基于拉压模量同步测试的岩沥青改性沥青混合料疲劳损伤特性

为了揭示岩沥青作为改性剂对沥青混合料疲劳性能的影响,利用MTS材料试验系统对岩沥青改性沥青混合料进行了四点弯曲疲劳试验,并对比了其与SBS改性沥青混合料的疲劳性能,分析了岩沥青对基质沥青混合疲劳性能的改善效果;定义模量衰减为损伤变量,基于四点弯曲拉、压弯模量同步测试法同时得到沥青混合料拉、压和弯曲回弹模量,建立了沥青混合料不同模量衰变方程。研究结果表明:岩沥青加入基质沥青混合料能显著改善其疲劳性能,与SBS改性沥青混合料疲劳性能相当;从拉、压、弯模量衰减斜率绝对值大小来看,拉伸模量斜率最大,其次是弯拉模量,压缩模量斜率最小;临界破坏时拉伸模量的衰减比大于压缩模量的衰减比,即试件发生开裂破坏并非是压缩模量的衰减所导致,而是由拉伸模量衰减过快引起的,导致中性面以下受拉区域损伤累积加剧,最先发生开裂,为试件的破坏源;在弯拉疲劳应力状态下,沥青混合料的拉、压模量衰变规律具有较大的差异性,拉伸模量衰变速率大于压缩模量衰变速率,因此在受拉区将产生较大的损伤,说明了模量衰变曲线稳定阶段拉伸模量衰减速率的过快及衰减末期压缩模量破坏点的滞后性,同时也间接反映出拉伸模量衰变速率的快慢是决定沥青混合料疲劳性能是否优越的关键因素。     

基于DSR时间扫描的沥青常应力疲劳演化规律分析

为了研究沥青疲劳特性在常应力模式下的演变规律,采用动态剪切流变仪(Dynamic Shear Rheometer,DSR),在应力控制模式下对70#基质沥青和SBS改性沥青进行时间扫描试验,获得复数剪切模量(G*)、耗散能变化率(DR)和累计耗散能比(DER)3种物理指标随荷载作用次数的变化曲线,通过分析3种曲线变化规律确定沥青疲劳寿命:(1)G*值下降到初始值50%时对应的荷载作用次数(NG*);(2)DR-N曲线转折点对应的加载次数(NDR);(3)DER-N曲线转折点(70#基质沥青)和曲线偏离DER=N直线20%时(SBS改性沥青)对应的加载次数(NDER),并建立沥青疲劳破坏方程。结果表明:NG*处于复数剪切模量加速下降阶段,而NDR和NDER处于沥青缓慢破坏和加速破坏转折阶段,NG*是根据经验所确定,而NDR和NDER是根据曲线转折点定义,物理意义明确;70#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命(NG*、NDR和NDER)与应力在双对数坐标中表现出良好的线性关系;70#基质沥青疲劳破坏规律性强,疲劳曲线有明显的转折点,能明确定义沥青疲劳寿命;而改性沥青由于改性剂的作用,沥青弹性恢复能力增强,沥青疲劳曲线变化规律不明显;相同分析方法下,SBS改性沥青疲劳寿命明显优于70#基质沥青;随着加载应力提高,两种沥青的疲劳寿命均下降。     

不同改性沥青对浇筑式沥青混凝土疲劳性能的影响

应用动态贯入度(高温疲劳)和四点弯曲疲劳试验(中温疲劳)两种疲劳试验方法,评价了3种改性沥青:岩沥青改性沥青、湖沥青改性沥青和聚合物改性沥青对浇筑式沥青混凝土的高温和中温疲劳性能影响.研究结果建议:在高温、重载交通路段中使用岩沥青改性沥青浇筑式沥青混凝土;在结构物柔性较大的路段应采用聚合物改性沥青浇筑式沥青混凝土.     

高弹改性沥青在钢桥面铺装中的应用研究

针对目前钢桥面铺装面层沥青混合料容易产生疲劳开裂的问题,根据沥青混合料粘弹原理中的累积耗散能和滞后环线理论,提出通过降低沥青混合料每次滞后环线的损失能量从而提高沥青混合料疲劳寿命的观点.根据此原理开发了高弹改性沥青,对高弹改性沥青的高低温性能以及疲劳性能进行了试验验证,高弹改性沥青混合料的低温变形能力有很大的提高,-10℃低温大梁弯拉应变大于10 000με,4点弯曲小梁疲劳寿命比普通改性沥青混合料的疲劳寿命有了很大的提高,1 000με疲劳寿命达到190万次,是普通混合料的疲劳寿命的20倍左右.     

