串联型粘弹-粘塑性沥青混合料本构模型的有限元分析

为将串联型粘弹-粘塑性本构模型移植到有限元计算中,使其能够对沥青路面结构与时间相关力学行为进行有效模拟和计算,通过编制材料子程序对本构模型进行了有限元实现。三维广义Maxwell粘弹性模型采用遗传积分进行表征,利用Prony级数特性推导出卷积方程的递推公式,在应变增量条件下更新应变,获得迭代过程的刚度矩阵;微分型粘塑性本构方程基于径向回退法建立积分子步下的变量演化方程,通过N-R迭代算法解决了收敛性问题,并利用本构模型的离散化推导,建立了整体迭代过程的一致切线刚度矩阵。通过典型算例对室内试验的与时间相关性行为对比分析,验证了有限元实现的合理有效性,为沥青路面结构计算提供理论基础和实例分析。     

天然岩沥青改性对沥青流变性能的影响

借助动态剪切流变仪(DSR)、低温弯曲流变仪(BBR)和Brookfild旋转黏度仪,对不同掺量的天然岩沥青改性沥青的性能进行了试验研究,分析了岩沥青改性剂对基质沥青流变性能的影响。结果表明:加入岩沥青后沥青胶结料的PG高温等级和黏度提高,抗车辙因子增大,相位角减小,大大提高了沥青的高温稳定性和降低了温度敏感性,且随着掺量的增加变化幅度增大;低温条件下蠕变劲度模量增大,低温性能有所下降,但当岩沥青掺量为2%~8%时,不会对沥青胶结料的低温性能产生大的不利影响。     

天然岩沥青改性对沥青流变性能的影响

借助动态剪切流变仪(DSR)、低温弯曲流变仪(BBR)和Brookfild旋转黏度仪,对不同掺量的天然岩沥青改性沥青的性能进行了试验研究,分析了岩沥青改性剂对基质沥青流变性能的影响。结果表明:加入岩沥青后沥青胶结料的PG高温等级和黏度提高,抗车辙因子增大,相位角减小,大大提高了沥青的高温稳定性和降低了温度敏感性,且随着掺量的增加变化幅度增大;低温条件下蠕变劲度模量增大,低温性能有所下降,但当岩沥青掺量为2%~8%时,不会对沥青胶结料的低温性能产生大的不利影响。     

边界条件对粘弹阻尼器动力参数的影响

考虑了两种常用类型边界约束条件对三约束层对称剪切型粘弹阻尼器动力参数－复合刚度和耗能因子的影响,推导出了对应于不同边界条件下粘弹阻尼器复合刚度和耗能因子的计算公式,并对其计算结果进行了分析讨论。     

高粘高弹改性沥青混凝土桥面铺装配合比设计研究

通过对桥面铺装原材料采集进行了动态监测和控制,分阶段进行沥青混合料的目标及生产配合比设计,有效提高了沥青铺装层的施工质量,保证了路面设计功能的实现。     

三杆桁架的弹粘塑性分析

对对称三杆桁架承受载葆后的弹粘塑性平衡问题进行了分析。分析结果表明,桁架的变形可分为弹性变形、约束粘塑性变形、约束一自由粘塑性变形、自由粘塑性变形等４个阶段。     

硬质沥青高温性能试验研究

沥青路面车辙是当前高速公路最主要的早期损坏形式。通过沥青动态剪切流变试验、粘度试验及混合料的车辙试验,对硬质沥青、改性沥青和70#沥青的高温性能进行全面的比较分析,结果表明硬质沥青的高温性能较为优越：     

硬质沥青高温牲能试验研究

沥青路面车辙是当前高速公路最主要的早期损坏形式.通过沥青动态剪切流变试验、粘度试验及混合料的车辙试验,对硬质沥青、改性沥青和70#沥青的高温性能进行全面的比较分析,结果表明硬质沥青的高温性能较为优越.     

