高粘弹沥青砂的粘弹性模型参数研究

该文通过蠕变试验和数值模拟相结合的方法标定高粘弹沥青砂的粘弹性参数。通过小梁弯曲蠕变试验研究高粘弹沥青砂的高低温弯曲蠕变性能,得到沥青砂的蠕变柔量曲线,采用移位因子得到松弛模量主曲线,进而对试验结果进行非线性拟合得到广义Maxwell模型的粘弹性参数。采用粘弹性有限元方法对沥青砂小梁弯曲试验进行数值模拟,得到温度影响下跨中挠度和梁底弯拉应变随时间的变化曲线,并与试验曲线进行了对比。数值分析表明:沥青砂蠕变前两个阶段和试验的数据相关性较高。     

玄武岩纤维高粘沥青砂蠕变损伤模型的研究

研究表明纤维可以增强沥青混合料的路用性能[1-2]。首先通过蠕变试验验证了玄武岩纤维增强沥青混合料抵抗蠕变变形的能力,然后使用基于Kachanov损伤机制和Burges模型进行耦合得到的蠕变损伤模型对得到的蠕变曲线进行拟合得到相关参数,结果显示拟合效果良好,说明该模型可以很好地描述蠕变三阶段曲线;最后对比分析了两种试件的延迟时间和松弛时间。     

基于粘弹性参数的沥青砂紫外光老化研究

采用Burgers模型研究沥青砂的粘弹性力学行为,研究粘弹性参数在沥青砂紫外光老化中的变化,分析其变化规律,评价沥青砂紫外光老化。确定紫外光老化的试验方法和沥青砂试件制作方法,对紫外光老化的沥青砂试件进行单轴压缩蠕变试验得到应变和时间的蠕变曲线,拟合了Burgers模型的4参数。对粘弹性参数随老化程度的变化规律进行研究,根据粘弹性参数随老化程度的变化研究沥青砂性能的变化规律。对不同老化程度和相应的Burgers模型4参数进行拟合得到粘弹性参数和老化程度h之间的表达式J（h）,用该关系式表示沥青砂的老化程度。     

沥青砂粘弹性模型参数的试验研究

进行了沥青砂在40 ℃、5种加载应力下单轴压缩蠕变试验,选择Burgers模型分析其粘弹性,通过模型参数与加载应力相关性分析,得到了沥青砂粘弹性本构方程的一般表达式,进行模型预测值与试验结果对比,并分析模型参数对蠕变过程的影响.结果表明,Burgers模型能够描述沥青砂粘弹特性,且模型的弹性系数E1确定了蠕变曲线的初始位置(t=0),弹性系数E2控制了第一阶段蠕变曲线范围,粘性系数η1确定了第二阶段蠕变曲线斜率大小,粘性系数η2主要控制了第一阶段蠕变曲线的弯曲程度.     

沥青砂蠕变特性及力学模型研究

进行了沥青砂试样在40℃温度,不同应力水平(0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa和0.3 MPa)下的单轴压缩蠕变试验,分析了其蠕变特性,提出了一个完整描述沥青砂整个蠕变阶段的粘-弹-塑力学模型,该模型由反映弹塑性、粘弹性和粘塑性变形的3个子模型串联构成,通过对粘塑性子模型中粘性系数进行改进,理论推导了模型本构方程.为求得模型参数,编制了非线性拟合程序,得到了参数与加载应力函数关系.进行模型预测与试验结果对比,结果表明,该模型描述了试样在不同应力水平下蠕变变形的3个阶段,能够反映沥青砂粘-弹-塑变形特点.     

矿物纤维改善沥青混合料高温稳定性研究

分别采用动态模量试验、动态蠕变试验和车辙试验研究了玄武岩矿物纤维对沥青混合料的粘弹特性及高温稳定性的影响。研究结果表明,矿物纤维掺入后沥青混合料的动态模量和相位角具有相同的变化规律,且纤维的使用能提高沥青混合料的动态模量,表明玄武岩矿物纤维能明显提高沥青混合料的劲度,而60℃时沥青胶浆和沥青混合料的车辙因子增大。高温动态蠕变试验结果也表明,掺入矿物纤维后沥青混合料的流动值增大,达到流动值时循环荷载产生的应变和经历10 000次荷载作用后的应变均能得到大幅度的降低。与未掺矿物纤维相比,掺加0.4%矿物纤维后沥青混合料的动稳定度由5 869次/mm提高到7 656次/mm,同时车辙深度减小,表明矿物纤维能明显提高沥青混合料抵抗高温流动变形的能力。     

玄武岩纤维增强高粘沥青混合料制备工艺与性能研究

为探讨玄武岩纤维与高粘改性沥青的复合使用效果,通过室内试验研究玄武岩纤维高粘改性沥青混合料的制备工艺,并对其路用性能进行评价。结果表明:施工温度是影响玄武岩纤维高粘沥青混合料制备的关键因素;玄武岩纤维高粘沥青混合料的高温稳定性与水稳定性均优于玄武岩纤维SBS改性沥青混合料,对南方高温多雨地区具有较好的适用性。     

