集料取向对沥青混合料永久变形性能的影响

为了研究压实过程中集料取向对沥青混合料永久变形行为的影响,采用三维离散元方法进行分析,生成了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料三维离散元模型,对混合料离散元模型微观组成结构之间的接触行为赋予了相应的微观接触模型及参数,在此基础上对沥青混合料单轴静态蠕变试验进行了三维离散元模拟,并分析了集料取向对沥青混合料永久变形行为的影响。研究结果表明:三维离散元模拟结果与室内试验较为接近; 4. 75 mm粒径集料取向对沥青混合料的永久变形性能影响较为显著;集料的取向趋于水平时,排列相对稳定,沥青混合料的永久变形性能较好。     

基于数字图像与颗粒流程序的沥青混合料单边切口梁试验

为了在细观尺度下模拟沥青混合料的断裂过程,借助数字图像技术获取了1.18 mm粒径以上的沥青混合料细观结构,运用离散元程序PFC2D内置"Fish"语言,构建了包含粗骨料、沥青胶浆和空隙在内的沥青混合料非均质虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟3点弯曲试验。研究结果表明:自定义时步大小功能可以大幅提高非均质离散元模型的运算效率;采用沥青胶浆动态模量作为静态模拟时接触刚度所对应宏观参数更为合适;参数校准后模拟得到的整体断裂响应与室内试验结果之间的联系较好;仅采用试件单面图像信息构建模型进行力学性能预测缺乏可信度;基于离散元程序的虚拟试验方法可以作为研究沥青混合料断裂行为的辅助手段。     

沥青混合料劈裂试验的颗粒流程序模拟研究

为了从细观角度模拟分析沥青混合料的低温开裂行为,选取了4种集料类型、4种矿料级配类型,运用颗粒流程序PFC2D内置"Fish"语言,重构了包含沥青砂浆和粗集料在内的沥青混合料细观数字试件,采用离散元方法实施了虚拟劈裂试验。研究结果表明:离散元模拟得到的劈裂抗拉强度与室内试验结果的匹配程度较好;试件在加载至峰值荷载前,内部已萌生一定数量微观裂纹,极值点荷载后微观裂纹数量大幅增加;高强度集料组成的混合料基本沿着集料与砂浆的界面发生破坏,低强度集料则部分会被裂纹贯穿;基于颗粒流程序的虚拟劈裂试验可以作为研究沥青混合料断裂特征的辅助手段。     

排水沥青混合料单轴静态蠕变试验的离散元仿真

为揭示排水沥青混合料单轴静态蠕变试验的细观力学机制,综合室内试验和数值模拟相结合的方法,采用图像识别技术获取车辙板粗集料及孔隙细观信息,并基于离散元建立单轴静态蠕变试验模型,围绕沥青模量、粘结强度和混合料孔隙率等3个因素对排水沥青混合料高温性能的影响开展了研究。结果表明:在相同的外荷载作用时间下,模量对永久变形的降幅影响略大于蠕变柔量,模量由1倍提升至5倍,蠕变柔量约降低3.7倍,永久变形降低约4.7倍;模量增大至4倍后,永久变形量和蠕变柔量的降幅趋于平缓;空隙率由18%提升至22%,蠕变柔量和永久变形量均增大约40%,混合料耐久性明显降低,空隙率18%-19%阶段对永久变形和蠕变柔量的增幅较为平缓,19%-22%阶段永久变形和蠕变柔量的增幅增大,且接近线性关系;混合料承载力随粘结强度提高而增大,不同粘结强度(280、300、500 N)对永久变形量和蠕变柔量的影响基本一致,且低粘结强度(250～300 N)对永久变形量和蠕变柔量的影响远大于高粘结强度(300～700 N)。在影响蠕变柔量与永久变形计算值可靠度的3个因素中,按可靠度高低排序依次为:粘结强度、空隙率、模量。     

再生沥青混合料单轴静态蠕变试验的离散元仿真

根据新拌沥青混合料细观力学研究现状,提出了基于三维离散元方法和虚拟图像技术的再生沥青混合料细观力学仿真思路,并介绍了实现过程.利用虚拟图像技术,生成基于再生沥青混合料细观结构的虚拟试件,建立了离散元细观模型,提出了细观模型参数的确定方法.利用再生沥青胶浆单轴静态蠕变试验,获得了再生沥青胶浆的细观模型参数.依据时温等效原理,进行了粘弹性参数转换,以提高模型的计算效率.采用PFC3D离散元方法,利用PFC自带的FISH语言,编制相应的程序,输入转换后得到的模型参数.使用模型参数模拟再生沥青混合料单轴静态蠕变的虚拟试验,并与再生沥青混合料室内试验结果进行对比,验证了虚拟试验的合理有效性.     

