基于多级加载蠕变试验的沥青混合料变形特性研究

沥青路面的永久变形是路面结构层在荷载作用下塑性变形的积累.采用旋转压实仪GC减小沥青混合料试件制作过程中的变异性,在此基础上以MTS810型液压伺服务系统分五级进行单轴压缩蠕变试验,研究重复荷载作用下沥青混合料的变形特性.从能量的角度分析了沥青混合料的永久变形内在机理,探讨了受压状态下耗散能与混合料不可恢复变形间的联系,分析了室温下荷载作用时间对沥青混合料应力与应变关系的影响.     

基于劈裂试验的沥青混合料拉压模量同步测试方法

为了较真实地表征沥青混合料的抗拉、抗压变形能力,提高其拉、压模量的测试效率与科学性,开展了沥青混合料直接拉伸、无侧限抗压以及基于劈裂试验的拉、压回弹模量试验。根据二维应力状态下的胡克定律,利用微积分原理,通过对试样中心水平径向和竖直径向应变函数进行积分,推导出劈裂试验中拉伸模量和压缩模量的解析算法,揭示了2种模量与荷载大小、试样尺寸、应变片长度、测试得到的拉压回弹应变和泊松比的定量关系。按劈裂试验方法同步测得的劈裂压缩模量与单轴压缩模量比较接近,偏差在2%之内;由于应力状态和应力水平的差别,劈裂拉伸模量与直接拉伸模量存在一定偏差,但亦在可接受的范围内。研究结果表明:沥青混合料存在明显的拉、压差异性,基于劈裂试验的沥青混合料拉、压模量同步测试方法能够提高沥青混合料拉、压模量的测试效率与科学性,可为沥青路面结构设计提供科学的设计参数。     

沥青混合料在单轴压缩试验中的位移场分析

采用数字图像技术来研究沥青混合料无侧限抗压强度试验中试件的变形,通过对径高比1∶1端面蜡封处理以及径高比1∶1.5端面不处理这两者界面状态下试件的变形与规范规定的径高比1∶1端面不处理试件变形进行比较,发现前两者局部区域的竖向应变更易达到相对稳定状态,因而更能反映材料真实应力应变关系和受力性能.     

测试方法对沥青混合料动态模量取值的影响

单轴压缩动态模量是沥青路面的重要设计参数,为明确不同测试方法对模量取值的影响,通过试验研究发现:Haversine波比半正弦波和三角波测得的动态模量高20%～50%,φ100mm×150mm圆柱体试件测得动态模量比φ100mm×100mm高20%～60%;10Hz频率下连续加载方式测得的动态模量比间歇加载高20%;对试件端部进行处治能有效削弱端部效应的影响,采用外接传感器进行回弹变形采集精度更高。并建立了两种不同尺寸试件回弹模量之间的线性关系。     

基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混合料高温抗变形能力研究

沥青混合料在高温环境中抵抗变形的能力是混合料组成设计的一个重要控制指标,因此选择合理的试验研究方法和评价指标至关重要。本文首先利用单轴静载压缩试验研究分析了不同胶粉掺加量的沥青混合料在不同温度条件中的抗压回弹模量和静态模量的变化规律,然后进一步通过应力-应变试验分析了胶粉及其掺加量对沥青混合料破坏荷载和抗压强度的影响,最后利用传统的车辙试验分析了胶粉及其掺加量对混合料动稳定度的影响规律,以此对上述试验结果加以验证。试验结果表明:掺加胶粉后,混合料的模量、破坏荷载及其动稳定度都得到了显著的提高,且随着胶粉掺入量的增加,上述指标均在不断增大,说明胶粉能显著改善混合料在高温环境下的抗变形能力;单轴静载压缩试验可以有效评价橡胶沥青混合料的高温抗变形能力。     

沥青结构层芯样分层变形的数字图像测量方法

为有效评价芯样的分层变形和力学特性，将计算机图像识别应用于常规的沥青混合料单轴压缩蠕变试验，实现了沥青结构层钻芯取样分层变形的非接触测量和变形过程的拍摄、自动测量和自动记录，为沥青混合料蠕变试验提供了一种简洁、有效的测量手段。文中分析了测量精度和测量误差，讨论了端部约束对芯样不均匀变形的影响，给出了芯样采用常规测量方法和数字图像测量结果的比较。3层芯样单轴压缩蠕变试验中，以中面层的变形最大；加载历史的不同会导致材料细观结构的改变并引起力学性能的变化。高度压密芯样与路肩处芯样的变形规律不同，尤其在蠕变破坏阶段。     

