沥青混合料热粘弹性断裂参数研究

本文通过裂缝梁的纯弯曲实验，研究沥青混合料的延迟开裂性能，测得在一定加载速度，不同试验温度条件下沥青混合料的断裂韧性，并观测不同荷载水平和不同温度状况下的裂缝扩展规律。     

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。     

沥青混合料的线性粘弹性特性模型

对沥青混合料的线性粘弹性特性的分析其于两种不同的方法：１）诺谟图；２）动态力学分析。前一种方法是一个被铺装技术人员应用了多年的经验方法，而后一种方法则通常用来直接测定沥青材料的动力响应。该文将介绍这两种方法，并将结果进行对比，从而评价这两种方法的差异。     

基于应力松弛试验下的沥青混合料非线性粘弹性模型研究

为了能够更好地分析沥青混合料的应力、应变变化的规律,通过对不同老化程度的沥青混合料AC-13C进行不同温度、不同应力水平下的应力松弛试验,得到其应力松弛模量随时间变化的关系曲线。并利用分数阶指数模型来表征沥青混合料的应力松弛性能,同时应用非线性回归方法得到各参数与老化时间、应变、温度的关系,确定最终的非线性粘弹性模型。研究结果表明,采用控制应变方式的应力松弛试验可用于评价沥青混合料的的应力松弛能力;沥青混合料的老化程度越高,其低温抗裂性能也就越差;温度越高,应力松弛的越快;初始应变的越小,其应力松弛能力也就越小,即初始应变小的松弛模量曲线相对平缓;利用分阶指数模型能较好地模拟沥青混合料的粘弹性性质,且与试验结果吻合得很好。     

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。     

沥青混合料冻融劈裂微观结构损伤特性分析

量化研究了沥青混合料冻融劈裂试件微观结构的损伤特性。基于冻融劈裂前后试件的CT图像,以CT值和损伤变量为基础,根据试件内部损伤特征,借助损伤力学基本概念,通过适当的数学假设,建立了冻融劈裂前后沥青混合料试件内部结构CT值分布规律的数学模型。利用CT值和损伤变量实现了对冻融劈裂前后试件内部微观损伤的量化。以损伤力学概念为基础,给出了沥青混合料损伤密度的定义,推导了以CT值表示的混合料密度损伤变量表达式,从而将CT值和损伤变量联系起来。利用损伤变量可以对混合料试件冻融劈裂前后内部微观结构的变化进行对比分析,实现了试件内部微观损伤特性变化的定量对比。对冻融劈裂前后试件上中下3个层位损伤变量的计算结果表明,冻融劈裂后试件各层位相应的损伤变量均有不同程度的增加,与CT图像表明的试件内部损伤明显加剧相吻合。     

重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》修订介绍

原交通部标准《公路工程领青及沥青混合料试验规程圳JTJ052－83）自1984年使用以来，在全国得到了广泛应用。近几年来，我国高等级公路沥青路面的建设有了较大发展，上述规程不能满足生产上的需要，一些国际上通行的试验方法未收入；有些则与国外通行的不一致；也有的发现有不妥或不方便操作之处。为此，交通部委托我所负责修订这本规程。我们自1989年开始征集意见起，经多次修订、评审，已于1993年由交通部批准为中华人民共和国交通行业标准，并于1993年8月1日起施行，旧规程同时废止。新规程（编号JTJ052一92）已由人民交通出版社出版…     

沥青混合料抗拉性能试验研究及力学特性分析

沥青混合料的抗拉性能是表征其低温与疲劳性能的重要指标。本文针对半圆弯曲试验(SCB)与劈裂试验(IDT)建立三维非线性有限元模型,对两种试验方法的受力特点与破坏模式进行数值模拟,并利用室内试验进行验证。结果表明:两试验中试件的力学响应规律明显不同;半圆弯曲试验试件主要承受拉应力,劈裂试验试件内出现压缩、拉伸、剪切多种受力模式交织现象;非轴对称受力时,劈裂试件的应力响应更为复杂,不能充分体现间接拉伸的目的。相比较而言,半圆弯曲试验更能模拟沥青混凝土路面的层底受拉状况。     

大粒径沥青混合料的力学特性和路用性能研究

分别采用主骨架空隙体积填充法、Superpave方法和贝雷法设计了5种大粒径沥青混合料级配,然后采用大马歇尔试验配合比设计法对所设计的5种大粒径沥青混合料进行了最佳油石比的确定,并对最佳油石比下的大粒径沥青混合料进行了力学特性和路用性能研究.结果表明:大粒径沥青混合料具有较高的抗压强度、抗压回弹模量和劈裂强度,且具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能和水稳定性.     

