沥青混合料蠕变柔量转换松弛模量的新方法

为了精确、简便地在广泛时间域内获得沥青混合料的松弛模量,提出了一种利用蠕变柔量转换求解松弛模量的新方法。该方法的主要实现过程为:(1)利用沥青混合料单轴压缩蠕变试验的测量结果获取蠕变柔量;(2)根据松弛模量和蠕变柔量在频率域内的关系,即复数模量和复数柔量互为倒数,得到了松弛模量Prony级数表达式中的黏弹性参数;(3)根据确定的黏弹参数确定松弛模量。针对两种沥青混合料在5个不同温度下的单轴压缩蠕变试验测量结果,利用该方法将蠕变柔量转换得到松弛模量,并根据松弛模量和蠕变柔量在时间域内的关系验证了松弛模量求解的准确性,然后根据时温等效原理绘制了两种类型沥青混合料松弛模量的主曲线。计算结果表明:基于单轴压缩蠕变试验的测量数据,可采用提出的新方法准确计算出沥青混合料在不同温度下的松弛模量,控制误差绝对值在1.4%以内;根据在不同温度下计算得到的松弛模量,绘制松弛模量主曲线可表征更广时间和温度范围内的沥青混合料松弛性质,从而更加全面地描述沥青混合料的黏弹性性质,为沥青混合料的黏弹性分析提供了有效的方法。     

PAN纤维对排水性沥青混凝土抗车辙性能的影响

为提高排水性沥青路面抗变形性能,利用高性能纤维-聚丙烯晴纤维(PAN)对多孔沥青混合料进行路用改性。通过构建的纤维增效沥青混凝土的黏弹性模型,推导出材料力学分析模型的本构关系及其松弛模量、蠕变柔量的理论表达式。利用车辙试验,获取各个温度下多孔沥青混合料本构模型的基本参数,并将该预测模型推广到有限元仿真分析。纤维掺入比、长径比和材料的弹性模量对沥青混凝土抗形变的能力研究表明:PAN纤维掺入量、比半径对排水性沥青混凝土的蠕变柔量和松弛模量增效作用较大,而纤维弹性模量的增效作用较小。在试验范围,多孔沥青混凝土(OGFC-13)的聚丙烯晴纤维(PAN)最佳掺入比、长径比分别为0.3%～0.4%、900。因此,施工中纤维的和易性与分散性不足,是制约纤维对大孔隙沥青混凝土路用性能增强的主要因素。     

环氧沥青混凝土钢桥面铺装层温度应力研究

环氧沥青混凝土是采用热固性环氧树脂改性的沥青混凝土，由于其低温松弛模量较大，导致温度收缩应力较大。采用固化后的环氧沥青混凝土小梁，在MTS810材料试验机上进行弯曲蠕变试验，利用数值计算将蠕变柔量转换为松弛模量，运用Boltzmann叠加原理分析环氧沥青混凝土钢桥面铺装层的温度应力。研究表明考虑钢板收缩的温度应力比不考虑钢板收缩的降低许多，且均小于其低温下抗拉强度。     

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。     

老化沥青混合料的松弛模量模型

通过对沥青混合料AC-13C进行5种不同程度老化,然后再进行-5℃条件下的应力松弛试验,研究老化对其应力松弛性能的影响并建立耦合老化程度因子的松弛模量模型。对比不同老化程度沥青混合料的松弛模量曲线,发现老化程度与松弛时间之间存在一定的等效性;基于材料黏度的自由体积理论,通过假设沥青混合料的自由体积分数与老化程度间呈线性关系,研究并建立了沥青混合料的老化程度-松弛时间等效移位因子;对松弛模量主曲线分别采用Burgers模型和不同单元数目的广义Maxwell模型进行非线性拟合,表明广义Maxwell模型在表征松弛模量变化时优于Burgers模型,且单元数越多,拟合精度越高,考虑到拟合精度和参数数目,推荐采用六单元广义Maxwell模型,并建立耦合老化程度因子的松弛模量模型。     

高速公路沥青面层混合料开裂性能指标试验研究

文章通过低温间接拉伸蠕变试验和路面抗裂性能(OT)试验对通车年限相同、地理环境相近但不同沥青面层结构的高速公路沥青面层混合料芯样进行了不同角度的试验分析研究,得出了相对应的试验性能指标。结果证明,蠕变柔量和开裂损失率指标可有效预测和评价沥青面层混合料开裂现象,即在相同试验温度条件下,SMA-13级配沥青混合料蠕变柔量大于AC-16和AC-20级配沥青混合料蠕变柔量,且AC类沥青混合料的低温蠕变柔量变化快于SMA类沥青混合料,而抗开裂性能指标中AC-16与AC-20级配沥青混合料相近,SMA-13级配沥青混合料抗开裂性能损失程度最小,因此加铺SMA结构的沥青混合料面层结构适应变形的能力强,沥青路面不易开裂。     