掺活化剂的胶粉改性沥青及其混合料性能与评价指标研究

采用湿法工艺制备了不同目数、不同掺量的胶粉改性沥青,利用常规指标、SHRP流变指标分析了胶粉改性沥青的高温、低温及疲劳性能的变化规律;在最佳胶粉掺量下,探讨了活化剂掺量对胶粉改性沥青混合料性能的影响,并将胶粉改性沥青与其对应混合料的高温、低温、疲劳性能的相关性进行回归分析。结果表明:综合考虑胶粉改性沥青的性能及经济性,3种目数的胶粉最佳掺量为18%;在沥青中掺加胶粉可以改善沥青及其混合料的高温、低温及疲劳性能,掺加活化剂后改善效果更为明显,且在4%活化剂掺量下混合料各项性能最优;推荐AR型车辙因子、延度、疲劳因子分别作为胶粉改性沥青高温、低温、疲劳性能评价指标,推荐DS、破坏应变、K值分别作为胶粉改性沥青混合料高温、低温、疲劳性能评价指标。     

TLA复合改性沥青混合料路用性能研究

针对TLA的特性研究TLA复合改性沥青的掺配工艺、掺配比例,同时通过沥青混合料性能试验,研究掺配湖沥青对混合料高、低温及强度性能的影响,发现动稳定度较SBS改性沥青提高71 4%,且总变形量明显减少,低温弯曲破坏应变提高20%,劈裂强度提高43 8%,另外通过AAPA进行沥青加铺层反射裂缝试验研究发现混合料的疲劳寿命提高57 4%。结果表明,TLA复合改性沥青在混合料高温性能、强度性能以及疲劳性能等方面都得到了良好的改善。因此湖沥青是一种性能良好的沥青改性材料,有较好的应用前景。     

基于耗散能的老化沥青疲劳寿命预估模型分析

为了研究老化沥青疲劳性能,以70~#基质沥青和SBS改性沥青作为研究对象,以累积耗散能为评价指标,研究了老化对沥青疲劳寿命的影响,建立了老化沥青疲劳寿命预估方程,分析了应力控制和应变控制加载模式下疲劳寿命预估方程的适用性。首先将70~#基质沥青和SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT),使沥青发生老化,然后采用动态剪切流变仪在应力控制和应变控制加载模式下对不同老化程度的沥青进行时间扫描试验,通过耗散能随加载次数变化关系确定沥青疲劳寿命。基于累积耗散能建立应力加载控制模式下沥青疲劳寿命预估方程,并采用预估方程计算应变控制加载模式下的累积耗散能,检验预估方程的适用性。结果表明:累积耗散能随着荷载作用次数增加呈线性积累,当累积超过沥青疲劳破坏阈值时,发生疲劳破坏;经RTFOT老化后的70~#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命与累积耗散能具有较好的双对数线性关系(R0.8);当采用应力加载模式下获得的沥青疲劳寿命预估模型分析应变加载模式下沥青疲劳性能时,70~#基质沥青和SBS改性沥青累积耗散能计算值与实测值之间的误差大多在10%以内,可认为基于累积耗散能建立的沥青疲劳寿命预估方程不受加载模式的影响。     

沥青及其混合料自愈合性能试验研究

为了对比分析基质沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青的自愈合性能,并研究沥青种类、愈合环境、破坏程度对混合料疲劳-自愈合进程的影响。通过DSR(动态剪切流变仪)的Time-Sweep(时间扫描)模式测试了沥青复数剪切模量随加载次数的变化,采用愈合指数HI评价沥青的自愈合能力;利用DSC(差示扫描量热仪)测试沥青相态转变过程中的焓变;基于四点弯曲疲劳试验测试了混合料劲度模量随加载次数的变化。研究结果表明:从流变性角度分析,橡胶改性沥青的自愈合性能最好,SBS改性沥青次之,基质沥青最差,随着损伤度的增大,以上3种沥青的自愈合指数呈下降趋势;从分子扩散角度考虑,基质沥青的自愈合能力最小,基质沥青愈合裂缝的能力优于SBS改性沥青及橡胶改性沥青。沥青类型及愈合环境对混合料的愈合进程具有重要影响,提高愈合环境的温度可以加速混合料的愈合,破坏程度的增加对混合料的自愈合具有负面影响。     

矿物纤维沥青混合料路用性能研究

通过对掺加矿物纤维的SBS改性沥青混合料的马歇尔性能、水稳定性能、低温抗裂性能、高温车辙性能和疲劳性能试验,全方位地研究矿物纤维沥青混合料的性能.结果发现:掺加矿物纤维后,在体积指标接近的情况下,改性沥青混合料的马歇尔稳定度增大;增加了矿料沥青膜的厚度,使混合料中的结构沥青比例增加,改善了混合料的水稳定能力;能够增加沥青混合料低温最大弯拉应变,增强其低温抗裂性能和高温稳定性,动稳定度明显提高;能够增大沥青混合料的抗疲劳寿命,最大程度地延缓混合料的破坏进程.最后对矿物纤维沥青混合料的社会经济效益进行了分析.     

