沥青混合料劈裂疲劳过程刚度衰减及路面模拟分析

为研究沥青混合料在使用过程中材料属性的变化规律,选择典型路面结构为载体探讨沥青混合料刚度衰减规律及衰减后路面力学状态。以AC-13C、AC-20C、AC-25C沥青混合料为研究对象,设计劈裂强度试验、劈裂疲劳试验得到其疲劳寿命。通过定义沥青混合料不同损伤程度D(0%、20%、40%、50%、60%、80%)及寿命比S,得出各疲劳损伤程度下沥青混合料疲劳作用次数。通过类比沥青混合料抗压回弹模量测试方法,提出了测定疲劳损伤后的劈裂回弹模量测试方法,导出劈裂刚度模量E的表达式;建立随疲劳损伤过程沥青混合料刚度衰减规律。通过ABAQUS有限元法模拟路面结构层和受力状况,将不同损伤程度刚度模量赋值于路面层状模型中,导出上面层竖向位移和下面层层底拉应力参数。结果表明:随着使用过程疲劳损伤不断累积,沥青混合料能刚度模量不断衰减;并且随刚度衰减,面层层底拉应力增加上面层抵抗变形能力下降而变形增加。     

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。     

再生沥青混合料路用性能研究

针对AC-25型再生沥青混合料和新拌沥青混合料,通过劈裂强度试验、间接拉伸试验和三轴重复荷载试验对比分析了掺加30%旧料的再生沥青混合料与新拌沥青混合料的路用性能。研究结果表明:在相同温度时,再生沥青混合料的劈裂强度和劲度模量均比新拌沥青混合料要大,水平变形略低。依据间接拉伸疲劳试验,新拌AC-25型沥青混合料的疲劳性能要优于再生AC-25型沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料的应力疲劳方程和应变疲劳方程,其拟合相关系数之平方均大于0.91,相关性较好。在温度60℃、相同应力水平下,再生AC-25沥青混合料的永久应变小于新拌AC-25型沥青混合料,再生沥青混合料的抗永久变形性能优于新拌沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料在重复荷载作用下的黏弹性力学模型,相关系数达0.99。     

应力施加顺序对AC-13沥青混合料永久变形的影响研究

在30、40、50℃下利用CRT-NU14气动伺服沥青材料试验机对AC-13沥青混合料进行0.4、0.7、1.0MPa 3种应力不同施加顺序组合下的三轴重复荷载试验,并对最大永久变形量对应的应力施加顺序下的试验数据进行线性拟合,研究应力施加顺序对沥青混合料永久变形性能的影响。结果表明,AC-13沥青混合料在0.4 MPa→0.7 MPa→1.0 MPa应力作用下产生的永久变形量最大;试验温度下,AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着荷载的增大而降低;荷载一定时,试验温度区间内AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着温度的升高而降低。     

连续摊铺与间断摊铺沥青混合料劈裂强度与温度的关系

沥青混合料在不同温度条件下会有不一样的性能,规范采用-10℃评价沥青混合料的低温性能,而我国北方寒冷地区冬季温度要低于-10℃,这就存在两个问题:一是沥青混合料在低于-10℃下的劈裂抗拉性能会如何变化,二是连续与间断摊铺沥青混合料在不同温度下的劈裂强度又有什么样的关系。基于此,为了对比分析连续与间断摊铺沥青混合料在不同温度下的劈裂强度大小关系,通过室内模拟连续摊铺与间断摊铺施工工艺,制作了上层AC-13/下层AC-16和上层AC-16/下层AC-20两种不同级配组合下的双层马歇尔试件,经过20,10,0,-10,-20℃5种不同温度处理后,采用1 mm/min和50 mm/min两种不同加载速率,研究了连续与间断摊铺沥青混合料劈裂强度的变化规律。研究结果表明:不同温度条件下,连续摊铺沥青混合料劈裂强度要比间断摊铺沥青混合料劈裂强度大;连续与间断摊铺沥青混合料劈裂强度都随温度的降低而升高;从不同温度下的劈裂抗拉强度来看,上层AC-13/下层AC-16组合比上层AC-16/下层AC-20组合好;相同条件下,加载速率越快,测得的劈裂强度越高,加载速率越慢,测得的劈裂强度越低。     

Aspha-min温拌沥青混合料路用性能研究

针对AC-13和AC-20两种Aspha-min温拌沥青混合料,通过室内试验研究,确定了温拌沥青混合料的制备工艺参数,对比分析了Aspha-min温拌沥青混合料和普通沥青混合料的强度特性、疲劳性能和高温稳定性等路用性能。研究结果表明:冻融之前,Aspha-min温拌沥青混合料和普通沥青混合料的劈裂强度变化不大,冻融之后,Aspha-min温拌沥青混合料劈裂强度比普通沥青混合料有所下降;在级配类型和温度相同的情况,Aspha min温拌沥青混合料和普通沥青混合料的疲劳寿命曲线几乎重合,疲劳寿命的变化规律一致,并回归了疲劳方程;在高温稳定性方面,Aspha min温拌沥青混合料比普通沥青混合料表现更好。     

