融循环性能及灰色预测

通过反复冻融循环试验对盐化物沥青混合料空隙率和劈裂强度变化规律进行分析,并运用灰色理论建立冻融循环次数对空隙率以及劈裂强度的GM(1,N)预测模型.试验结果表明:随冻融循环次数的增加,盐化物沥青混合料的空隙率呈现出先增加后逐渐稳定的规律,而劈裂强度衰减显著,且相比普通沥青混合料,盐化物沥青混合料的变化幅度更大.建立的GM(1,N)灰色预测模型,能够较好地预测冻融循环条件下盐化物沥青混合料的空隙率和劈裂抗拉强度,且计算结果与试验数据吻合较好.     

盐—冻融循环作用下废旧轮胎橡胶粉改性沥青混合料性能研究

该文采用三轴蠕变试验和低温小梁弯曲试验,以蠕变速率、5 000次循环对应的应变、抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量、应变能密度等指标对盐冻循环条件下热拌、温拌沥青混合料的高、低温性能进行了研究。结果表明:沥青混合料在经历盐冻融循环后,蠕变速率和5 000次循环对应的应变都增大,高温性能下降,且冻融循环次数相较于盐溶液浓度对沥青混合料高温性能影响更大;抗弯拉强度、最大弯拉应变、应变能密度显著降低,弯曲劲度模量增大,低温性能降低,且盐冻融循环作用的初期,各指标衰变程度较大;盐溶液浓度在10%附近时,对沥青混合料的高、低温性能影响最大;温拌沥青混合料的高、低温性能都优于热拌沥青混合料。