胶浆流变特性对沥青混合料性能影响研究

通过试验研究粉胶比对沥青胶浆流变性能的影响,并进一步分析沥青胶浆对沥青混合料性能的影响。试验结果表明:沥青胶浆的复数模量、车辙因子、劲度模量、蠕变速率与粉胶比存在函数关系;矿粉过多将会给沥青胶浆低温性能、疲劳性能带来不利影响,随着粉胶比增大,混合料动稳定度增大、高温性能增强,但沥青混合料的最大破坏应变减小、低温抗裂性能降低。因此在实际工程运用沥青混合料要充分考虑粉胶比的选择。     

基于不同加载模式的沥青零剪切粘度研究

为了得到合理的评价沥青高温性能的指标, 通过对不同沥青的动载和静载试验, 分析了零剪切粘度(ZSV)在不同加载方式下的变异, 研究了该指标对于评价沥青高温性能的适用性和可行性, 评价了不同流变模型对高温性能拟合参数的影响。分析结果表明: 通过动态频率扫描的图形外延可以直接得到基质沥青的ZSV值, 改性沥青在低剪切速率下无法进入粘性流动状态, 不能通过试验的图形外延直接得到零剪切粘度; 采用静态加载拟合得到的ZSV值均小于动态加载的ZSV值, 但通过Carreau模型对动载试验结果进行拟合与通过离散延迟谱对长时间静载蠕变试验结果进行拟合的ZSV值相关性最好, 可以共同作为沥青路用性能的高温评价指标。     

沥青老化性能评价方法

为了分析旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)评价沥青结合料整体老化性能的合理性, 以及长期老化与短期老化试验结果之间的关系, 采用组分试验、常规指标以及Superpave指标对沥青经短期老化试验(RTFOT)和长期老化试验(PAV)的样品进行了试验研究。结果表明长期老化后沥青样品的组分变化规律与短期老化不一致, 物理指标增减幅度不同, 但如按指标评价沥青的抗老化特性, 两种不同老化方式的沥青优劣排序基本一致, 这说明虽然短期老化不能全面反映沥青的抗老化特性, 但在目前情况下作为沥青的优选方法是可行的。     

老化对沥青结合料粘弹性的影响

沥青结合料的老化是影响沥青路面使用性能的一个重要因素,应用旋转薄膜烘箱(RTFO)对沥青进行短期老化,通过压力老化仪(PAV)对经RTFO短期老化的沥青进行不同时间的老化,对老化沥青进行系统试验,研究老化对沥青结合料粘弹性的影响。结果表明老化使沥青结合料的粘性逐渐降低,增强了沥青结合料的抗变形能力(高温稳定性),但抗疲劳开裂性能下降。     

改性沥青疲劳破坏判定指标适用性

采用Malvern动态剪切流变仪, 在应力/应变2种荷载控制模式下对90^#基质沥青、SBS改性沥青、岩沥青改性沥青、胶粉改性沥青、岩沥青/SBS复合改性沥青和岩沥青/胶粉复合改性沥青(RA/CRCMA)进行了时间扫描疲劳试验; 采用5种疲劳失效定义方式确定了改性沥青疲劳寿命; 使用统计学分析方法评价了改性沥青疲劳破坏判定指标的适用性; 采用推荐指标对比分析了改性沥青的疲劳性能。研究结果表明: 基于归一化动态模量确定的指标独立于荷载控制模式和沥青种类; 基于相位角和累积耗散能比确定的指标显著依赖于改性沥青种类和荷载控制模式, 且不具备普适性; 基于耗散能变化率确定的指标仅适用于应力控制模式的疲劳寿命判断; 基于简化耗散能变化率确定的指标受沥青种类影响较小, 对本研究所有试验沥青均具有较好的疲劳寿命评价效果; 归一化动态模量和简化耗散能变化率确定的指标在应力/应变控制模式下的相关系数高达0.94, 平均绝对误差低于20%, 展现出了较好的相关性及等效的疲劳寿命排序结果, 由于其计算简单, 定义明确, 因此, 推荐其作为时间扫描疲劳试验中检测沥青疲劳失效的判定标准; 采用推荐指标对本研究试验沥青的疲劳寿命排序可知, 添加18%胶粉和5%岩沥青的RA/CRCMA在应力/应变2种控制模式下均展现出较优的抗疲劳性能。     

沥青高温性能指标的灰色关联度分析

为了很好地反映沥青的使用状态,优化和改进沥青高温性能指标,应用灰色关联度法计算了原样沥青60℃粘度和改性沥青135℃粘度以及实测软化点与SHRP动态剪切试验所得的车辙因子及国内目前常用的几种沥青高温指标间的关联度。结果表明,原样沥青60℃粘度与车辙因子相关性比较好,达到0.800以上,改性沥青135℃粘度与车辙因子相关性比较差;对于短期老化后,原样沥青60℃粘度和改性沥青135℃粘度都与车辙因子关联性比较好,最高达到0.879,而实测软化点与各项沥青指标的关联度都不是很好;实测软化点和SHRP沥青高温性能指标仍存在着差异。因此车辙因子不能用来反映改性沥青的高温性能,可以用短期老化后的沥青车辙因子来反映改性沥青的高温性能,实测软化点本身作为评价沥青高温性能的指标还有待于进一步研究。     