沥青与沥青混合料的劲度模量

沥青及沥青混合料都是粘弹性材料,它的力学特性常用劲度模量表示。本文叙述了劲度模量的概念与特点,求取沥青与沥青混合料劲度模量的方法。可以用粘度法、诺模图法、PVN法求取沥青劲度模量,但多蜡沥青的软化点与针入度指数应予修正。沥青混合料的劲度模量可由弯曲、劈裂、蠕变、应力松弛等静载试验、动载试验、马歇尔试验、轮辙试验等各种实验方法求得,也可由沥青劲度模量及混合料中矿料所占体积的百分率通过计算或诺模图求取。     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

沥青混合料的应力松弛性能试验方法研究

试验采用约束试件温度应力试验仪(TSRST)进行应力松弛试验，通过试验方法测得在不同温度下瞬时弹性模量，得到沥青混合料的松弛模量G(t)。由松弛试验中应力随时间变化的数据，绘制不同温度下的应力松弛曲线，其结果较好地模拟了沥青混合料的粘弹性性质。通过松弛试验结果表明Burgers模型只适合于描述短期，不适合于描述长时间下的松弛行为。     

沥青混合料的应力松弛性能研究

通过采用约束试件温度应力试验仪 (TSRST)进行应力松弛试验 ,测得在不同温度下瞬时弹性模量 ,得到沥青混合料的松弛模量G(t) ;由松弛试验中应力随时间变化的数据 ,绘制不同温度下的应力松弛曲线 ,其结果较好地模拟了沥青混合料的粘弹性性质 ;试验结果表明 ,Burgers模型只适合于描述短期松驰的特性 ,不适合于描述长时间下的松弛行为。     

高模量沥青混合料的试验研究

从高模量沥青混合料的材料组成及配合比设计出发,通过与基质沥青混合料和几种改性沥青混合料路用性能的对比,利用试验方法分析了高模量沥青混合料材料的高温稳定性、低温抗裂性以及不同温度和加载频率下的动态模量。试验表明,采用高模量沥青混合料在保证沥青混合料路面低温性能不降低的前提下可以有效提高沥青混凝土路面的高温稳定性;同时,根据对动态模量试验数据的分析,得出提高沥青混合料弹性模量可以有效减缓高速公路沥青混凝土路面车辙产生的结论。     

基于黏弹性理论的沥青混合料劈裂疲劳模型研究

依据黏弹性理论，对沥青混合料的疲劳预测模型进行推导，从动态加载的角度建立劈裂疲劳预测模型并通过蠕变试验和重复加载试验确定模型参数（蠕变柔量、m值、松驰模量以及拟应变），并以实测劈裂疲劳试验对模型进行验证。     

沥青混合料动态模量预测方法研究

首先,采用3层复合微观模型与GSCS微观模型,推导出沥青胶浆动态模量与沥青混合料动态模量之间的换算公式。其次,选取8种沥青并拌制沥青混合料,通过试验分别测定沥青胶浆及沥青混合料的动态模量,对推导出的换算公式进行验证。结果表明:利用修正的GSCS微观模型和3层复合微观力学模型,可根据沥青胶浆的动态模量准确预测沥青混合料的动态弹性模量和动态剪切模量,具有一定的实用价值。     

沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为

采用基于连续破坏力学和功势原理的模型对沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为进行研究.该模型中利用虚应变来描述沥青混合料的时间依赖性,利用破坏参数和虚劲度模量的关系描述沥青混合料的破坏特性.通过不同条件下的复数模量试验确定了沥青混合料的线黏弹性力学参数,进行了不同条件下的恒应变率压缩试验来确定沥青混合料的破坏特性.确定了破坏参数、应力的勒贝格范数和虚劲度模量之间的关系,进而用线性分段法计算了沥青混合料的黏弹性应变.利用该模型对不同条件下的恒应变率压缩试验结果进行了分析.结果表明:预测值和实测值吻合良好.     

