紫外老化对沥青混合料低温性能及力学性能的影响研究

为研究紫外老化对沥青混合料低温及力学性能的影响,首先通过人工模拟沥青混合料紫外老化试验、弯曲试验评价老化后混合料低温抗拉伸性;然后用单轴压缩试验得到不同紫外辐照时间下沥青混合料弹性模量和泊松比。结果表明:沥青混合料的抗拉伸性能随老化时间逐渐降低,在紫外老化110小时后抗拉伸性能无明显变化;沥青混合料的弯曲劲度模量不适合用来评价混合料的弯曲性能;沥青混合料的弹性模量呈现逐渐变大的规律,而泊松比并没有出现明显的规律性变化。     

高原寒冷地区沥青混合料弯拉特性分析

针对青藏高原寒冷地区低温、大温差气候特点,通过沥青混合料弯曲试验,分析了温度、沥青种类、油石比、级配等对混合料弯拉特性的影响。试验得出,沥青混合料弯拉强度随着温度的升高呈上凸抛物线形变化,弯拉应变逐渐增大,劲度模量不断减小;改性沥青和高标号沥青混合料的弯拉强度和弯拉应变较大,劲度模量较小;油石比增加时,沥青混合料弯拉强度先线性增大后减小,弯拉应变增大,劲度模量减小;矿料级配越粗,沥青混合料弯拉强度越大。结果表明,温度对沥青混合料弯拉特性的影响较大,采用改性和高标号沥青,适当增加油石比、采用较粗矿料级配,有利于提高沥青混合料的低温弯曲性能。     

冻融循环条件下自融雪沥青混合料的细观结构及高温稳定性

为了研究冻融循环前后自融雪沥青混合料的细观结构和高温稳定性,选择盐冻循环前后的普通沥青混合料做为参照,通过扫描电子显微镜(SEM)和单轴动态模量试验,对循环前后两种混合料的细观结构及高温稳定性进行了研究。研究结果表明:经历冻融循环后,自融雪沥青混合料细观结构的界面结构比盐冻后普通沥青混合料更加致密,说明其具有较好的稳定性;同时它具有较高的动态模量和车辙因子E*/sinδ,这表明自融雪沥青混合料应具有更优的弹性、抗车辙性能及高温稳定性。     

参数变化对沥青混凝土路面结构动力响应的影响分析

为了分析路面结构参数变化对沥青混凝土路面结构动力响应的影响,采用有限元软件ABAQUS将汽车荷载简化为移动的均布荷载,用8节点等参元模拟路面结构,改变结构层厚度、弹性模量、泊松比等参数以及行车速度对路面结构进行动力分析.通过大量的数值模拟表明,路面各结构层厚度以及弹性模量的增加都会使路表最大弯沉减小,基层泊松比增大时路表最大弯沉呈增大趋势,其他结构层泊松比的增大则使路表最大弯沉呈减小趋势,且经过仿真发现车辆以90 km/h的速度通过时路表最大弯沉和上面层的最大拉应力均较小.     

横观各向同性沥青路面结构动力响应分析

考虑到沥青混合料、级配碎石和土基等材料具有明显的横观各向同性特性,采用有限元分析方法研究了FWD荷载作用下横观各向同性沥青路面结构的动力响应。分别考虑了不同水平下沥青面层、碎石基层及土基的横观各向同性特性,研究结构层材料的水平方向弹性模量与竖直方向模量比对路面的动力响应影响规律,并根据AI破坏准则对其服务寿命进行了预估分析。结果表明,面层和基层的模量比对路面动力响应和服务寿命影响较大:面层和基层弹性模量比对沥青层底应力应变及土基底部压应变影响都很显著,基层模量比对路表弯沉影响也较大;当面层模量比减小到0.2时,控制疲劳开裂和车辙的荷载重复作用次数分别减小了87%和65%,当基层模量比减小到0.17时,则分别减小了82%和59%;土基模量比对路面结构动力响应和服务寿命影响较小。基于各向同性特性的现行路面设计偏于危险,应适当考虑道路材料的横观各向同性特性。     

高模量沥青混凝土路面抗车辙性能分析

从力学角度研究沥青混凝土模量的提高对于车辙产生的影响,提出了抵抗车辙危害新方法。从车辙产生的机理出发,分析高模量沥青混凝土材料的基本力学性能及路面结构中面层模量对车辙产生的影响;利用试验方法分析了高模量沥青混凝土材料的动稳定度和动态模量值,利用数值计算方法分析路面结构力学性能并分析高模量下路面结构的力学响应。通过试验研究发现,高模量沥青混凝土材料的动稳定度和动态模量值都有显著提高,有利于抵抗车辙产生;数值计算结果表明,路面承受最大剪应力的范围在路面结构的中面层,采用高模量沥青混凝土材料,提高路面结构中面层的弹性模量,可以有效地改善路面结构的受力状态,降低剪切应变的数值,抑制和减少沥青路面车辙的产生。     

