三轴重复荷载作用下沥青混凝土永久变形性能研究

利用CRT NU-14气动伺服材料试验仪对AC-13、AC-16及AC-20等3种沥青混凝土材料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究不同试验温度和不同应力水平下沥青混合料永久变形变化规律;在流变学理论基础上推导了基于修正Burgers模型的重复间歇荷载作用下沥青混合料力学模型,并通过数据非线性拟合建立了不同温度条件下的材料永久变形与荷载作用次数以及温度的预估公式。研究结果表明：三轴重复荷载试验环境中,材料永久变形呈现明显三阶段变化规律;偏应力水平及温度升高均会导致材料变形发展速率的增大;高温短时间与低温长时间的永久变形等效性证明了三轴动态重复加载试验作为评价沥青混合料高温流动变形特性的试验方法是合适的;＂永久变形-作用次数-应力＂三维曲面具有较好的精度,能直观全面反映沥青混凝土材料高温变形特性。     

沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

排水沥青混合料永久变形性能试验研究

采用单轴重复加载蠕变试验研究不同温度和不同应力条件下PA-13排水沥青混合料永久变形性能,给出了采用不同集料类型的PA-13排水沥青混合料永久变形曲线,分析了不同试验条件下材料永久变形及蠕变率曲线的特征参数变化规律,以此对排水沥青混合料高温稳定性进行评价。研究结果表明:不同集料的排水沥青混合料永久变形曲线呈现两阶段变化规律,迅速破坏的第三阶段只在高温高应力水平下才较为明显;随着温度及应力水平变化,永久变形曲线斜率b和蠕变率曲线截距a的变化规律能够表征材料高温性能,两个指标具有较好的区分度;采用石灰岩集料的排水沥青混合料由于较好的级配使其初始高温性能较好,但对于温度和应力水平影响的敏感性更大。     

应力施加顺序对AC-13沥青混合料永久变形的影响研究

在30、40、50℃下利用CRT-NU14气动伺服沥青材料试验机对AC-13沥青混合料进行0.4、0.7、1.0MPa 3种应力不同施加顺序组合下的三轴重复荷载试验,并对最大永久变形量对应的应力施加顺序下的试验数据进行线性拟合,研究应力施加顺序对沥青混合料永久变形性能的影响。结果表明,AC-13沥青混合料在0.4 MPa→0.7 MPa→1.0 MPa应力作用下产生的永久变形量最大;试验温度下,AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着荷载的增大而降低;荷载一定时,试验温度区间内AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着温度的升高而降低。     

基于多级加载蠕变试验的沥青混合料变形特性研究

沥青路面的永久变形是路面结构层在荷载作用下塑性变形的积累.采用旋转压实仪GC减小沥青混合料试件制作过程中的变异性,在此基础上以MTS810型液压伺服务系统分五级进行单轴压缩蠕变试验,研究重复荷载作用下沥青混合料的变形特性.从能量的角度分析了沥青混合料的永久变形内在机理,探讨了受压状态下耗散能与混合料不可恢复变形间的联系,分析了室温下荷载作用时间对沥青混合料应力与应变关系的影响.     

基于Aspha-min的温拌沥青混合料永久变形预估模型分析

为了揭示添加Aspha-min的温拌沥青混合料永久变形规律,通过等粘度原则以及空隙率作为阈值标准确定了添加Aspha-min的温拌沥青混合料的温拌剂添加量以及成型温度,并对AC-13温拌沥青混合料在不同温度、不同偏应力、不同作用次数下进行三轴重复荷载试验,利用修正后的Burgers模型对数据进行插值、拟合,研究得到温拌AC-13混合料永久变形预估模型以及温拌AC-13沥青混合料预估三维曲面。     

重复荷载下沥青混合料变形的数值模拟

采用加载0.1 s、卸载0.9 s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,利用线性Drucker-Prager蠕变模型对重复荷载下AC-13C基质、改性沥青混合料的变形进行黏弹塑性数值模拟,预测得到的变形与实测变形相比非常一致。沥青混合料的蠕变应变随着时间的增长而增大,初期增长率大而后期增长率小。在沥青混合料未屈服时,蠕变应变就是沥青混合料的永久应变;当沥青混合料发生屈服,产生了不随时间变化的塑性应变,此时蠕变应变加上塑性应变即为沥青混合料的永久应变。结果表明线性Drucker-Prager蠕变模型可以预测重复荷载作用下沥青混合料的变形,可用于移动荷载下沥青混凝土路面结构的力学响应分析。     