废食用油脱硫胶粉/SBS复合改性沥青混合料的路用性能评价

针对橡胶沥青存贮稳定性差与生物沥青高温性能不足问题,基于Terminal Blend胶粉改性沥青技术,提出以废食用油代替沥青脱硫胶粉,用脱硫产物(ODR)制备存贮稳定的改性沥青,为弥补ODR改性沥青高温性能损伤,采用共混复合改性工艺研制了ODR/SBS复合改性沥青。为考察复合改性沥青在工程应用中的可行性,通过车辙试验、弯曲试验、冻融劈裂试验和疲劳试验对该混合料路用性能进行了评价,并与普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料和ODR改性沥青混合料进行了对比分析。结果表明:1)复合改性沥青具有优异的高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及疲劳性能,但因ODR削弱了沥青的抗变形能力,其车辙深度较SBS改性沥青混合料深,且冻融前后劈裂强度较低; 2)单独采用SBS或ODR改性沥青与二者复合改性对混合料疲劳性能影响差异较大,ODR/SBS复合改性沥青混合料的疲劳性能并非二者单独作用下的线性叠加。     

硬质沥青及其混合料疲劳性能对比试验研究

为了比较硬质沥青及其混合料疲劳性能的优劣,进行了A-30#、A- 70#和SBS改性沥青及其混合料的疲劳性能对比试验.用压力老化后残留沥青的动态剪切试验评价了3种沥青的疲劳性能,对相应的4种沥青混合料进行了三点弯曲疲劳对比试验.结果表明:不同温度时,3种沥青的抗疲劳性能大小顺序一致,优劣次序为:SBS改性沥青＞A-70...     

一种新的沥青混合料疲劳性能评价方法

根据Lemaitre应变等效假设,定义沥青混合料疲劳损伤参量,并在分析沥青混合料疲劳损伤过程的基础上,定义新的疲劳破坏标准。然后通过三分点小梁弯曲疲劳试验建立基于损伤理论的沥青混合料疲劳性能评价方法。重合性检验表明,该损伤疲劳模型与荷载控制模式无关,从而可以更合理的评价混合料疲劳性能。     

DOMIX改性沥青混合料特性试验研究

对Domix沥青混合料及SBS改性沥青混合料的高温、低温、疲劳性能进行对比试验,探讨2种混合料在极端温度、重载下不发生车辙时的动稳定度控制标准,分析2种混合料对其动稳定度控制标准的适应性。试验结果表明:沥青路面上面层的抗车辙性能对沥青路面整体的抗车辙性能影响最明显;Domix沥青混合料低温性能及疲劳性能低于SBS改性沥青混合料。为平衡Domix沥青混合料低温及疲劳性能,基于其高温性能,提出Domix复掺改性的建议。     

天然湖沥青+SBS复合改性沥青混合料性能研究

将天然湖沥青与SBS改性沥青进行复合,以期进一步提高改性沥青的综合路用性能。分别采用基质沥青(B)、SBS改性沥青(S)、湖沥青+基质沥青(BT)、湖沥青+SBS复合改性沥青(ST)配制AC-20、SMA-13两种类型的沥青混合料,通过试验分析复合改性沥青对混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳性能的影响程度。试验结果表明:对于AC-20,ST混合料的动稳定度、最大弯拉应变相对BT混合料提高了56.8%,85.6%,相对B混合料提高了147.4%,71.9%,相对S混合料提高了13.6%,43.5%;对于SMA-13,ST混合料的动稳定度、最大弯拉应变相对BT混合料提高了43.0%,73.0%,相对S混合料提高了41.3%,53.8%。ST混合料的疲劳性能明显优于BT混合料。ST改性效果较BT、S显著提高。以水稳定性来看,复合改性沥青对混合料类型的依赖性不显著,而对SMA-13其他性能的提高幅度均大于对AC-20的作用。     

