沥青混合料抗剪性能试验研究

基于单轴贯入试验这种全新的沥青混合料抗剪强度评价方法,研究沥青混合料公称粒径大小对于该试验的影响.通过不同级配的沥青混合料在不同试件尺寸及压头尺寸下的贯人试验,得到抗剪强度变异性规律.同时结合有限元模型分析结果,得到与公称粒径大小相匹配的贯入试验参数.研究表明:对于沥青混合料最大公称粒径大于或等于20 mm时.采用0150×100 mm试件和042 mm压头可满足工程精度要求.     

多孔沥青混合料级配与骨架强度关系

通过骨架贯入试验，对多孔沥青混合料(PAC)骨架强度与不同筛孔通过率之间的关系进行了研究。并得出如下结论：(1)2.36～4.75 mm粒径大小的石料会为PAC-13混合料提供一部分骨架强度，因此混合料2.36mm通过率越高，混合料骨架强度越小；(2)4.75 mm通过率对PAC-13混合料骨架强度影响不大；(3)对多孔沥青混合料骨架强度具有最大影响的筛孔是9.5 mm筛孔，多孔沥青混合料骨架强度会随9.5 mm通过率的增长呈现出先增加后减小的趋势。骨架强度与高温稳定性具有较好的相关性，因此可以根据上述试验结果，对PAC-13设计级配范围进行改进。     

含不同粒径集料沥青混合料劈裂抗拉强度研究

设计了含不同粒径集料沥青混合料AC-9. 5、AC-4. 75、AC-2. 36、AC-1. 18以及AC-13C,对含不同粒径集料沥青混合料进行了配合比设计,并制备成型标准马歇尔试件。测定了各类含不同粒径集料沥青混合料的劈裂抗拉强度,分析了各类沥青混合料劈裂强度参数变化规律。结果表明:含不同粒径集料沥青混合料劈裂强度与集料粒径相关,劈裂强度规律表现为AC-13C AC-9. 5 AC-4. 75 AC-2. 36 AC-1. 18;其中4. 75～9. 5 mm集料对提升沥青混合料劈裂强度作用较明显。     

基于单轴贯入试验的AC-20级配优化

为了提高沥青混合料的路用性能,利用颗粒流软件PFC~(2D)构建了沥青混合料单轴贯入数值试验方法,阐述了沥青混合料单轴贯入数值试验中试验条件的模拟方法和模型参数的取值,结合实体工程中AC-20室内单轴贯入试验评价了其可靠性。选取不同的原材料得到3组模型参数,基于单轴贯入数值试验研究了模型参数取值、粗集料级配、细集料级配和粗细集料比例对沥青混合料抗剪强度的影响规律。最后,通过室内单轴贯入试验确定了关键筛孔最佳通过率范围,提出了以抗剪强度最大为原则的AC-20矿料级配,并验证了其路用性能。结果表明:单轴贯入强度模拟曲线与室内实测曲线基本吻合;单轴贯入数值试验模型参数的取值对最大抗剪强度时集料的比例不产生影响;五档粗集料19~26.5mm,16~19mm,3.2~16mm,9.5~13.2mm,4.75~9.5mm的比例为3∶12∶5∶10∶10,细集料级配取I=0.75时所对应的级配,粗细集料比为60∶40时,沥青混合料抗剪强度最大;建议AC-20沥青混合料矿料级配9.5mm,4.75mm,2.36mm及0.075mm筛孔通过率分别为50%~60%、34%~44%、31%~37%和3%~7%;与规范推荐级配中值相比,优化级配AC-20混合料的抗剪强度、动稳定度分别提高了25%、27%。     

沥青混合料压实试件毛体积密度试验方法的比较

沥青混合料压实试件的毛体积密度测定方法一直在道路工作者中存在争议。该文首先剖析了表干法和钻件蜡封法的试验方法及原理,之后针对SAC矿料级配进行了大量试验。试验结果表明,钻件蜡封法比表干法更准确。对于骨架密实型沥青混合料,钻件蜡封法的测试结果比表干法的大,且随着沥青混合料最大公称粒径的增加,两种结果的差异性越大。对于最大公称粒径<25 mm的骨架密实型沥青混合料用表干法已足够能满足精度要求,对于最大公称粒径≥25 mm的骨架密实型沥青混合料用钻件蜡封法可能更为合适。     