试件类型和加载模式对沥青混合料动态模量的影响研究

为分析试件类型和加载模式对沥青混合料动态模量的影响,采用法国梯形梁试验机和美国沥青混合料性能试验仪,对SMA-m13沥青混合料试件在弯拉和压剪两种受力模式下进行动态模量试验,分析试验温度和荷载频率对梯形梁和圆柱体试件动态模量和相位角的影响。试验结果表明:两点弯拉动态模量与单轴压缩动态模量受荷载频率和温度的影响变化趋势基本一致,在相同试验条件下两点弯拉动态模量小于单轴压缩动态模量;影响两点弯拉动态模量的主要因素为沥青胶结料,单轴压缩动态模量主要受矿料骨架嵌挤作用的影响。     

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。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.     

级配特征对沥青混合料细观孔隙结构影响

对高温下沥青混合料受压破坏前后的孔隙结构及其分布特征进行研究,从细观角度量化不同级配类型对孔隙的影响规律.选取SMA、AC及SUP典型沥青混合料作为研究对象,采用X-Ray CT技术分析60℃温度下沥青混合料承受单轴压缩破坏后的孔隙状态,并对主要体积指标进行统计分析.结果 表明:高温受压变形后沥青混合料内部的孔隙数显著...     

静、动抗压回弹模量的试验研究

为研究沥青混合料组成设计及静、动态试验方法等对回弹模量的影响规律,进一步完善沥青混合料设计参数,利用MTS-810进行单轴无侧限、顶面法的静、动抗压回弹模量及强度的室内试验。结果表明:沥青混合料强度与模量并无直接关系;混合料级配和沥青品质都会影响回弹模量取值,且相对而言沥青品质的影响较显著。通过研究试验过程中静、动载下材料的变形演化规律,结合开尔文力学模型及沥青混合料黏弹理论分析论证了静、动模量的局限性,表明混合料的黏滞性是影响静、动模量取值的重要因素,并导致所得模量偏小。最后,对静、动模量的线性关系进行研究并得到不同公称最大粒径混合料的静动模量转换方程,较现有方程更为准确。     

三维应力状态下沥青混合料动态模量归一化

沥青混合料的动态模量是路面力学响应分析和结构设计的重要参数之一。为客观表征不同应力状态、试验温度及加载频率等试验条件对沥青混合料动态模量的影响规律，建立复杂服役条件下沥青混合料的动态模量预估模型，揭示沥青混合料动态模量的服役状态相关性。首先开展了不同温度、不同加载速率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸强度试验，揭示了不同温度下沥青混合料强度随加载速率的幂函数变化规律，为模量试验应力比的确定提供了依据。进而据此开展了不同温度与不同加载频率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸动态模量试验，提出了以等效应力比表征三维应力状态下模量试验应力比的沥青混合料动态模量分析方法，并基于时-温等效原理，采用Sigmoidal函数，建立了基于三维应力状态下等效应力比的动态模量归一化预估模型，实现了不同试验方法下沥青混合料动态模量的统一表征。研究结果表明：不同试验温度与应力状态下沥青混合料的强度均随加载速率的增大而增大，基于等效应力比表征的三维应力状态下模量试验应力比可实现不同试验条件下沥青混合料动态模量的统一表征，避免了路面结构设计时人为选取材料模量设计参数导致的设计结果不确定性。研究可为提...     

基于真三轴试验的沥青混合料强度影响因素分析

真三轴试验能比较真实地模拟沥青混合料在路面内部所处的实际受力状态。该文对不同沥青混合料开展了低温真三轴抗压强度试验,对比了不同沥青胶结料类型、级配、矿粉类型和粉胶比下沥青混合料的真三轴强度。研究结果表明:SBS改性沥青对混合料强度的增强作用不明显,却能增加其抗变形能力;级配对沥青混合料强度有显著影响:随着级配变粗,沥青混合料破坏应力增大,破坏应变减小;矿粉对混合料强度影响较大,加入适当性质的矿粉能显著提高沥青混合料的强度;沥青混合料三轴抗压强度随粉胶比的增大而增大。     