高粘弹沥青砂的粘弹性模型参数研究

该文通过蠕变试验和数值模拟相结合的方法标定高粘弹沥青砂的粘弹性参数。通过小梁弯曲蠕变试验研究高粘弹沥青砂的高低温弯曲蠕变性能,得到沥青砂的蠕变柔量曲线,采用移位因子得到松弛模量主曲线,进而对试验结果进行非线性拟合得到广义Maxwell模型的粘弹性参数。采用粘弹性有限元方法对沥青砂小梁弯曲试验进行数值模拟,得到温度影响下跨中挠度和梁底弯拉应变随时间的变化曲线,并与试验曲线进行了对比。数值分析表明:沥青砂蠕变前两个阶段和试验的数据相关性较高。     

沥青混合料动态模量及其变化规律研究

作为一种黏弹性材料,沥青混合料力学响应特征随环境的变化而变化。为了对沥青路面响应进行力学分析,需要对其变化规律进行研究。该文以AC-16沥青混合料的动态模量室内试验数据为基础,对沥青混合料动态模量随荷载频率及试验温度的变化规律进行研究,利用Sigmoidal模型及时温等效原理拟合得到AC-16沥青混合料的动态模量主曲线和位移因子,利用WLF方程得到位移因子随试验温度变化规律的数学模型,最后给出该种沥青混合料动态模量关于试验温度和荷载频率的变化规律,以更好地模拟沥青混合料在不同的温度下随汽车速度变化,其力学响应的变化规律。     

PR.P高模量沥青混合料的动态模量及疲劳性能研究

针对硬质沥青、岩沥青、湖沥青、PR.P共4种高模量沥青与基质沥青和SBS改性沥青进行动态模量研究。沥青混合料动态模量随加载速度增加、试验温度降低而提高,PR.P改性沥青混合料20℃时的动态模量最低,随着温度的升高,动态模量的优势逐渐体现,达到60℃时PR.P的动态模量显著高于其他混合料。由于考虑常温下沥青混合料较易发生疲劳破坏,而PR.P改性沥青混合料常温下模量较低,利用四点弯曲疲劳,采用归一化劲度次数积最大值所对应的疲劳寿命进行分析,确定PR.P改性沥青混合料疲劳寿命具有一定优势。     

高黏沥青砂的松弛特性研究

以温度、加载速率、初始应变为影响因素,通过单轴拉伸松弛试验对高黏沥青砂的松弛特性进行研究。首先,将高黏弹性沥青砂切割成工字形试件。然后,在单轴拉伸强度试验过程中发现采用预切缝工字形试件能充分表达沥青混合料抗拉伸性能并确定了松弛试验的初始应变值。试验表明:在不同温度下高黏沥青砂呈现明显且相似的松弛特性,其松弛模量与加载速率成正相关;随着初始应变值的增加松弛模量呈先增后减的趋势,这是因为高黏沥青砂也从线弹性变形到弹塑性变形甚至出现损伤,而且随着初始应变值增大损伤程度也同样增长并发育成为裂纹;高黏沥青砂的松弛特性随温度变化响应迅捷,当温度偏低时有可能导致破坏过程提前;利用六单元广义Maxwell模型可以很好地刻画其松弛特性,为今后高黏沥青砂损伤模型的探究提供基础。     

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。     

三维应力状态下沥青混合料动态模量归一化

沥青混合料的动态模量是路面力学响应分析和结构设计的重要参数之一。为客观表征不同应力状态、试验温度及加载频率等试验条件对沥青混合料动态模量的影响规律，建立复杂服役条件下沥青混合料的动态模量预估模型，揭示沥青混合料动态模量的服役状态相关性。首先开展了不同温度、不同加载速率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸强度试验，揭示了不同温度下沥青混合料强度随加载速率的幂函数变化规律，为模量试验应力比的确定提供了依据。进而据此开展了不同温度与不同加载频率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸动态模量试验，提出了以等效应力比表征三维应力状态下模量试验应力比的沥青混合料动态模量分析方法，并基于时-温等效原理，采用Sigmoidal函数，建立了基于三维应力状态下等效应力比的动态模量归一化预估模型，实现了不同试验方法下沥青混合料动态模量的统一表征。研究结果表明：不同试验温度与应力状态下沥青混合料的强度均随加载速率的增大而增大，基于等效应力比表征的三维应力状态下模量试验应力比可实现不同试验条件下沥青混合料动态模量的统一表征，避免了路面结构设计时人为选取材料模量设计参数导致的设计结果不确定性。研究可为提...