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。     

基于尺度方法的AC-13沥青混合料弹性力学特性研究

运用尺度方法预测随机复合材料沥青混合料弹性力学性能:弹性模量E及泊松比μ。通过CT扫描技术获取AC-13沥青混合料细观图像,统计不同粒径骨料随机分布特性。根据统计的随机骨料分布特性,在有限元软件内建立AC-13沥青混合料骨料特性的二维细观模型,选取70 mm×70 mm区域作为计算尺度。对集料及基体材料赋予参数,运用尺度算法程序计算沥青混合料模型;预测得出沥青混合料的弹性力学参数E、μ。     

泊松比取值对柔性基层沥青路面结构的受力影响

泊松比取值对于柔性基层沥青路面结构动力响应的影响是多方面的.为探讨泊松比取值对柔性基层沥青路面结构受力的影响,利用Bisar3.0软件模拟了典型柔性基层沥青路面结构的轮载动力响应,分别对路表弯沉、沥青面层层间拉应力、剪应力及土基顶面压应变进行了计算分析.结果表明:弯沉值随着沥青混合料泊松比的增大而逐渐减小;面层层底拉(...     

旧水泥混凝土路面上沥青薄层罩面力学响应分析

为了研究旧水泥混凝土路面上沥青薄层罩面的力学行为,运用BISAR程序对荷载作用下旧水泥混凝土路面上沥青薄层罩层层内及层间力学的响应规律做了分析,通过定义最不利值探讨了材料和荷载参数变化对罩面层结构应力的影响。结果显示:超载对罩面层的影响比罩面层厚度和模量的增加对罩面层的影响要大;当荷载、罩面层模量、罩面层厚度同时增加50%时,罩面层模量对减小εmax、γmax最有利,增大模量可以减小剪切变形,增强路面的抗滑移能力;从减小最大剪应力γmax的效果来看,增大罩面层模量比增加罩面层厚度更合理。     

高RAP掺量热再生沥青混合料动态流变性能研究

为研究热再生沥青混合料在不同温度区间的动态流变性能,通过动态模量试验,测定不同温度时,动态模量E*、相位角θ、疲劳因子E*sinθ和车辙因子E*/sinθ随加载频率和RAP掺量的变化。试验结果显示,随着频率的增大,动态模量逐渐增大,而相位角随频率的变化规律与温度有关。RAP的掺入会使动态模量增大,相位角减小;随着RAP掺量的增多,中温时的疲劳因子逐渐增大,抗疲劳性能降低;当RAP掺量大于50%时,抗疲劳性能大幅降低;高温时车辙因子随RAP掺量的增多逐渐增大,抗车辙能力逐渐增强,当RAP掺量大于50%时,再增大RAP掺量对车辙因子的提高幅度有限。综合考虑当RAP掺量为50%时,沥青混合料在具有良好高温性能的同时能兼顾较好的中低温性能。     

抗车辙剂对沥青性能的影响及离析分析

通过试验,分析了抗车辙剂掺量对沥青软化点、针入度、低温延度和峰值拉力的影响,并对比同一抗车辙剂掺量上下层沥青各指标间的差异。试验结果表明:同一层沥青,随着抗车辙剂掺量的增大,软化点和峰值拉力逐渐增大,而针入度和低温延度逐渐减小;当抗车辙剂掺量相同时,上层沥青的软化点和峰值拉力大于下层沥青,针入度和低温延度小于下层沥青;抗车辙剂掺量越大,上下层沥青各指标差距越明显,沥青越容易发生离析。     

沥青老化效应的试验研究

为了研究沥青老化对路面使用性能影响,通过旋转薄膜烘箱对沥青进行短期老化,再用压力老化仪对老化的沥青进行不同时间的老化,然后对不同程度的老化沥青进行针入度、软化点、延度、不同温度下的粘度、蠕变劲度和蠕变变化速率、动态粘弹性参数的试验。随PAV老化时间的增加,老化沥青的针入度逐渐减小,针入度指数PIPEN逐渐增大,软化点逐渐提高,延度越来越小,而粘度相反变化,复数剪切模量G*、蠕变劲度逐渐增大,相位角δ、蠕变速率则逐渐减小,指数函数更能表征老化对其粘温关系的影响。结果表明老化使沥青弹性增强,感温性减弱,耐久性降低,抗疲劳开裂能力变差,缩短了路面使用寿命。     

