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.     

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。     

粗集料分布形态对沥青混合料疲劳性能影响研究

为分析粗集料的分布形态对沥青混合料疲劳性能的影响,选择粗集料棱角性和混合料内部接触状态2个细观特征作为粗集料分布形态参数,利用MATLAB等图像软件分析并提取粗集料在沥青混合料中的细观特征,同时生成虚拟的二维沥青混合料试件。利用交互手段将虚拟试件导入离散元PFC2D软件,编辑设置相关细观参数和模拟间接拉伸室内虚拟实验的代码,完成离散元模拟实验。结果表明：定义的棱角性参数在110 000～130 000之间时,存在一个抗疲劳破坏的强度峰值;在级配正常的接触对范围内,接触对数量与沥青混合料抗疲劳破坏性能呈现一定的正相关关系。     

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.     

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。     

沥青混合料细观力学数值分析

为了分析细观状态下沥青混合料的力学性能,从沥青混合料的细观尺度出发,利用质量比与比表面积不变的原则配置试件,将粒径小于4.75mm的骨料视为基体材料,利用CT扫描及图像处理技术得到混合料试件的骨料分布,对预先设定配合比的沥青混合料试件进行强度试验,得到沥青混合料强度及数值模型的参数;在ABAQUS软件中用弹性模型模拟沥青混合料二维数值路面结构在荷载作用下的变形,并对弹性状态下路面细观二维数值模型与均质模型进行对比。结果表明:路面细观二维数值模型与均质模型数值分析结果接近,同时实验结果与数值模拟的相对误差在10%以内,说明数值模型能够对路面结构受力情况进行比较准确的模拟,验证了细观状态下分析路面受力情况的有效性。     

非均质沥青混合料劈裂试验全过程数值模拟

为了分析非均质特性对沥青混合料劈裂试验的影响,应用真实破裂过程分析系统,全过程模拟了考虑均质度影响的沥青混合料劈裂试验,并假定沥青混合料强度参数符合Weibull分布,分析了劈裂过程中应力分布状态和裂纹分布状态,同时对AC-10沥青混凝土马歇尔试件进行了劈裂试验,模拟了劈裂破坏过程.结果表明:裂纹状态随均质度的减小趋向离散,高均质度的试件劈裂裂纹状态更具有规则;受非均质基元体随机分布的影响,试件劈裂过程中的应力分布呈现出多峰值现象;马歇尔试件的数值试验和物理试验具有相同的劈裂过程.     

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。     

沥青砂浆动态模量室内试验与数值仿真

文章选取了4种典型矿料级配成型沥青砂浆,引入了离散单元法和Burger''s自定义接触本构模型,采用室内试验与数值模拟相结合的方法,进行了不同温度与频率条件下的沥青砂浆动态模量试验。研究结果表明：离散元方法和Burger''s接触模型能够较好地实现沥青砂浆动态模量虚拟试验;轴向应变幅值随荷载作用呈现增大趋势,砂浆相比混合料具有更显著黏弹性;细集料增多会提高砂浆抗变形能力,沥青用量增大则加剧砂浆蠕变变形;离散元模拟与室内试验动态模量总体匹配较好,油石比较大的砂浆模拟结果与室内试验误差更小;沥青砂浆动态模量主曲线呈现出较为均匀的变化,验证了砂浆类似均质材料的特征。     

沥青混合料裂缝扩展过程细观力学模拟

采用离散元方法构建了沥青混合料马歇尔数字试件，模拟了间接拉伸试验，研究了粘结强度比、颗粒摩擦因数和加载速率对微裂缝扩展过程的影响，分析了试件内部颗粒的细观响应。模拟结果表明：粘结强度比越大，沥青的粘结特性越明显，使得微裂缝的类型由法向渐变为切向，当粘结强度比由0．500增大到4．000时，接触力减小了78．05％，位移...     

基于沥青混合料细观结构的劈裂试验数值模拟

为了分析非均质性对沥青混合料劈裂试验的影响,文章基于沥青混合料CT扫描图像,利用数字图像处理技术获取细观几何结构信息,结合推进波前法(Advancing Front Technique,AFT)网格剖分技术生成沥青混合料细观网格模型,进一步进行材料属性定义、边界条件约束和加载来模拟劈裂试验过程。从时间和空间角度剖析了沥青混合料细观结构的应力应变分布规律,研究结果表明:随着加载时间的增加,水平应力应变、竖向应力应变和剪切应力应变均以不同的速率逐渐增加,竖向应力应变大于水平应力应变,剪切应力应变最小;整体上,应力应变在竖向两端处最大,中心位置处次之,水平两端处最小;竖向两端处和中心位置最容易出现裂缝。     

水泥填料对沥青混凝土路用性能的影响研究

尝试采用不同的胶浆填料可以找到改善沥青混合料路用性能的方法,对水泥替代矿粉的胶浆性能采用流变学方法进行研究,并进行混合料的路用性能试验,结果表明,添加水泥作为填料可以提高胶浆的抗车辙因子,提高混合料的动稳定度,改善沥青混合料的高温性能。     