沥青混合料毛体积密度测定方法研究

沥青混合料毛体积实测密度是沥青路面中至关重要的一个指标,其测定方法一直在道路工作者中存在争议。剖析了表干法和钻件蜡封法的试验方法及原理,之后针对骨架密实型沥青混合料SAC矿料级配进行了大量试验。试验结果表明,钻件蜡封法比表干法更准确。对于骨架密实型沥青混合料,钻件蜡封法的测试结果比表干法的大,且随着沥青混合料最大公称粒径的增加,两种结果的差异性就越大。对于最大公称粒径<25mm的骨架密实型沥青混合料用表干法测定试件毛体积密度已能满足精度要求;对于最大公称粒径≥25mm的骨架密实型沥青混合料,表干法毛体积密度测试结果应采用修正公式进行修正。     

基于虚拟单轴贯入试验研究集料对沥青混合料抗剪性能的影响

基于X-ray CT技术对集料进行二维断层扫描,并将扫描图像二值化后使用MATLAB将集料轮廓点导入PFC3D中生成集料几何模型。在PFC3D中分别建立粗集料相、砂浆相和空隙相构建沥青混合料虚拟试件,随后根据接触对象分别设置相应的接触模型和微观参数,进行虚拟单轴贯入试验,探究集料对沥青混合料抗剪性能的影响。结果表明:通过离散元法构建沥青混合料的模型并进行虚拟单轴贯入试验来探究其抗剪性能是可行的;增大集料最大公称直径有利于提升沥青混合料的抗剪性能;在集料最大公称直径相同的情况下,骨架密实结构的沥青混合料的抗剪性能优于密实悬浮结构,而骨架空隙结构的沥青混合料的抗剪性能则表现最差;沥青混合料试件横向内部集料的少量增加可以提升沥青混合料的抗剪性能,但内部集料增加过多则会减弱沥青混合料的抗剪性能,而横向外部集料的增加将会导致沥青混合料抗剪性能的下降,但综合来说集料横向分布均匀时沥青混合料实际的抗剪性能表现更加优秀;当集料纵向分布采用不同的结构时,沥青混合料的抗剪强度受上层结构层的影响较大;针片状集料的含量增加以及针片状集料的长细比的增大均会导致沥青混合料的抗剪性能的下降;增大集料的摩擦系数、增加棱角型集料含量均有助于提升沥青混合料的抗剪性能。     

细集料敏感筛孔的判定研究

通过试验研究和理论分析,针对AC-13沥青混合料骨架结构,寻找对该混合料级配设计贡献突出的细集料敏感筛孔.研究基于颗粒堆积学和逐级填充理论,采用敏感筛孔的判定及两阶段试验验证方法,确定0.3 mm筛孔为AC-13沥青混合料骨架结构的敏感筛孔,并提出了一套适应于该类骨架结构沥青混合料细集料敏感筛孔的判定方法.     

密级配沥青混合料均匀性评价

为了克服传统沥青混合料均匀性评价准确度低和耗时长的不足,采用数字图像技术定量评价不同类型的密级配沥青混合料均匀性。提出相邻粗集料区域面积比相对平均差作为评价指标来分析评价SMA-13和AC-13C两种类型混合料的均匀性。结果表明：SMA-13比AC-13C的相邻粗集料区域面积比相对平均差降低了33.1%,SMA-13的均匀性显著好于AC-13C。集料粒径的不同对混合料均匀性有较大影响,各档粗集料的均匀性随粒径增长呈二次抛物线分布规律,4.5~9.5mm档位集料的均匀性最好,＞13.2mm档位集料均匀性最差。混合料的局部与整体均匀性存在较好的对比效果。     