沥青混合料动态黏弹性分数阶导数模型

为了更加精确、全面地表征沥青混合料的动态黏弹性力学特性,基于四参数分数阶导数Zener模型(FDZ)分配微分算子后,分别得到修改五参数分数阶导数模型(MFPFD)和改进五参数分数阶导数模型(IFPFD)的本构方程,并进一步得到了模型的复数模量解析表达式。将复数模量分离实部和虚部得到存储模量、损失模量及损耗因子的系数解析表达式。采用LARE目标函数,基于时温等效原理,构造了3个模型的黏弹函数主曲线,通过拟合优度和目标函数最优值评价模型拟合的效果,并对2种分数阶导数模型进行了对比。研究结果表明：FDZ模型和MFPFD模型黏弹函数呈现相似的性质,说明FDZ模型分配微分算子后黏弹函数的特性未发生变化;IFPFD模型采用1套参数即可较好地表征沥青混合料的所有动态黏弹函数,如存储模量、损失模量、相位角、动态模量、损耗因子及Cole-cole曲线,满足Kramers-Kronig关系;与FDZ模型相比,IFPFD模型增加模型参数β,能够更好地描述损失模量的峰宽和其他黏弹函数的非对称特征。最后,IFPFD模型的参数具有一定的物理意义,而根据数值优化所得的模型参数,能确定参考温度下动态黏弹性分数阶导数的微分方程,且分数阶微分本构方程较为简单,研究结果可为沥青混合料设计和路面动力学分析提供新的思路。     

Micromechanical Analysis on Viscoelasticity of Asphalt Mixtures

Mori-Tanaka　equivalent　inclusion　micromechanics　theory　was　employed　to　investigate　the　viscoelasticity　of　asphalt　mixture　Asphalt　mixture　was　regarded　as　composites　which　treated　coarse　aggregate　as　a　rigid　inclusion　and　the　mixture　of　fine　aggregate,filler　and　binder　as　viscoelastic　matrix　The　constitutive　relations　of　coarse　aggregate　inclusion　and　fine　aggregate-filler-binder　matrix　were　converted　into　elastic　problems　by　Laplace　transformation　Then　the　Mori-Tanaka　equivalent　inclusion　and　average　theory　were　used　to　deduce　the 　viscoelastic　performance　of　asphalt　mixture　based　on　that　of　asphalt　mortar　in 　Laplace　space　The　result　shows　that　(1)　coarse　aggregate　inclusion　can　enhance the　viscoelastic　performance　of　fine　aggregate?filler?binder　matrix　and　viscoelastic　constitutive　relation　of　asphalt　mixtures　can　be　expressed　as　the　product　of　an　enhancement　coefficient　of　coarse　aggregate　and　the　viscoelastic　constitutive　relation　of　fine　aggregate?filler?binder　matrix;　(2)　the　viscoelasticity　of　the　complex　asphalt　mixture　can　be　predicted　from　the　viscoelasticity　of　the　homogeneous　fine　aggregate?filler?binder　matrix　by　using　the　nhancement　coefficient;　(3)　the　enhancement　coefficient　is　higher　than　10　and　it　rises　with　increasing　of　coarse　aggregates'　volumetric　fraction　or　Poisson's　ratio　of　fine　aggregate-filler-binder　matrix　but　the　effect　of　the　former　is　more　important　than　that　of　the　latter     

环氧树脂沥青混合料粘弹行为的力学模型分析

通过弯曲蠕变试验,分析了环氧树脂沥青混合料不同温度下的蠕变特征。根据蠕变力学模型,采用3单元、4单元、2阶广义Kelvin模型、3阶广义Kelvin模型以及修正的2阶广义Kelvin模型分别对不同温度的蠕变行为进行了拟合。结果表明,环氧树脂沥青混合料各温度的蠕变变形开始发展很快,然后逐渐变慢,最后达到了平衡。采用修正的2阶广义Kelvin模型可以较为精确地表述材料不同温度的蠕变行为;通过不同温度下修正的2阶广义Kelvin模型的参数解析,可以得到材料的弹性模型随着温度变化趋势呈S形。研究成果可以为材料热粘弹性能的进一步研究提供依据。     

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。     

沥青路面离析的表现形态与机理分析

施工过程中沥青混合料离析是导致路面早期破坏的重要原因。根据离析的不同表现形态,采用Bailey混合料理论的级配控制原理和现场试验的方法,研究了原材料、搅拌设备、摊铺设备及卸料运输等环节对混合料变异性的影响。分析、探讨了离析的产生机理和原因,在实体工程中研究了材料的变异性、搅拌器的拌和均匀性、振动筛的筛分效率以及搅拌设备计量系统的误差对混合料离析的影响。结果表明：根据离析的表现形态可以分析判断其成因与机理,为预防与控制混合料离析提供依据。     