橡胶颗粒沥青混合料的黏弹性能研究

为了研究橡胶颗粒沥青混合料的黏弹性能,对不同温度下3种橡胶颗粒掺量的沥青混合料进行了蠕变性能试验和动态模量试验,采用Burgers模型表征橡胶颗粒沥青混合料的黏弹性能,分析了温度和橡胶颗粒掺量对于沥青混合料黏弹性能的影响。结果表明:随着温度的升高和橡胶颗粒掺量的增加,蠕变变形量逐渐增大,2%橡胶颗粒掺量下沥青混合料的常、高温稳定性较好,60℃下4%橡胶颗粒掺量的沥青混合料出现严重的蠕变损伤现象。沥青混合料的动态模量随着橡胶颗粒掺量的增大而降低,掺量为2%后继续提高橡胶颗粒掺量对动态模量影响较小。综合上述因素,确定合理的橡胶颗粒掺量为2%。     

高模量沥青混凝土动态模量标准研究

为研究高模量沥青混凝土的动态模量标准,对不同类型的沥青混凝土进行了动态模量、低温弯曲和动稳定度室内试验,分析了动态模量与动稳定度以及动态模量与低温弯曲试验破坏应变之间的关系。结果表明,高模量沥青混凝土的动态模量与车辙动稳定度之间有很好的相关性,低温弯曲试验的破坏应变与动态模量在7℃时有良好的相关性,并且随动态模量的升高呈明显下降的趋势。综合考虑高低温性能,提出了一个高模量沥青混凝土的动态模量范围。     

沥青混合料动态模量影响因素试验研究

为更好地掌握沥青混合料的力学性质随温度和时间的变化规律,文章采用简单性能试验机(SPT)测试了4种不同级配、不同空隙率的沥青混合料在不同试验温度、不同加载频率条件下的动态模量。结果表明:沥青混合料动态模量随温度的升高而降低,随频率的增加而增大;低空隙率、级配良好的沥青混合料动态模量相对较高,性能较好。     

沥青混合料单轴压缩试验的细观分析

运用基于离散元法的二维颗粒流程序PFC2D模拟沥青混合料单轴压缩试验,选择连续密级配AC-13作为研究对象,得到模拟试验与实际室内试验试件的应力-应变曲线,二者的结果较吻合。输出模型图、颗粒间接触力图、颗粒位移图,从细观角度分析沥青混合料的性质,分析结果更加准确、合理,克服了单纯从宏观角度分析沥青混合料性质的片面性。     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层温度应力分析

为研究多孔混凝土基层上覆沥青面层的受力状态,建立了沥青路面三维有限元模型.引入横观各向同性弹性本构关系模型实现沥青路面结构层间接触状态的数值模拟.利用有限元方法计算了多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的温度应力.结果表明:降温时,面层模量的变化对面层的拉应力和剪应力影响较大.计算点A的拉应力随着面层模量的增大而减小,计算点B的拉应力随着面层模量的增大而增大.计算点A和计算点B的剪应力随面层模量的增大而明显增大.     

冻融循环对沥青混合料动态模量影响的试验研究

通过室内试验,对普通基质沥青结合料与加入矿质纤维沥青结合料生产的不同级配的沥青混合料试件进行冻融循环试验,之后对经过不同次数冻融循环后的试件进行单轴压缩动态模量试验,并对经过不同冻融循环次数后所测出的动态模量进行比对分析。分析结果表明:随着冻融循环次数的增加,不同温度下的混合料动态模量值均有所下降,加入矿物纤维的不同级配沥青混合料较普通沥青混合料的动态模量损失率小;空隙率大的沥青混合料动态模量受冻融循环影响较大。     

