老化对沥青路面疲劳性能的影响

为探究老化对沥青混合料疲劳性能的影响,建立更为合理的沥青混合料疲劳方程,采用烘箱对沥青混合料试件在163℃条件下进行了不同时间的老化,并采用UTM材料试验机对不同老化时间后的沥青混合料试件进行了疲劳试验,建立了各自的疲劳方程;采用老化方程对沥青混合料经过不同时间老化后的疲劳寿命进行了拟合,得到了考虑沥青老化的沥青混合料疲劳方程,并提出了考虑老化的沥青路面疲劳寿命预估方法和步骤。研究结果表明,沥青混合料的疲劳性能受老化的影响显著,在对沥青混合料进行疲劳设计时应考虑沥青老化对其的影响。     

布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳耐久性试验研究

为了研究布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳耐久性,利用万能材料试验系统,对基质沥青混合料、布敦岩沥青改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行4种不同应力比条件下的疲劳耐久性试验,分别拟合得到3种沥青混合料的疲劳方程拟合参数,并对试验结果进行对比分析。试验结果表明:在相同应力比条件下,基质沥青混合料疲劳寿命最短,SBS次之,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命最长;布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳方程拟合参数K最大,n最小。疲劳方程拟合参数K和n表征布敦岩沥青改性沥青混合料对于应力比变化的敏感程度最低,在荷载水平增加相同幅度的条件下,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命衰减量最小,进一步说明其具有较好的抵抗疲劳荷载的能力,其疲劳耐久性最好,将其用于沥青路面铺筑可有效延长路面的使用寿命。     

钢桥面浇注式沥青+改性沥青SMA铺装结构疲劳抗裂性能评估

为评价钢桥面铺装材料抗疲劳开裂性能,采用四点弯曲试验进行不同温度和应变条件下的高弹改性SMA10疲劳试验,建立不同温度下的疲劳行为方程;通过有限元模型提取铺装层顶面最大弯拉应力,计算SMA10在不同温度区间疲劳损伤度,建立钢桥面铺装疲劳开裂预估模型。研究结果表明,温度和应变对钢桥面铺装开裂影响显著;温度每升高10℃,高弹改性SMA10的疲劳寿命提高4~5倍;应变条件和疲劳寿命之间具有很好的指数函数关系,其相关性系数均大于0.9;通过预估模型结果表明,浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青SMA10结构的疲劳开裂寿命为16年,其预估结果为钢桥面铺装方案的选择提供了理论依据。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

用真实应力比表征的老化沥青混合料疲劳性能

为了弥补现行沥青路面设计规范在利用传统疲劳方程进行疲劳设计时的不足,通过对沥青混合料进行不同程度的长期老化试验模拟了路面实际的老化程度。通过不同加载速率下的沥青混合料强度试验,揭示了强度随加载速率的变化规律。基于不同加载速率下的强度值,得到了与疲劳加载速率对应的疲劳真实应力比,建立了基于名义应力比和真实应力比的沥青混合料疲劳方程。基于名义应力比的疲劳方程曲线后延后与横坐标的交点远比1大,不具有后延性,而基于真实应力比的疲劳方程曲线可以后延到疲劳寿命为1的强度破坏点,统一了强度破坏与疲劳破坏的内在联系。建立了基于真实应力比的老化沥青混合料疲劳方程,疲劳方程曲线均通过(1,1)点。研究结果可为沥青路面设计时考虑老化效应的影响和抗拉强度结构系数的正确计算提供理论方法和依据。     

基于热物理特性的沥青混合料的研究

为了减少高温车辙病害的产生,提出采用"主动"降低沥青路面温度的方式以降低车辙病害产生的方式。研究分析了沥青混合料及其骨料的热物参数与沥青路面温度的关系。采用Williamson公式和热学导热系数推算公式计算分析骨料热物参数对沥青混合料热物参数的影响,在室内试验中用常功率平面热源法进行验证;应用传热学中一维导热方程和巴勃模型,研究了路面结构热力学材料参数对于沥青路面结构温度的影响。结果表明,在正常的高温条件下,导热系数较小的材料其路面结构内部的温度相对较低。在室外试验中,普通沥青混合料与采用导热系数较小的材料制备的沥青混合料的底层温度相差可达6℃。     

基于结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想

为了建立科学的耐久性沥青路面设计新思想,通过力学分析探究了沥青路面近表面的应力分布特征,论证了以路表荷载作用区边缘作为沥青路面破坏源的合理性。针对中国现行沥青路面疲劳设计方法的缺陷,开展了沥青混合料疲劳试验,在考虑加载速度影响的基础上,建立了以真实应力比表征的沥青混合料疲劳方程。结合中国沥青路面各结构层设计寿命相等所诱发的问题以及实际沥青路面结构的破坏特征,提出了各结构层自上而下设计寿命递增的沥青路面结构设计新思想和耐久性沥青路面结构设计新理念。结果表明:沥青面层近表面是其真正的破坏源;基于真实应力比的疲劳方程反映了材料的本质特征;耐久性沥青路面的各结构层应采用疲劳寿命递增的方法进行设计。     