温拌橡胶沥青混合料双面剪切疲劳试验研究

通过采用Abaqus有限元软件,建立力学分析模型,模拟沥青混合料小梁试件在双面剪切破坏过程中的受力状态。通过对沥青混合料小梁试件数值模拟,分析沥青混合料小梁试件在双面剪切受力状态下其内部的应力应变分布规律。并根据模型选择应力加载方式控制试验参数,采用自制双面剪切试验夹具,利用应力控制的方式进行双面剪切试验,研究沥青混合料的疲劳性能。通过双面剪切疲劳性能试验得到温拌橡胶沥青、橡胶沥青和SBS改性沥青的疲劳性能,分析温拌剂和橡胶粉对沥青混合料疲劳寿命的影响。     

湿度对沥青混合料性能影响研究

为研究湿度对沥青混合料性能影响,采用真空干燥箱和恒温恒湿箱对AC-20C沥青混合料试件进行湿度养生,开展单轴贯入试验、三轴试验、低温弯曲试验以及单轴压缩动态模量试验,获得所选用沥青混合料的高低温性能和不同温度、频率下的动态模量和相位角,并绘制动态模量主曲线。通过分析试验结果,得到如下结论：湿度对沥青混合料的高温性能影响较大,随着湿度增加,沥青混合料黏聚力减小,其高温稳定性主要依靠集料的嵌挤作用;气态水在沥青混合料内部因温度下降而转化为固态会破坏沥青混合料的沥青-集料界面特性,从而导致沥青混合料的低温性能快速下降;湿度对沥青混合料常温黏弹特性也有较大程度影响,具体表现为随着湿度增加,相位角对温度变化更加敏感,同时沥青混合料的动态模量主曲线在低频区间逐渐降低,损害了沥青混合料在该区间抵抗永久变形能力。     

沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

沥青混合料动静回弹模量的试验研究

通过对五种不同沥青含量的沥青混合料进行单轴压缩试验，在测得抗压强度的基础上进行抗压回弹模量试验，得到抗压回弹模量和沥青用量之间的关系；同时根据动静回弹模量的关系。将静态回弹模量换算为动态回弹模量，以促进路面设计理论由静态向动态过渡。     

基于实测与预测的沥青混合料回弹模量与温度的关系

我国沥青路面设计采用20℃抗压回弹模量和15℃劈裂模量作为设计标准,不能够反应温度变化对沥青混合料性能的影响。新颁布的沥青路面设计规范虽然采用了动态回弹模量,但仍然是采用20℃模量值。本研究通过采用不同型号沥青(70#、90#、SBS改性70#、SBS改性90#)及不同集料级配(AC-13、AC-16、AC-20)组成12种不同型号沥青混合料,采用马歇尔试件与静压法测试在不同温度(±60℃)下的沥青混合料抗压回弹模量,建立沥青混合料回弹模量与温度的回归关系。通过与其它方法得到的沥青混合料回弹模量预测结果对比分析,评价不同预测方法的技术特点。结果表明,沥青混合料回弹模量与温度有较好的回归关系,研究结果可以为沥青路面与材料设计提供一定的技术参数。     

沥青混合料泊松比测定研究介绍

沥青混合料泊松比是路面结构计算中一个重要的设计参数.由于其测试困难,国内外也一直没有提出相关的测试方法,只给出了一定范围内的推荐值.文中参照ASTM规范中水泥砼泊松比的测定,提出了一种沥青混合料泊松比测试方法:在回弹模量测试过程中,通过测试试件中部横向变形,在比较加载和回弹过程中泊松比变化规律之后,确定取0.5P下加载过程中μ值作为沥青混合料泊松比值.     

温拌沥青混合料粘弹特性研究

温拌沥青混合料是通过一定的技术措施,降低沥青的粘度,从而沥青混合料可在相对较低的温度下进行拌和施工,其粘弹特性与普通沥青混合料有显著差异,本文从粘弹性理论的角度对温拌沥青混合料高温蠕变这种力学变形行为作进一步研究。采用温拌沥青混合料轮碾成型的板块切割成尺寸为40mm×40mm×80mm的棱柱体试件,在MTS810材料试验机上进行高温压缩蠕变试验,试验荷载分别采用0.1MPa和0.2MPa,试验温度为30℃、40℃和50℃。高温压缩蠕变试验表明,温拌沥青混合料的蠕变柔量较高,随着应力水平的增加,蠕变应变速率增长缓慢,具有更好的抗高温变形性能,即温拌沥青混合料拥有良好的抗车辙性能。