纳米ZnO改性沥青分子动力学模拟研究

为揭示纳米ZnO改性剂对沥青物理性能改善的机理,采用分子动力学模拟技术对纳米ZnO改性沥青进行模 拟研究.借助沥青四组分代表性化合物,结合沥青的元素含量、四组分相对含量试验结果构建了沥青分子模型.根据纳米ZnO形貌特点,构建了不同粒径的纳米ZnO簇团模型及纳米ZnO/沥青共混体系模型.采用分子动力学方法计算了纳米ZnO与沥青分子间的相互作用,分析了纳米ZnO在沥青中的扩散性能,研究了纳米ZnO对沥青物理模量及沥青分子结构的影响,根据分子动力学模拟结果揭示了纳米ZnO改性沥青的改性机理.研究结果表明:模拟温度为150℃左右时,纳米ZnO/沥青共混体系的范德华相互作用和非键接相互作用达到最大值,体系结构最稳定;纳米ZnO颗粒增大了沥青体系的体积模量、剪切模量和弹性模量,改善了沥青的高温性能,从而提高了沥青的抗剪切能力;同时,纳米ZnO增大了沥青质与胶质体系分子间的芳环质心距离,减缓了强极性组分的堆积,加强了支链在分子间的延展性,增加了沥青结构的致密性,从而促使沥青具有更稳定的胶体结构、更好的物理性能.     

基于图像技术的沥青混合料细观结构研究进展

基于数字图像处理技术来研究沥青混合料的细观结构,回顾沥青混合料细观结构静态及动态识别的研究进展,其后列出一幅数字图像处理技术流程图并对获取沥青混合料内部结构图像方法(X-ray CT技术)进行了详细介绍;对通过图像处理技术来描述混合料内部结构特征,即集料形状及分布、接触特性和空隙分布规律等方面的研究进展情况进行论述,介绍了运用有限元、离散元和边界元这3种数值模拟方法及有关沥青混合料细观力学特征的虚拟试验.研究表明:X-ray CT无损伤扫描技术能较好识别沥青混合料内部细观结构特征;数值模拟结合有限元、离散元或边界元法能将沥青混合料内部细观结构与其宏观性能之间建立有机联系;虚拟试验应用能很好帮助理解宏观试验结果.在集料形状与分布研究中,尚未形成统一的评价指标,且不同研究人员采用不同的评价指标;X-ray CT技术精度问题和适用范围还需进一步改善;集料、沥青胶浆和空隙这3者之间还未建立有效的区分方法.通过总结数字图像处理技术对沥青混合料细观结构的应用,以期为后续关于沥青混合料宏观-细观-微观研究提供参考.     

基于图像技术的沥青混合料细观结构研究进展

基于数字图像处理技术来研究沥青混合料的细观结构,回顾沥青混合料细观结构静态及动态识别的研究进展,其后列出一幅数字图像处理技术流程图并对获取沥青混合料内部结构图像方法(X-ray CT技术)进行了详细介绍;对通过图像处理技术来描述混合料内部结构特征,即集料形状及分布、接触特性和空隙分布规律等方面的研究进展情况进行论述,介绍了运用有限元、离散元和边界元这3种数值模拟方法及有关沥青混合料细观力学特征的虚拟试验.研究表明:X-ray CT无损伤扫描技术能较好识别沥青混合料内部细观结构特征;数值模拟结合有限元、离散元或边界元法能将沥青混合料内部细观结构与其宏观性能之间建立有机联系;虚拟试验应用能很好帮助理解宏观试验结果.在集料形状与分布研究中,尚未形成统一的评价指标,且不同研究人员采用不同的评价指标;X-ray CT技术精度问题和适用范围还需进一步改善;集料、沥青胶浆和空隙这3者之间还未建立有效的区分方法.通过总结数字图像处理技术对沥青混合料细观结构的应用,以期为后续关于沥青混合料宏观-细观-微观研究提供参考.     

超大粒径沥青混合料级配分形特性与力学指标

为了定量评价超大粒径沥青混合料(SLSM)的级配特性,运用分形理论提出了SLSM集料质量分形分布函数的计算方法,得到了不同级配SLSM-40的质量分形维数,建立了集料质量分布与分形维数的关联模型,分析了分形维数与SLSM-40体积指标的关系,并通过强度试验和简单性能试验研究了SLSM-40的力学指标.分析结果表明:分形维数在2.60左右时,SLSM-40的体积指标均符合技术要求;分形维数在2.55～2.60之间时,SLSM-40的级配均匀性良好;随着粒径增大,粘聚力增大,SLSM-40中粘聚力对整体强度贡献率约为50％,比普通沥青混合料提高了1～2倍,而内摩擦角减小5°～10°;20℃试验条件下,SLSM-40抗压回弹模量比AC-25提高了1 869 MPa,为AC-25的2.6倍;不同试验温度条件下,随着加载频率的增大,SLSM-40的动态模量逐渐增大,相位角随温度和加载频率的变化规律与动态模量相比差异较大,并且温度越高,动态模量指标越小,SLSM-40的抗永久变形能力下降.     