纤维沥青混凝土五单元八参数粘弹性力学模型

为了准确描述纤维沥青混凝土的粘弹性变形性能,在分析其蠕变全过程变形特征和常用粘弹性模型的基础上,提出了纤维沥青混凝土五单元八参数粘弹性力学模型。通过不同纤维体积率和长径比的纤维沥青混凝土小梁弯曲蠕变试验,求解模型参数,研究纤维体积率和长径比对模型参数及沥青混凝土粘弹性能的影响,建立了五单元八参数模型表征的考虑纤维含量特征参数影响的纤维沥青混凝土粘弹性本构方程,并进行了粘弹性分析。研究结果表明:五单元八参数模型能表征纤维沥青混凝土蠕变全过程的粘弹性变形特征,与蠕变试验结果具有较好的相关性;纤维含量特征参数能综合反映纤维体积率和长径比对沥青混凝土粘弹性能的影响,在所研究的试验范围内,纤维沥青混凝土最佳纤维体积率为0.348%,长径比为324,纤维含量特征参数为1.128。     

沥青混合料蠕变柔量转换松弛模量的新方法

为了精确、简便地在广泛时间域内获得沥青混合料的松弛模量,提出了一种利用蠕变柔量转换求解松弛模量的新方法。该方法的主要实现过程为:(1)利用沥青混合料单轴压缩蠕变试验的测量结果获取蠕变柔量;(2)根据松弛模量和蠕变柔量在频率域内的关系,即复数模量和复数柔量互为倒数,得到了松弛模量Prony级数表达式中的黏弹性参数;(3)根据确定的黏弹参数确定松弛模量。针对两种沥青混合料在5个不同温度下的单轴压缩蠕变试验测量结果,利用该方法将蠕变柔量转换得到松弛模量,并根据松弛模量和蠕变柔量在时间域内的关系验证了松弛模量求解的准确性,然后根据时温等效原理绘制了两种类型沥青混合料松弛模量的主曲线。计算结果表明:基于单轴压缩蠕变试验的测量数据,可采用提出的新方法准确计算出沥青混合料在不同温度下的松弛模量,控制误差绝对值在1.4%以内;根据在不同温度下计算得到的松弛模量,绘制松弛模量主曲线可表征更广时间和温度范围内的沥青混合料松弛性质,从而更加全面地描述沥青混合料的黏弹性性质,为沥青混合料的黏弹性分析提供了有效的方法。     

沥青混合料温度主曲线研究

沥青混合料是一种温度敏感性材料,温度对于沥青混合料的粘弹参数会产生较大的影响。为了分析温度对沥青混合料粘弹参数的影响,选取两种沥青混合料通过DMA设备进行扫描,根据时温等效原理并采用试算法确定平移因子,根据平移因子与初始值进行拟合最终绘制了复模量、相位角温度主曲线。结果表明:试算法确定平移因子能够避免材料参数较大误差,并且试算法确定的平移因子与频率相关性较好;相位角主曲线随着温度升高而呈现递增规律,复模量随着温度的升高呈现递减规律;30#沥青主曲线与50#复模量值更大,相位角更小;温度主曲线的建立能反映温度的变化规律,完善主曲线参数方程。     

沥青混合料细观粘弹性参数获取方法及蠕变特性研究

针对细观状态下分析沥青混合料蠕变及粘弹性能时缺乏细观粘弹性参数的问题,给出了利用质量比与比表面积不变的原则,采用将沥青混合料的矿料及其粘附的沥青逐级去除成型等效沥青混合料试件的方法,并运用不同模型来得到粘弹性参数。把剩余材料设计成等效基体试件并与标准级配AC-13C混合料进行了不同温度、不同应力下的蠕变对比实验。用Burgers模型对实验数据进行了拟合,来获取沥青混合料细观粘弹特性参数并分析了其蠕变特性,结果表明随着材料最大公称粒径的逐渐减小各级等效基体所组成的沥青混合料蠕变变形呈逐步增加的趋势,且粘弹性方程中表征瞬时弹性的弹性参数呈逐步减小的趋势。油砂比越大,瞬时弹性及粘性参数越小。随着试验温度的升高,这类等效基体材料的4个粘弹性参数均有降低,砂浆材料变软,其模量呈现降低趋势。当其他条件保持不变时,仅考虑应力变化,蠕变柔量并不总是随应力增大而增大,蠕变柔量随应力变化而变化的规律不是很突出,这些特性与参数为进一步细观分析沥青混合材料提供了试验参数获取方法和理论依据。     

基于CAM复数模量模型的沥青混合料玻璃态转变温度确定

利用频率扫描试验数据建立沥青混合料在参考温度下的CAM复数模量主曲线方程,通过非线性最小二乘法拟合得到CAM复数模量主曲线模型和WLF方程的参数,再根据CAM复数模量主曲线模型、WLF推导得到沥青混合料玻璃态转变温度计算公式,并通过温度扫描试验测定沥青混合料玻璃态转变温度对计算结果进行验证。结果表明,通过CAM复数模量主曲线模型计算沥青混合料玻璃态转变温度的方法可行,且沥青混合料的玻璃态转变温度随着荷载作用频率的增加而升高。     