冻融循环对沥青混合料内水气扩散的影响

水气是沥青混合料水损害的重要来源之一,沥青混合料内部的水气运动不容忽视。大部分沥青路面常年经受冻融循环作用,为探究冻融循环前后沥青混合料内水气运动的变化规律,设计以相对湿度梯度为驱动力的水气扩散试验装置,以密级配沥青混合料AC-20C和开级配沥青混合料OGFC-13为研究对象,测量冻融循环前后沥青混合料水气穿透量随时间的变化情况,并采用菲克第一定律计算水气扩散系数。试验结果表明：5 cm厚OGFC-13试件在常压、20℃、100%~60%湿度差下的水气穿透量与时间呈线性正相关,可获得其扩散系数,而相同条件下的AC-20试件内水气较难穿透,水气穿透量与时间呈不规则变化,无法计算得到扩散系数,OGFC试件水气扩散速率明显大于AC试件,说明空隙结构对混合料水气扩散影响较大,但经历1个冻融循环后2类试件相同时间段内水气穿透量均有显著提高;负压环境下（13.325 kPa）进行试验可以增大AC-20试件的水气扩散速率,使水气穿透量与时间呈线性正相关,从而测量得到冻融循环前后AC试件的扩散系数;经冻融循环作用后,相同时间内2种沥青混合料水气扩散系数均显著增长,OGFC试件连通空隙率明显增大,说明冻融循环作用使沥青混合料内部结构发生变化,水气在沥青混合料内部的运动路径增多,更易进入沥青内部及沥青与集料界面,进一步加速沥青混合料水损害进程。     

沥青路面渗水性能测试研究

采用改进的渗水系数测试试验对湖南省在建高速公路沥青路面进行渗水系数测试.根据测试结果结合沥青路面渗水性能的评价方法对沥青路面各面层的渗水性能进行评价分析,得出了沥青路面不同沥青混合料类型的渗水性能差异,提出了沥青混合料不同公称最大粒径的沥青混合料路面检验用的建议指标.最后对路面结构层的透水性能的差异性进行了定性分析,分析表明:沥青路面各面层的渗水性表现出很大的变异性;粗粒式沥青混合料类型更易渗水;粗粒式沥青混合料掺入抗车辙剂其渗水性能会有所降低;渗水系数随着面层厚度的增加而增大;施工质量变异性造成了渗水系数沿路面横向的分布表现为超车道大于行车道.     

沥青混合料空隙率影响因素的灰关联分析

基于几种不同沥青材料及级配类型的沥青混合料马歇尔试验数据,利用灰关联分析法分析了矿料级配、沥青原材料的性质、沥青质量分数、毛体积密度、吸水率等指标对沥青混合料空隙率的影响程度,并得出各相关因素对沥青混合料空隙率影响程度的排序结果。研究结果表明:灰关联分析法用于分析诸因素对空隙率的影响能获得较好的结果。基于灰关联理论的排序结果表明:沥青质量分数是影响空隙率最主要的因素,粒径小于0.075 mm细集料颗粒尽管在沥青混合料中所占的分量很少,但其影响程度却很高,因此,级配中应注意粒径小于0.075 mm颗粒质量分数的重要作用;吸水率值的大小既反映试件的密实程度又反映对有效沥青含量计算的准确性,也是影响空隙率的重要因素。     

沥青混合料动态黏弹性的分数阶微分本构模型

为准确描述沥青混合料的动态黏弹性力学行为,在分数阶微分Zener模型(FDZ模型)的基础上,提出了一种改进的分数阶微分Zener模型(mFDZ模型),给出了频域内动态模量、存储模量、损耗模量和损耗正切等动态黏弹性能表达式,它们满足Kronig-kramers关系。mFDZ模型参数通过两步确定,一是结合不同温度和加载频率下沥青混合料的复模量试验结果,通过Wicket图给出了mFDZ模型中与温度无关的模型参数,二是利用时间-温度等效原理与WLF方程确定了与温度相关的模型参数,同时得到了沥青混合料动态黏弹性能主曲线。将mFDZ模型与FDZ模型和Sigmoid函数经验模型进行比较,结果表明:传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型只能描述具有对称性的动态黏弹特性,而mFDZ模型能够准确描述沥青混合料的动态黏弹性能的非对称特性,且模型与试验结果吻合良好,克服了传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型的不足,为沥青混合料动态黏弹性力学行为的本构描述提供了新的思路与参考。     

沥青混合料劈裂试验数值模拟

应用有限元软件ABAQUS,采用合适的材料模型建立有限元模型,模型网格按不同密度进行划分,对沥青混合料劈裂试验进行二维与三维数值模拟对比研究。通过研究,对劈裂试验中沥青混合料试件内的应力、应变分布及变形特性和变化规律有了深入的认识,并据此得出沥青混合料的强度参数。结果表明,有限元模拟中,网格划分密度、划分形式对模拟结果有较大影响;对于不同的沥青混合料,其劈裂试验模拟应以相应材料的单轴抗压试验结果为材料特性进行定义;经三维模拟及理论对比验证,简化二维模型在一定条件下是可行的。对沥青混合料性能试验进行数值模拟研究,是一种形象直观、快速高效的研究手段,对沥青混合料研究水平的提高有一定意义。