沥青混合料动态模量与动稳定度关系的试验研究

通过室内试验,对4种不同沥青结合料生产的不同级配的沥青混合料进行单轴压缩动态模量试验以及车辙试验,并对不同温度下所测出的动态模量与对应沥青混合料的动稳定度结果进行分析。分析结果表明,加入添加剂的沥青混合料在动态模量提升的同时,动稳定度也有所提高,但是二者并不是线性比例关系。     

纳米ZnO改性沥青分子动力学模拟研究

为揭示纳米ZnO改性剂对沥青物理性能改善的机理,采用分子动力学模拟技术对纳米ZnO改性沥青进行模 拟研究.借助沥青四组分代表性化合物,结合沥青的元素含量、四组分相对含量试验结果构建了沥青分子模型.根据纳米ZnO形貌特点,构建了不同粒径的纳米ZnO簇团模型及纳米ZnO/沥青共混体系模型.采用分子动力学方法计算了纳米ZnO与沥青分子间的相互作用,分析了纳米ZnO在沥青中的扩散性能,研究了纳米ZnO对沥青物理模量及沥青分子结构的影响,根据分子动力学模拟结果揭示了纳米ZnO改性沥青的改性机理.研究结果表明:模拟温度为150℃左右时,纳米ZnO/沥青共混体系的范德华相互作用和非键接相互作用达到最大值,体系结构最稳定;纳米ZnO颗粒增大了沥青体系的体积模量、剪切模量和弹性模量,改善了沥青的高温性能,从而提高了沥青的抗剪切能力;同时,纳米ZnO增大了沥青质与胶质体系分子间的芳环质心距离,减缓了强极性组分的堆积,加强了支链在分子间的延展性,增加了沥青结构的致密性,从而促使沥青具有更稳定的胶体结构、更好的物理性能.     

沥青混合料高温性能试验指标的对比分析

为了探究评价沥青混合料高温性能的最佳试验方法以及研究各试验指标之间的相关性,分别采用高温车辙试验、单轴贯入试验、马歇尔稳定度试验、动态模量试验来评价沥青混合料的高温稳定性。同时与沥青PG高温分级试验进行相关性分析。试验结果表明,沥青自身的复剪切模量与大多数指标的相关性都好; SBS-AC混合料具有最好的高温性能;利用车辙试验和高温低频条件下的动态模量能很好的评价沥青混合料的高温性能,且二者的相关性很好;单轴贯入试验得到的指标不能对同级配不同沥青混合料做出较好的区分;因此,在一定程度上,动稳定度和高温低频条件下的动态模量及车辙因子能更好的评价沥青混合料高温稳定性,建议在设计和质量控制中使用该指标。     

乳化沥青冷再生混合料性能研究

分别对掺三种不同乳化沥青剂量的冷再生混合料进行了水稳定性试验、高温稳定性试验、松散试验和抗压回弹模量试验等室内试验,结果表明：混合料的水稳定性良好,残留稳定度试验和劈裂强度试验结果均满足规范要求,同时具有较好的抵抗变形的能力,在最佳乳化沥青用量下成型的试件能满足抗压回弹模量大于800MPa的要求。     

级配碎石动态模量及永久变形影响因素分析

采用室内动态模量三轴试验,对级配碎石的动态模量和永久性变形的影响因素进行分析,结果表明:含水率、应力状况对级配碎石的动态模量均有显著影响;弹性变形和永久变形均随含水率的增加而增加,与材料的固有频率、加载频率及阻尼有关的系数β呈递减趋势;具有非线性特性的级配碎石动态模量受应力影响较大,围压对级配碎石模量的影响远大于偏应力,在一定应力范围内,动态模量随着围压的增大不断地增大,永久变形系数γ受动态模量的影响较大。因此,以级配碎石为防反射基层材料时,应严格控制含水率不大于最佳含水率w_(opt),且应提高下基层的强度,增加级配碎石的偏应力约束,以提高其抗变形能力。