玄武岩纤维沥青混凝土优选及疲劳寿命预估

通过熵权法加权的灰靶理论,对6组不同长度、掺量的玄武岩纤维沥青混凝土路用性能进行综合评价分析,得到最优玄武岩纤维长度及掺量;对其最优组进行疲劳试验,以劲度模量及荷载作用次数为参数,建立BP神经网络模型。结果表明:经过玄武岩纤维改性的沥青混凝土其各项路用性能均得到提高,其中掺加0.3%的6 mm玄武岩纤维后,沥青混凝土路用性能综合评价最高;采用BP神经网络模型进行玄武岩纤维沥青混凝土疲劳寿命预测可得到较为准确的结果,最大误差小于1%,相比之下Levenberg-Marquardt训练算法收敛速度较快,泛化能力好,且误差平方和明显低于其他两种算法,最大相对误差为0.064%～0.485%。     

紫外光老化沥青砂黏弹性的影响因素研究

选择AS-16沥青砂的3种不同级配为S0、S1和S2型,3种不同沥青用量为10.53%(Ⅰ型)、11.41%(Ⅱ型)和12.33%(Ⅲ型),不同老化时间为室内紫外光照时间0,97,194,292,388 h和583 h,制作沥青砂试件进行光老化。对老化前后的试件进行单轴压缩蠕变试验确定其蠕变曲线并经拟合得到黏弹性参数,根据该参数得到反映沥青砂黏弹性能的柔量值及黏弹比值(RV),并分析其变化规律。结果表明:不同级配沥青砂黏弹性能不同,在合理级配下受紫外光影响最小;不同沥青用量黏弹性不同,但不会随着沥青用量的增减而增减,而是在最佳沥青用量时黏弹性受紫外光老化影响最小;瞬时弹性柔量的比例在随着老化时间的增加而增大,黏性流动柔量和延迟弹性柔量则随之减小;黏弹比随紫外光老化时间的增加而减小。     

不同空隙率沥青混合料的粘弹性能

为了研究沥青混合料在宽频范围内的动态粘弹性能,采用AR-2000型动态剪切流变仪对不同空隙率沥青混合料进行动态频率扫描,得到了复数剪切模量和相位角等粘弹参数。根据时温等效原理,得到了复数剪切模量、相位角随频率变化的主曲线,同时分析了频率、沥青种类、温度和空隙率对沥青混合料粘弹性能的影响;基于主曲线采用CAM模型拟合分析了不同空隙率沥青混合料试件的粘弹性能。结果表明:频率与温度对不同空隙率沥青混合料粘弹性能的影响规律相同;沥青混合料相位角主曲线在中高温时欠光滑;沥青混合料粘弹性能对空隙率有较强的依赖性;应用CAM模型可以较好地分析不同空隙率沥青混合料的粘弹性能,为沥青混合料设计和性能评价提供参考。     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。     

硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的低温流变性能试验研究

已有研究表明,硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的高温性能明显好于基质沥青,而对其低温性能改善作用仍不明确。为了评价硅藻土-玄武岩纤维复合改性材料对沥青低温性能的作用,通过BBR试验对6组不同掺量的硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青低温流变特性进行研究。选用Burgers模型描述复合改性沥青的低温流变行为,获取相应粘弹性参数对其低温流变性能进行分析。结果表明,Burgers模型对硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的流变行为拟合效果理想。硅藻土的加入削弱了沥青的低温性能,随着玄武岩纤维质量分数的增多,沥青的低温抗裂性能和应力松弛能力先降低后增加。相比于基质沥青,掺量为(7. 5%和4%)的硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的低温性能得到提高,并且硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的低温抗裂性优于硅藻土改性沥青。     

纤维沥青混凝土动态模量与路用性能研究

采用动态模量试验、间接拉伸疲劳试验和车辙试验研究了掺加木质素纤维、聚酯纤维和玄武岩矿物纤维的沥青混合料的路用性能。结果表明,各种纤维掺入后能增大纤维沥青混合料的动态模量,其中聚酯纤维的增强作用最为显著;同时,掺加各种纤维后沥青混合料的疲劳性能和高温抗车辙性能也得到明显改善。     

沥青混合料蠕变柔量与松弛模量的转换关系研究

为了获得沥青混合料的松弛模量,采用易于操作的试验方法,利用高低温蠕变试验测定沥青混合料蠕变柔量,并利用蠕变柔量和松弛模量卷积关系推导出沥青混合料松弛模量表达式。该表达式可避免数值积分法求解所产生的误差和采用拉普拉斯变化的繁琐计算。使用时温等效原理得到不同温度下的松弛模量主曲线,可为沥青混合料低温性能分析评价提供参考。