基于双边缺口拉伸试验的SBS改性沥青抗疲劳性能评价

为研究SBS改性沥青在中温下的抗疲劳性能,依托我国某高速公路采用的SBS改性沥青,采用双边缺口拉伸试件并借助测力延度仪,分析基于临界裂纹尖端位移的沥青胶结料抗疲劳性能,随后对不同温拌剂含量SBS改性沥青进行临界尖端位移和疲劳因子疲劳测试,并通过小梁四点弯曲疲劳试验进行验证。结果表明:①临界尖端位移与疲劳因子测试值对所选用沥青样本抗疲劳性能的结果具有一致性;②双边缺口拉伸试验中温度对沥青疲劳性能的区分影响极大,适当的提升温度对沥青的抗疲劳性能区分度更优;③沥青胶结料临界尖端位移所表征的疲劳性能变化趋势与对应混合料的疲劳寿命N_(fnm)的变化趋势相近,进一步验证了基于临界尖端位移的SBS改性沥青抗疲劳性能区分效果。     

交联聚乙烯改性沥青混合料弯拉疲劳性能研究

通过四点弯曲弯拉疲劳试验,对不同交联聚乙烯掺量的改性沥青混合料在温度、应力比、加载频率等因素影响下的疲劳性能进行研究。结果表明,适量的交联聚乙烯改性剂可改善沥青混合料的疲劳性能,其最佳掺量为5%;交联聚乙烯改性沥青混合料的弯拉强度、疲劳寿命和劲度模量随着温度的升高而降低;随着应力比的增大,疲劳寿命逐渐降低,劲度模量逐渐增大;荷载频率对交联聚乙烯改性沥青路面疲劳性能的影响较大,低频率比高频率更容易产生疲劳破坏。     

温拌剂对沥青及沥青混合料性能的影响研究

基于自主开发的温拌剂,在针入度分级体系、SHRP沥青性能分级体系、粘度分级体系下对基质沥青、SBS改性沥青及胶粉改性沥青的性能影响进行了研究;研究了基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料及胶粉改性沥青混合料的施工温度,并进行了路用性能验证,结果表明:温拌沥青混合料的高温性能及疲劳性能优于相应的热拌沥青混合料;低温性能和水稳定性能与热拌沥青混合料相当。     

温拌SBS改性沥青混合料低温与疲劳特性研究

为了研究温拌剂对SBS改性沥青混合料低温和疲劳特性的影响,采用SGC击实仪成型试件,测试温拌沥青混合料的空隙率与劈裂强度,确定拌和与击实温度,并利用低温小梁实验和四点弯曲疲劳试验测试沥青混合料的力学性能进行评价。研究结果显示:温拌剂掺入,降低了沥青混合料的成型温度.提高了SBS改性沥青混合料的压实性;温拌剂可以提高沥青混合料的破坏应变,使沥青混合料的柔性增加;养生可以提高温拌沥青混合料的低温性能;温拌沥青混合料(WMA)的疲劳寿命大于普通热拌沥青混合料(HMA),并且WMA的疲劳寿命对温度和应变的敏感性较低。     

一种新型沥青混合料添加剂改性沥青混合料的路用性能试验研究

LM是一种以天然高分子矿物质为原材料并经过高科技改良加工而成的新型节能环保沥青混合料添加剂。为了研究LM改性沥青混合料路用性能,文中对比基质沥青混合料,采用了车辙试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验、低温弯曲试验以及四点小梁疲劳试验分析了LM改性沥青混合料的高低温性能、水稳定性能和疲劳性能。并且还对LM改性沥青混合料进行了技术经济分析。结果表明:与基质沥青混合料相比,LM沥青混合料的高低温性能得到显著改善,水稳定性能良好,疲劳性能明显提高,同时还兼具了良好的经济性。     

布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳耐久性试验研究

为了研究布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳耐久性,利用万能材料试验系统,对基质沥青混合料、布敦岩沥青改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行4种不同应力比条件下的疲劳耐久性试验,分别拟合得到3种沥青混合料的疲劳方程拟合参数,并对试验结果进行对比分析。试验结果表明:在相同应力比条件下,基质沥青混合料疲劳寿命最短,SBS次之,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命最长;布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳方程拟合参数K最大,n最小。疲劳方程拟合参数K和n表征布敦岩沥青改性沥青混合料对于应力比变化的敏感程度最低,在荷载水平增加相同幅度的条件下,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命衰减量最小,进一步说明其具有较好的抵抗疲劳荷载的能力,其疲劳耐久性最好,将其用于沥青路面铺筑可有效延长路面的使用寿命。