硫磺改性沥青混合料性能及其应用研究

为改善沥青的高温性能,减小沥青路面车辙,提出了用SEAM改性沥青的新方法。为证明SEAM改性沥青混合料在车辆荷载和气候作用下的性能变化,通过室内试验,研究了SEAM改性沥青混合料的马歇尔性能指标、高温、低温稳定性、水稳定性和疲劳性能及影响其性能的因素。现场验证了SEAM改性沥青混合料路面的性能、使用效果和经济性。室内试验结果表明,当SEAM掺量大于20％以后,SEAM改性沥青混合料具有较好的抗车辙性能和抗疲劳性能。与普通沥青混合料路面相比,SEAM改性沥青混合料路面施工工艺和程序与普通沥青混合料相同,但在性能上SEAM改性沥青混合料好于普通沥青混合料,并可以节约一定的工程费用。基于SEAM改性沥青混合料在高温条件下的良好路用技术性能,得出了SEAM改性沥青混合料可以作为气候炎热地区沥青路面设计的一个方案选择的结论。     

基于自愈合性能的沥青混合料设计因子研究

为了解决我国沥青混凝土道路养护中的路面开裂问题,为沥青路面建设与预防性养护提供数据支持,为区域养护政策与标准制定提供理论支撑,特针对当下公路沥青路面和城市道路沥青路面中普遍存在的开裂病害进行了自愈合性能影响因子研究。为了更好地模拟道路开裂和研究自愈合性能影响因素,从沥青混合料配合比设计着手,基于四点小梁弯曲疲劳试验,通过N_(fNM)方法中的评价方法,选取疲劳恢复率作为评价指标,采用单因素方法对沥青混合料的空隙率、沥青用量、沥青种类及级配等因子进行了系统研究,并选用灰关联分析研究各因子显著影响水平。结果表明:首先,沥青混合料的自愈合能力与其空隙率成反比关系,随空隙率的增大,其疲劳寿命恢复率减小;其次,沥青混合料的自愈合能力与沥青用量成正比关系,随沥青用量的增大,其疲劳寿命恢复率增大;再者,SBS改性沥青混合料的自愈合能力要比普通沥青混合料更好,且随改性沥青的基质沥青标号的增大而增大;最后,不同级配的沥青混合料,其疲劳恢复率也是不一样的,随着最大公称粒径的增大,其疲劳寿命恢复率减小。同时,灰关联分析结果显示,沥青种类对沥青混合料的自愈合能力的影响是最显著的,其次沥青混合料的空隙率和沥青含量对其自愈合能力的影响较显著,而级配类型对沥青混合料的自愈合能力影响则不显著。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

不同环氧树脂掺量下环氧沥青胶结料粘弹性能研究

从沥青胶结料粘弹性能角度对不同环氧树脂掺量(5%,10%,15%,20%,25%,30%,40%)下环氧沥青胶结料进行研究,以揭示环氧掺量与沥青胶结料性能关系。对不同环氧树脂掺量沥青进行PG分级的评价,并与70#基质沥青、PG76改性沥青作比对,提出了普通路面掺量10%~15%、混凝土桥面掺量15%~20%、钢桥面掺量20%~40%树脂掺量比例的建议。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标，基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）；然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能，获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率；最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系，并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE，DPSE_c，DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系，DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加，而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小，其原因是随着温度的升高，沥青塑性变形发展变快，而开裂则减缓；SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9，70.1，91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0，47.0，45.8 kJ·mol^-1），这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青；此外，SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此，可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装设计理论与方法

为改善混凝土桥面铺装调平层与铺装层间的黏结和防水性能,提出基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装设计理论与方法。结合沪苏浙高速公路江苏段三白荡特大桥桥面铺装工程,对基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装的受力特性、材料与结构指标、铺装体系的疲劳特性和设计方法等进行系统的分析与研究。在国内初次实施基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装实体工程1.2km试验段,通车后的检测结果表明试验段平整度和运行状况良好。     