沥青路面沥青层偏应力分布研究

基于线弹性层状体系理论,采用BISAR软件计算分析沥青路面不同温度区间沥青层偏应力沿深度方向的分布规律;并通过计算大量路面结构,分析总结出沥青层偏应力分布随行车速度、基层模量、基层厚度和面层厚度改变的变化规律。研究结果表明:全温域条件下,不同温度区间和不同轴载等级的沥青层偏应力分布呈现一定的相似性,均先增大后减小,且均在距路表0.06m~0.10m范围内出现最大偏应力,中面层是最大偏应力作用的主要集中区域。沥青层最大偏应力随泊松比的增大而减小,且随着温度的增大,泊松比对偏应力的影响有降低的趋势。在固定评价基准的情况下,给出了不同温度区间行驶速度、基层模量、基层厚度、面层厚度变化时沥青层偏应力变化系数。行车速度、基层模量和面层厚度在温度区间为(35~40]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,分别达到7.74%、7.08%和25.76%。基层厚度在温度区间为(25~30]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,达到12.92%。根据伽玛分布曲线概率密度函数建立了沥青路面沥青层偏应力分布预估模型,拟合得到不同面层厚度不同温度区间的偏应力分布预估模型参数,从而可以求出沥青层不同温度区间任意深度处的偏应力分布。     

不同紫外光照时长对沥青胶浆流变性能的影响

通过针入度试验、低温延度试验、动态剪切流变试验和低温弯曲试验检测沥青与沥青胶浆老化前后的性能指标,分析不同紫外光照时长对沥青胶浆流变性能的影响。结果表明,随着紫外光老化时长的增加,沥青胶浆的复数剪切模量与车辙因子不断上升、相位角逐渐减少、老化指数不断增加、劲度模量越来越大、蠕变速率越来越小,沥青胶浆的粘性成分减少,高温稳定性得到改善而低温性能逐渐降低。     

DMA法研究拌和温度对沥青黏弹性能的影响

采用动态力学分析(DMA)方法研究沥青老化前后的黏弹性质,利用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描和频率扫描并分析各黏弹性指标的变化,采用Cross模型和Carreau模型拟合得到沥青的零剪切黏度,分析老化温度对沥青黏弹性能的影响。结果表明:在测定温度范围内,沥青的复数模量|G*|和车辙因子|G*|/sinδ均随测试温度增加而减小但相位角δ增大;在测定频率范围内,沥青的损失模量(G″)和储存模量(G′)均随频率(ω)增大而增大,同等老化程度沥青的G″始终大于G′,且差值随频率增加而减小;对于不同老化温度的影响,零剪切黏度的分析结果与温度扫描、频率扫描关联性较好,老化温度越高沥青的高温性能越好,抗车辙性能越优,但施工和易性下降,且温度超过163℃时老化速度快速增加。     

基于复合材料细观力学模型的沥青混凝土弹性模量预测

针对目前预测沥青混凝土弹性模量的主要方法(基于宏观层面的试验法和经验法)均未能反映其细观结构的问题,基于复合材料细观力学方法建立了沥青混凝土多相的2层嵌入式细观力学模型,求解得到单夹杂复合材料的2个弹性常数(弹性模量和剪切模量);结合多步骤方法,即将各档粒径集料与空隙逐一投入,然后进行均匀化,得到多夹杂复合材料弹性模量,并与试验值进行对比。结果表明:预测结果与试验结果基本相同;该方法能够反映各组成材料在沥青混凝土中所起的力学作用;沥青混凝土的空隙率、沥青胶浆的弹性模量对沥青混凝土的弹性模量有重要影响。     

利用格形模型预测沥青混合料的等效弹性性质

通过建立沥青混合料的三维随机格形模型，加载适当载荷和边界条件求解后，采用体积平均法得出混合料等效弹性性质；大量重复随机投放过程可获得沥青混合料等效弹性参量的分布，卡方检验结果表明：等效弹性模量服从正态分布，期望值处于Paul上下限之间，并且接近上限值：同时，由于骨料分布的随机性，沥青混合料不同方向等效泊松比的期望值和标准差存在很小的差异，体现出很弱的各向异性性质。随着骨料体积分数的增加，沥青混合料等效弹性模量的期望值增大，而标准差减小。骨料和沥青砂的弹性模量越接近，等效弹性模量的的标准差越小。沥青砂弹性模量的变化对沥青混合料等效弹性模量的影响最大：     

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。     

基于动态模量试验的沥青混合料老化性能研究

为研究沥青混合料老化过程中的动态特性,对在不同温度条件下经受不同频率的动荷载的沥青混合料在不同老化期的动态模量进行试验,分析温度和荷载频率对动态模量及相位角的影响,采用车辙因子对沥青混合料的高温稳定性进行评价,并根据时间温度等效原理建立了不同老化程度的动态模量主曲线。研究结果表明：老化沥青混合料的动态模量和相位角具有明显的温度和频率依赖性,老化使沥青混合料动态模量增大,相位角减小。动态模量主曲线研究结果表明老化使沥青混合料的动态模量在整个温度（或频率）范围内变化幅度减小。