沥青砂浆力学性能的粒径效应试验研究

为了进一步理解沥青混合料细观结构,从胶浆理论出发,通过传统力学试验研究集料尺寸对沥青砂浆力学性能的影响,并根据细观模型计算结果对粒径效应影响规律和成因进行分析。结果表明:沥青砂浆的黏性较强而强度较低,在试验过程中很难出现明显的破坏现象,仅最大公称粒径为2.36 mm的砂浆试件能发生单轴压缩破坏,在1.18 mm以下粒径的砂浆试件已无明显劈裂破坏,而在直接拉伸试验中粒径小于0.6 mm的试件均未被拉断;集料尺寸对沥青砂浆的抗压和抗拉性能的影响显著,随着最大公称粒径的减小,沥青砂浆的力学性能减弱,而当粒径小于0.15 mm时沥青砂浆的强度已与沥青胶浆较为接近;从细观力学计算可知,沥青砂浆中粒径最大的那部分集料对其整体回弹模量起主要作用,且进一步验证了集料尺寸对其力学性能有显著影响。     

骨架嵌挤型粗粒式高模量沥青混凝土配合比设计方法

针对我国重载交通沥青路面情况和工程需要,提出了一种骨架嵌挤型粗粒式高模量沥青混凝土( HMAC25)配合比设计方法.选择针入度为30 (0.1 mm)左右的AH-30低标号硬质沥青作为高模量沥青混凝土的胶结材料,选择粗集料最大公称粒径不小于26.5 mm的石料,采用了基于最紧密状态的沥青混合料设计方法确定混合料的油石比...     

禁区附近集料级配的试验研究

在总结分析美国西部环道试验结果的基础上，选定最大公称尺寸19mm的Sup-19沥青混合料，拟定了8种级配，进行禁区附近集料级配的试验研究，并对西部环道粗级配和细级配分别进行了单轴蠕变试验，确定了3种沥青混合料的本构模型参数，论述了级配曲线走禁区上方的合理性。     

不同AC-13型沥青混合料在实际工程中的应用对比研究

主要讨论了两种不同AC-13型沥青混合料AC-13C和AC-13I的配合比设计方法,并通过马歇尔试验以及车辙试验等方法,对两种混合料在两个不同工程中的应用性能加以比较。结果发现AC-13C型沥青混合料的抗车辙能力为AC-13I型的1.25倍,沥青用量比AC-13I型的用量节约14.3%,而集料表面形成的沥青膜比AC-13I的厚5.3%;路面芯样图片显示AC-13C型沥青混合料中的粗集料形成了更好的骨架嵌挤型结构。     

基于二维离散元法的沥青混合料低温开裂研究

基于离散元软件PFC2D建立沥青混合料半圆弯拉试验数值模型,该模型开展半圆弯拉试验的模拟和分析,通过试验和模拟中荷载峰值对比,验证了模型的合理性与科学性,分析了沥青混合料空隙率、级配类型对断裂韧性的影响以及不同级配拉压力链与断裂特性之间的联系。研究表明:纯I型断裂模式下,AC-5断裂韧性受空隙率影响较大,空隙率较低的沥青混合料具有较好的抗低温受拉开裂性能。其抗断裂能力与最大公称粒径成正相关,集料粒径对沥青混合料的混合断裂行为有显著影响,AC-13具有较高抗裂性。另外,接触拉压力链能够较好地表征混合模式下低温沥青混合料开裂特性与受力分布之间的联系。     

掺钢渣再生沥青混凝土的制备及路用性能研究

再生沥青混凝土制备过程中仍需耗费大量的天然石材,天然石材的开采对环境造成了一定的破坏。该文采用钢渣与回收沥青路面材料RAP作为集料加入新沥青制备掺钢渣再生沥青混凝土,制备RAP掺量分别为25%、30%、35%的AC-13掺钢渣再生沥青混凝土,通过试验研究不同RAP掺量下的AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的高温稳定性、水稳定性以及力学性能、低温性能规律,并制备RAP掺量为11%的SMA-13掺钢渣再生沥青混凝土,评价SMA-13掺钢渣再生沥青混凝土的路用性能。试验结果表明:AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的动稳定度均大于2 300次/mm,且随着RAP掺量增加而降低;AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的浸水残留稳定度均大于80%,满足规范要求; AC-13混合料的劈裂强度可达2 MPa以上,高于普通沥青混凝土;AC-13混合料的低温弯曲应变均为2 400以上,且随着RAP掺量增加而降低。SMA-13混合料各项性能指标也均达到规范要求。     