煤制油渣对沥青高温-疲劳流变性能的影响研究

采用多重应力蠕变恢复(MSCR)试验、频率扫描(FS)试验、线性振幅扫描(LAS)试验研究煤制油渣对沥青高温性能与疲劳性能的影响。试验结果表明:煤制油渣可以有效降低沥青的不可恢复柔量J_nr,显著提高沥青的高温抗车辙能力及交通适用等级,且当煤制油渣掺量较低时,对沥青高温性能的改善效果较为明显;煤制油渣对沥青恢复率R的改善程度甚微,整体处于较低水平,蠕变类型仍以粘性流动为主;沥青的复数剪切模量G^*与相位角δ的主曲线分别随着煤制油渣掺量的增加而呈现出逐渐增加与减小趋势,由此表明煤制油渣有助于提高沥青的高温抗变形能力;LAS试验结果显示煤制油渣改性沥青出现局部应力突变现象,随着掺量的增加,最大应力值增幅明显,而破坏应变则逐渐减小;针对厚层沥青路面(预估应变水平γmax=2.5%),煤制油渣改性沥青的疲劳寿命N_f随着掺量的增加而增加,但当掺量达到10%后,N_f的增速则变缓;针对薄层沥青路面(预估应变水平γmax=5%),10%掺量的煤制油渣改性沥青具有最优的疲劳性能。根据各项评价指标的试验结果,得出煤制油渣的最佳掺量为10%。     

沥青混合料的疲劳效应研究

对沥青混凝土梁式试件进行不同温度、不同应力水平条件下的拉伸疲劳试验,结果表明累计耗散能与疲劳寿命在双对数坐标中表现出较好的线性关系,温度和应力水平等试验条件对该关系的影响较小可以忽略。因此,指出可以采用累计耗散能理论来分析沥青混凝土的疲劳性能。运用该理论,通过对大量不同试验条件下的疲劳试验结果的分析,建立了沥青混凝土的疲劳方程。     

基于性能等级的河南省沥青结合料优化选择方法研究

基于针入度的沥青结合料选择方法,无法与沥青路面的路用性能建立直接关系,为了科学合理地选择沥青结合料,收集分析河南省10个典型地区20年的气象资料,分析比较Superpave和LTPP两种路面设计温度换算公式的计算结果,采用4℃性能等级分级量度,计算确定河南省典型地区的沥青结合料性能等级要求;在此基础上,提出基于性能等级适用河南气温的沥青结合料优化选择方法。研究结果有利于河南省高速公路沥青结合料优化选择。     

基于对比试验的水泥冷再生疲劳特性分析

通过试验研究水泥冷再生基层材料的合理水泥结合料掺量和乳化沥青掺量,以回弹模量、劈裂强度及无侧限抗压强度等指标进行表征,确定了基层材料组成;开展力学性能分析,研究结构层厚度和乳化沥青比例对水泥冷再生基层材料疲劳特性的影响;依托多层弹性连续体系理论,对比材料结构层层底拉应力变化规律;通过疲劳试验预估了水泥冷再生基层的疲劳寿命。     

沥青混合料拉压疲劳损伤试验

为研究沥青路面结构实际处于拉压应力作用下的疲劳损伤特性,针对沥青混合料AC-13开展了连续式交变正弦波形加载的小梁拉压疲劳试验。依据损伤力学基本理论,采用唯象学方法分析了沥青混合料的拉压疲劳损伤特性。介绍了拉压疲劳试验方法及影响因素,根据疲劳试验结果得到了拉压疲劳方程;基于弹性模量定义的损伤变量,建立了拉压疲劳损伤模型,拟合疲劳试验结果确定了损伤参数,获得了考虑应力水平的拉压疲劳损伤演化方程。研究结果表明:疲劳损伤参数α、β随应力水平增大而增大,且近似呈线性关系;拉压疲劳损伤演化大致呈3阶段变化规律,即损伤萌生、损伤稳定增长和损伤失稳破坏阶段;应力水平越大的损伤演化曲线越靠下,随寿命比变化疲劳损伤演化速度越缓和。     

ZIGLER岩沥青改性沥青混合料的性能研究

岩沥青常被用作为沥青路面的添加剂,已在国内外一些工程中得到应用。本研究用韩国SK基质沥青和台湾CPC基质沥青分别对不同掺量岩沥青胶结料性能进行了比较分析。采用AC-25沥青混合料,基质沥青为韩国SK-70号沥青,分别对不同掺量岩沥青改性沥青混合料性能进行了比较分析,推荐了岩沥青的适宜掺量。     

宽应力比条件下的沥青混合料疲劳特性:改进的S-N模型

为了避免采用分段函数的不方便性和弥补传统S-N疲劳方程分析宽应力比条件下沥青混合料疲劳特性的不足,揭示了应用反曲函数( Sigmoidal Function)描述宽应力水平下沥青混合料疲劳规律的适用性,通过原材料试验及配合比设计,确定了沥青混合料级配和最佳油石比,利用MTS810( Material Test Syst...