高模量沥青稳定碎石性能试验

从高模量沥青稳定碎石的材料组成设计出发, 通过动态模量和抗压回弹模量两种力学设计参数的测定, 研究了高模量沥青稳定碎石的力学性能, 通过车辙试验、冻融劈裂试验、劈裂试验及疲劳试验, 分析了高模量沥青稳定碎石路用性能。试验结果表明: 不同类型沥青对沥青稳定碎石的动态模量影响较大, 高模量沥青稳定碎石的抗压回弹模量比普通沥青稳定碎石和改性沥青碎石分别提高了约24%和19%, 且高模量沥青稳定碎石具有良好的高温性能、水稳定性能和疲劳性能, 但低温性能较差。     

SBS改性沥青在呼绥高速公路上的应用

论述了改性沥青的性能及SBS改性沥青混合料在呼绥高速公路上的应用,并通过车辙试验的动稳定度及浸水马歇尔试验的残留稳定度对SBS改性沥青混合料性能进行评价。     

EBBR试验下沥青结合料低温性能评价指标

聚焦沥青结合料低温性能评价指标,基于流变学的弯曲梁流变仪试验、改进弯曲梁流变仪试验,分别分析了实际路面回收沥青、老化后的基质沥青、改性沥青低温流变性能规律;利用传统劲度模量及模量变化率指标展开了沥青的低温性能评价,提出了等效低温设计温度指标与温度差异值指标;在不同养护环境下进行模拟,利用低温等级损失指标对新制备、回收沥青展开了低温物理硬化影响因素研究;利用不同来源、不同品种沥青试验结果相互验证,从抗干扰能力、稳定性、评价准确度、直观性与指标获取难易程度等方面对上述指标进行分析,确立了4类指标对沥青低温性能的区分与评价能力。研究结果表明：回收沥青的实验室流变分析能够反映路面结构的低温抗裂水平,开裂严重路段沥青的模量明显高于其他路段,其数值差异可达130 MPa;新制备的SBS改性沥青与回收沥青低温加载规律一致性高,模量偏差低于15%,可有效搭建起实验室研究同实际路面病害处理需要的关系;传统指标数据稳定性偏弱,置信度仅为64.7%~82.3%,难以满足研究需要,温度差异值指标及低温等级损失指标在应用方面同样受到制约,对此仍需开展更多深入的研究。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备, 检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应, 分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力, 研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响, 分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型, 在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明: 在行车荷载作用下, 面层底部应变响应呈拉压应变交变状态; 在中等试验温度条件下, 面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加, 土基顶竖向压应力呈单向应力状态, 且随轴重增加而增大; 车速显著影响面层底部应变响应, 但对竖向压应力影响不大, 仅影响应力的脉冲持续时间; 随车速增加, 应力脉冲时间缩短, 面层底部应变响应减小; 重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重, 但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

环氧沥青混凝土抗疲劳层对柔性基层长寿命沥青混凝土路面结构的影响

开发了一种适用于道路工程的新型环氧沥青, 基于拉伸试验、黏度试验和荧光显微技术评价了其抗拉强度、断裂伸长率、黏度随时间增长规律和微观固化机理; 设计了AC-13C环氧沥青混凝土, 评价了其路用性能和疲劳特性, 分析了普通沥青混凝土、SBS改性沥青混凝土与环氧沥青混凝土作为抗疲劳层材料对柔性基层长寿命沥青混凝土路面结构厚度与疲劳寿命的影响。试验结果表明: 开发的环氧沥青抗拉强度为2.47 MPa, 断裂伸长率为2.65, 满足环氧沥青抗拉强度不小于1.5MPa、断裂伸长率不小于2的技术要求; 环氧沥青黏度增长到1Pa·s的时间为54min, 54min后, 黏度迅速增大, 因此, 施工时环氧沥青混凝土的拌和、运输与摊铺总时间应控制在54min内; 根据环氧沥青混凝土疲劳方程反推出当其疲劳寿命为10亿次时的疲劳应变极限为333με; 相对于普通沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土, 环氧沥青混凝土抗疲劳层路面结构的疲劳寿命分别增大了2.92×10⁵、4.39×10³倍, 沥青层厚度分别减小了18、10cm; 环氧沥青的微观固化机理为环氧树脂与固化剂在沥青中逐渐从点到线、由线到网形成交联的三维网状结构。