泡沫沥青冷再生混合料空隙分布特征研究

文章采用CT扫描技术和数字图像处理技术获取泡沫沥青冷再生混合料细观空隙特征,分析空隙特征沿试件高度方向的分布规律,提出基于“级配”理论的空隙尺寸分布Weibull双参数模型。结果表明：随着细集料比例增加,再生料试件内部空隙率逐渐降低,空隙数量逐渐减少。同时,Weibull分布函数模型中的“尺度参数”λ减小,“形状参数”k增大,即空隙分布更均匀。试验结果可为泡沫沥青冷再生混合料空隙演化规律研究提供一定参考。     

纤维沥青胶浆及沥青混合料路用性能研究

以SMA-10为例,通过动态剪切流变试验、简支梁弯曲蠕变试验、水稳定性试验、车辙试验以及动、静态蠕变试验、恒高度重复剪切试验和4点弯曲疲劳试验,研究了木质素纤维、矿物纤维、聚丙烯腈纤维对沥青胶浆及沥青混合料路用性能的影响。结果表明:纤维的加入可以明显改善沥青胶浆和沥青混合料的高温性能,但同时降低它们的低温抗裂性能;矿物纤维沥青混合料的冻稳定性和高温性能最好,聚丙烯腈纤维沥青混合料的疲劳性能最好;车辙试验、动态蠕变试验和恒高度重复剪切试验结果之间具有良好的相关性,能较好地反映不同纤维对沥青混合料高温性能的影响,而动态蠕变试验得出的黏弹性常数可用来预估沥青面层的车辙。     

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。     

粉胶比对橡胶沥青胶浆高温性能的影响研究

填料是影响橡胶沥青胶浆及混合料的重要影响因素,为了研究不同粉胶比对橡胶沥青胶浆高温性能的影响,文章选择石灰岩矿粉作为填料,粉胶比掺量为0.2、0.4、0.6、0.8,胶浆高温性能的评价指标选择破坏温度和零剪切黏度（ZSV）,通过DSR试验对不同胶浆进行研究。试验结果表明：随着粉胶比的增加,橡胶沥青胶浆的破坏温度和ZSV值均逐渐变大,而且增大幅度较大,橡胶沥青胶浆的高温性能得到明显的改善;利用环境扫描电镜对胶浆进行扫描,从微观上分析了橡胶沥青胶浆高温性能的改善机理。     

尺寸效应对沥青混合料抗剪性能的影响规律研究

为研究试件尺寸对沥青混合料抗剪强度性能的影响规律,采用单轴贯入试验,研究试件高度对贯入强度和贯入高度的影响规律,引入尺寸效应系数及换算公式。同步采用有限元模型,研究数值模拟状态下的试验结果。结果表明:沥青混合料具有尺寸效应,随着试件高度的减小,试件贯入深度及贯入强度均发生变化,试验实测值与模拟曲线误差在8%以内,说明数值模拟可以较好地反映出沥青混合料单轴贯入试验结果,为研究沥青混合料尺寸效应提供新的研究方法和手段。     

不同类型沥青胶浆路用性能对比

为了研究不同类型沥青胶浆对沥青混合料路用性能影响,应用沥青胶浆针入度、锥入度、网篮析出、粘附性、动态剪切、弯曲梁流变等试验方法,研究了沥青胶浆组成、温度及不同比例对沥青混合料性能影响,分析了沥青胶浆的作用机理。分析结果表明:纤维能够增大集料表面沥青膜的厚度,增强沥青胶浆的粘滞性,提高沥青胶浆的耐老化性和水稳定性,从而提高沥青路面的耐久性和抗裂性能;纤维能够减少纤维沥青胶浆针入度,提高软化点,增强沥青胶浆的弹性恢复性能。     

SBS改性沥青混合料宏观裂缝微波自愈合研究

为研究微波加热对SBS改性沥青混合料宏观断裂—愈合性能的影响,制备AC-13型沥青混合料半圆试件,采用半圆弯曲试验和微波加热对试件进行断裂—愈合—断裂试验,采用愈合前、合后加载试验的抗拉强度比值作为愈合指数HI(healing index),分析了加热时间和微波强度对试件表面温度和沥青混合料自愈合性能的影响。研究结果表明:微波加热过程主要是集料中的极性粒子吸收微波,产生热量并传递给弱极性的沥青,实现混合料整体升温;试件表面温度随加热时间、微波强度呈良好的二元线性回归关系;在一定范围内,加热时间、微波强度的增长能够促进混合料自愈合行为,这主要与该微波条件下混合料达到的温度有关,AC-13型SBS改性沥青混合料经微波强度700 W,加热100 s或微波强度560 W,加热120s后达到最佳的强度恢复率为83%～85%,试件表面温度在90-96℃之间。