级配离析对沥青混合料抗水损坏能力的影响研究

分别利用级配检验和无核密度仪检测的方法,调查总结了AC-25和AC-13沥青混合料摊铺离析和压实离析的规律。依据该规律设计模拟级配离析和压实离析的混合料,进行了模拟动水压力试验以评价它们的抗水损坏能力。与设计级配AC-13C混合料相比较,模拟摊铺机端部离析和容许级配最粗离析的沥青混合料在动水冲刷3 h,即正负压交替作用1 350次后,25℃劈裂强度损失都超过了30%;当击实功不足时,容许级配最粗离析的沥青混合料在动水冲刷3h后25℃劈裂强度损失48.2%。即使不考虑压实不足,模拟级配粗离析和容许级配最粗离析的AC-13C混合料都显得抗水损坏能力不足。从保证沥青混合料抗水损坏能力的角度建议了沥青混合料生产和现场摊铺阶段的级配控制要求。     

AC型密级配聚氨酯混合料路用性能研究

制作了AC-5,AC-10,AC-13型聚氨酯混合料并与同级配沥青混合料进行力学性能、高温稳定性、水稳定性和抗剥落性能等路用性能的研究对比。试验结果表明聚氨酯混合料的力学强度与聚氨酯含量呈正相关,级配对混合料的力学性能影响不大。聚氨酯混合料的力学强度在压实后0~10 h内增长最快,10 h时达到最终劈裂强度的80%以上。在相同级配下,聚氨酯混合料的劈裂强度和马歇尔稳定度均超过沥青混合料的3倍,高温稳定性优于沥青混合料,动稳定度比沥青混合料高一个数量级。此外,聚氨酯混合料与沥青混合料的冻融劈裂强度比和飞散损失没有显著差异,具有优异的水稳定性和抗剥落性能。综上,AC型聚氨酯混合料具有优异的路用性能,为聚氨酯混合料在路面工程中的应用提供一定的参考。     

基于沥青混合料疲劳损伤细观力学性能的预防性养护研究

为提高沥青路面的使用性能,延长其使用寿命,对沥青路面提出一种基于混合料疲劳损伤过程中细观力学性能的预防性养护维修方法,通过AC-13C及其细观组分的等效基体劈裂疲劳损伤试验和CT扫描对沥青混合料内部疲劳损伤进行分析,从细观尺度把沥青路面的使用期分成不同疲劳损伤阶段,在不同疲劳损伤阶段采用不同的养护方法与维护措施,系统地制订沥青路面预防性养护方案。     

湿热环境下沥青混合料水稳定性多指标评价研究

本文为研究湿热环境下沥青混合料的水稳定性,分别对AC、SMA、FDAC三种类型沥青混合料进行多指标评价研究。研究表明,在不同试验条件下稳定度、劈裂强度均为FDAC-16 AC-16C SMA-16,而残留稳定度、劈裂强度比SMA-16最大,AC-16C、FDAC-16较为接近;在高温+重载浸水车辙正交试验中,采用极差分析法发现AC-16C受温度因素的影响更大,SMA-16、FDAC-16受荷载因素的影响更大。     

AC-13温拌沥青混合料的路用性能研究

为了评价温拌沥青混合料的水稳定性和疲劳性能,以热拌沥青混合料的配合比设计方法,掺加Sasobit降粘剂制备了AC-13温拌沥青混合料,进行了浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、小梁疲劳试验和低温弯曲试验,测定了温拌沥青混合料的残留稳定度、残留强度比、疲劳次数和低温性能。结果表明:掺加3%Sasobit时,温拌沥青混合料的残留稳定度和残留强度比达到最大值,分别为91.2%、87.5%,疲劳次数与基质沥青相比,增加了16.4%,说明掺加Sasobit后,提高了温拌沥青混合料的路用性能,由低温弯曲试验确定Sasobit的掺量不宜大于3%。     

再生剂对乳化沥青重复冷再生混合料特性的影响

为研究乳化沥青重复老化冷再生混合料结构特性,掌握沥青老化程度对路用性能的影响规律,利用基本性能试验、劈裂强度试验、动态加载疲劳试验及水稳定性试验对掺加不同再生剂的混合料体积参数和性能指标进行分析。结果显示,再生剂能显著改善混合料的力学性能、抗水损害能力和抗疲劳特性,提高重复老化再生混合料的劈裂强度和劈裂最大荷载,降低混合料的空隙率和RAP料重复老化对混合料劈裂强度的劣化作用;随着应力比的增加,再生混合料的荷载呈线性增加趋势,疲劳作用次数呈指数函数下降趋势,且再生剂对混合料疲劳作用次数的改善效果逐渐降低,对疲劳破坏荷载的改善效果无显著变化。     