基于离散元模拟细集料对沥青混合料劈裂试验影响

以AC13为例,采用颗粒流PFC2D软件,建立基于混合料二维数字截面的劈裂试验离散元模型,模拟细集料对沥青混合料劈裂试验的影响。研究表明,细集料影响沥青混合料低温劈裂试验强度和破坏应变;2.36 mm档集料可作为沥青混合料AC13集料级配中粗细集料的分界点,即粒径≥2.36 mm的集料为粗集料,小于2.36 mm的集料为细集料。     

基于颗粒离散元的沥青混合料尺寸效应及影响因素

为了探究沥青混合料的尺寸效应,以沥青玛蹄脂碎石混合料为研究对象,以单轴抗压强度为评价指标,评价了Bazant,Carpinteri和Weibull共3种尺寸效应理论的适用程度,并计算了各自对应的尺寸效应律参数;确定了各级配情况下沥青混合料的临界尺寸和临界强度,并分析了粗集料性能、最大公称粒径、加载速率3种因素对沥青混合料尺寸效应的影响。结果表明:沥青混合料存在明显的尺寸效应现象,且不同尺寸沥青混合料试样单轴压缩应力-应变曲线均具有压密阶段、弹性阶段和向塑性变形过渡直至破坏阶段的阶段性特征;沥青混合料单轴抗压强度与试样尺寸呈负相关性,且随着试样尺寸的增加,强度降低幅度逐渐减小;随着粗集料弹性模量的增大,临界强度值不断增大,临界尺寸呈下降趋势;随着最大公称粒径增大,临界尺寸和临界强度都逐渐增大;随着加载速率增大,临界强度不断增大,临界尺寸逐渐降低。Bazant和Carpinteri尺寸效应律更适用于沥青混合料尺寸效应的分析计算,而Weibull尺寸效应律计算存在较大误差。SMA用作路面结构层时,Bazant尺寸效应律计算得到的结构层厚度与最大公称粒径的比值S的范围是2.6～3.5,Carpinteri尺寸效应律计算得到的S范围是2.6～4.0。     

矿料级配对沥青混合料体积参数的影响

对8组AC—13沥青混合料级配进行马歇尔试验,测定其体积参数空隙率W、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA;利用灰色关联度理论计算3个粒径组和油石比与体积参数的关联度,得出大于2.36 mm部分矿料粒径对混合料体积参数的影响最大,其次是小于0.3 mm粒径和沥青形成的沥青胶浆,0.3～2.36 mm部分对体积参数的影响最小.在混合料设计中,矿料级配对沥青混合料体积参数的影响大于沥青用量,应注重矿料级配特别是粗集料骨架结构的设计.     

沥青混合料在高速公路大修中的环境性能优化与质量控制

基于不同级配下沥青混合料,对其在高温多雨地区高速公路大修中的环境性能优化与质量控制进行研究。结果表明,通过分析不同级配对SBS改性沥青混合料路用性能的影响,各级配高温稳定性排序为:AC-2503级配工地级配 AC-2502级配 AC-2501级配。在改善SBS改性沥青混合料高温抗车辙能力时,RA最佳掺量取0. 35%较为合适,同时沥青混合料的浸水强度可得到改善。就冻融劈裂强度和浸水马歇尔稳定度而言,AC-2503 KH-25 Sup-25;就冻融劈裂强度比和残留稳定度而言,KH-25 AC-2503 Sup-25,AC-2503比KH-25更适应恶劣气候条件。同时提出了沥青混合料施工质量控制措施。     

粗级配沥青混合料骨架结构的细观分析

将数值模拟方法与室内试验相结合,从细观角度探讨了粗级配沥青混合料的骨架特征。从混合料的矿料组成看,根据不同粒径粗集料的组成百分比的变化,粗集料既可能是构成混合料的骨架单元,也可能起充填骨架间空隙的作用。以1/2最大公称尺寸作为粗集料偏粗及偏细骨料的分界尺寸,则当粒径小于分界尺寸的集料含量增加时,偏细的粗集料起充填作用的可能性随之增大,即细集料含量会影响混合料细观结构的传力特征;当细集料充填量足够大时,相当数量的细集料将具有与粗集料类似的结构特征,从而导致混合料由密实骨架结构向悬浮密实结构的转化。