废轮胎热解炭黑改性沥青混合料室内试验与评价

以沥青质量的15%制备热解炭黑改性沥青,配制AC-13热解炭黑改性沥青混合料,进行了高温性能、低温性能、水稳定性和动态模量室内试验,与基质沥青AC-13沥青混合料相比,热解炭黑改性沥青混合料高温性能显著提高,有更好的抵抗车辆荷载能力。热解炭黑改性沥青混合料的水稳定性和低温性能优于基质沥青混合料。     

添加抗剥落剂沥青混合料的冻融劈裂试验

以改性后的沥青混合料为研究对象,通过劈裂试验和冻融劈裂试验对无机抗剥落剂和有机抗剥落剂的劈裂强度和冻融劈裂强度比(TSR)进行研究评价。试验结果表明:在AC-13和AC-16沥青混合料中分别加入一定量的消石灰、橡胶粉和P-I型抗剥落剂均能提高其劈裂强度和冻融劈裂强度比,且最佳含量为2%、20%和0.3%;同时,在最佳掺量下,掺加了橡胶粉的沥青的冻融劈裂强度比要高于只掺加了消石灰和未掺加任何抗剥落剂的沥青的冻融劈裂强度比。     

内嵌于沥青混合料的自修复胶囊性能评价

针对沥青混合料开裂问题,结合胶囊自修复技术,设计并改进了内嵌于沥青混合料的胶囊的制作流程,并对该胶囊自身性能进行了测试。实验发现胶囊与AC-13级配的沥青混合料适应性较强,能够满足在施工过程中存活并在试件破坏时断裂的要求。同时嵌入胶囊使沥青混合料劈裂强度有小幅下降,对沥青试件的疲劳性能产生一定程度的提升。     

矿料级配对沥青混合料紫外线老化影响的分形描述

为定量描述矿料级配对沥青混合料高低温性能紫外线老化的影响,该文以AC-13S1、S2、S3、S4、S5和AC-16S1、S2、S3、S4、S5共10种级配为研究对象,通过室内紫外线老化试验,研究了紫外线老化前后不同级配沥青混合料动稳定度和低温劈裂强度的变化规律,并按分形几何基本原理,以集料粒径分布分形维数D作为表征不同级配特征的参数,建立了动稳定度降幅、低温劈裂强度降幅与粒径分布分维数D的相关关系。研究结果表明:紫外线老化后沥青混合料动稳定度及低温劈裂强度的降幅与粒径分布分维数D之间存在着较强的线性相关性;粒径分布分维数D越大,沥青混合料动稳定度受紫外线老化作用的影响越强烈,动稳定度降幅越大;粒径分布分维数D越小,沥青混合料低温劈裂强度受紫外线老化作用的影响越强烈,低温劈裂强度降幅越大。     

复合阻燃剂对花岗岩沥青混合料路用性能的影响

探究阻燃剂种类、掺量对SBS改性沥青性能的影响,并着重研究自制复合阻燃剂对以花岗岩为集料的AC-13C和SMA-13沥青混合料路用性能的影响。试验结果表明：复合阻燃剂具有阻燃、抑烟的双重作用,掺量为10%时,阻燃沥青的氧指数达到25.8%,阻燃效果较为明显;复合阻燃剂可以小幅提高以花岗岩为集料的AC-13C和SMA-13的车辙动稳定度,但降低了它们的残留稳定度比和冻融劈裂强度比,其中冻融劈裂强度比分别降低到70.1%和70.7%,降幅分别达到17.1%和16.7%。在冻害严重、地下水位偏高的隧道地段不宜采用此两种以花岗岩为集料的阻燃沥青混合料。     

纤维对AC-13C和SMA-13路用性能的影响研究

为了研究纤维对AC-13C和SMA-13路用性能的影响,采用车辙试验、劈裂强度试验、冻融劈裂试验和构造深度试验,研究了木质素纤维、玄武岩纤维和聚酯纤维对AC-13C及SMA-13沥青混合料高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性能和抗滑性能的影响,并基于试验结果分析了纤维对沥青混合料的作用机理。试验结果表明:与不添加纤维相比,3种纤维均可以有效改善AC-13C和SMA-13的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性能,但削弱了其抗滑性能,提出了在高温多雨山区,宜采用添加聚酯纤维的SMA-13沥青混合料作为上面层,以提高沥青路面整体性能的结论。     

改进型硅藻土AC-16沥青混合料配合比设计及路用性能试验研究

以AC-16沥青混合料为试验对象,采用改进型硅藻土改性沥青作为胶结料,通过路用性能试验,验证不同改进型硅藻土掺量下沥青混合料的水稳定性能和高温稳定性。试验结果表明:改进型硅藻土可提高AC-16沥青混合料的标准马歇尔稳定度、浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比;掺入硅藻土后的冻融劈裂强度有所降低,且随着掺量增加降低越来越明显;改进型硅藻土能显著提高AC-16沥青混合料的高温稳定性,当掺量为13%(占沥青质量)时其动稳定度提高近85%。     

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。