沥青混合料高温性能试验方法

基于局部加载的思想设计了一种新的试验方法(局部三轴试验)来正确模拟路面实际状态,并获得准确的沥青混合料永久变形计算参数。通过ABAQUS有限元计算出试件、压头和底座的合理尺寸;利用该试验方法和常规三轴试验对AC20和SMA13沥青混合料进行了重复荷载蠕变试验,基于不同试验结果回归的参数对车辙试验建模计算,并与实测车辙对比分析。结果发现,局部三轴和传统三轴试验结果的规律性一致,流动次数FN均随温度和应力的增大而减小,且沥青混合料在高温或重载下均表现出较大的变形速率。但与车辙试验实测车辙量及永久变形率相比,由传统三轴试验所得参数计算出的结果偏小,而局部三轴试验所得参数计算出的车辙量及永久变形率与实测值较为一致;且从试验设备要求、试件制备过程和试验操作等方面分析,局部三轴试验更加简单易行。     

不同应力施加顺序下沥青混凝土永久变形研究

在30℃、40℃、50℃下利用CRT-NU14气动伺服沥青材料试验仪对AC-13沥青混凝土进行0.4MPa、0.7MPa、1.0MPa等3种应力水平不同施加顺序组合下的三轴重复加载蠕变试验,研究了应力施加顺序对沥青混合料永久变形影响,分析了不同应力施加顺序条件下材料永久变形叠加预估过程。结果表明:AC-13沥青混凝土材料在由小至大的荷载作用(0.4MPa-0.7MPa-1.0MPa)过程下永久变形值最大,应力逐级增大且无间歇时间的加载过程使得材料没有表现出足够的弹性恢复特性,其最终的永久变形可视为3个应力加载阶段变形的累加;室内三轴蠕变试验宜考虑采取由小到大的应力加载顺序,以得到最为稳定的试验数据。     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。     

SBS改性沥青混合料蠕变性能试验研究

车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形。基于此,对基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行了不同温度及荷载水平下的单轴静载蠕变试验,分析了温度和荷载水平对沥青混合料蠕变特性的影响,并应用Burgers模型对试验进行了模拟。该试验结论指出,Burgers模型可较好地模拟蠕变试验的蠕变柔量曲线,并使用粘弹性理论分析了SBS改性沥青混合料具有较好热稳定性的原因。     

沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验研究

采用半正矢波间歇荷载,进行了4种不同沥青混合料的三轴重复加载永久变形试验.以流动数为评价指标,研究混合料性质(级配组成、沥青用量和空隙率)、试验温度和应力水平对混合料高温性能的影响,对永久应变与荷我作用次数的关系进行非线性回归分析,提出了能够全面反映重复荷载下沥青混合料的永久变形特性的模型.结果表明:AC16流动数最高,AC13C次之,而AC20和AC13F流动数相对较小;沥青用量增加0.5%,流动数下降20%～30%;空隙率从4%增加到7%,流动数下降50%左右,应力水平越大,温度越高,流动数越小,而降低幅度也减小;在极端高温和重载下,不同沥青混合料的流动数较小,其变化幅度不大,不足以明显区分混合料的高温性能.     

沥青混合料小梁蠕变试验与数值分析

蠕变性能是评价沥青混合料的重要指标之一。利用三分点小梁弯曲试验对沥青混合料的蠕变性能进行研究,探讨加载水平对蠕变曲线的影响。通过对试验蠕变曲线的拟合,获取沥青混合料的粘弹性参数,利用有限元方法对沥青混合料小梁的弯曲蠕变试验进行数值模拟,得出不同温度及不同荷载条件下沥青混合料小梁蠕变规律,并与试验结果进行比较。研究表明,同一温度下,随着应力水平的增大,永久变形会随之增大,且稳定期应变发展速率也会增大;粘弹性数值分析结果与试验结果吻合良好,可以反映沥青混合料蠕变前2个阶段的变形特征。     

沥青混合料疲劳-蠕变交互作用损伤模型

为了研究沥青混合料在重复荷载作用下的疲劳特性并描述疲劳-蠕变损伤效应共同作用的过程,考虑沥青混合料具有的动态性质,从粘弹性损伤力学基本理论出发,基于应变等效假设,采用复数模量定义了损伤变量。通过分析沥青混合料在周期荷载作用下的损伤变化规律,运用疲劳-蠕变耦合损伤理论,建立了疲劳-蠕变损伤效应共同作用时的损伤演化方程,提出了体现温度及应力影响的损伤模型和疲劳寿命预测模型,并对损伤模型进行了分析。研究结果表明:构建的损伤模型满足热力学准则和物理条件;沥青混合料疲劳失效是由疲劳-蠕变损伤效应共同影响所致;利用提出的疲劳模型可以更好地预测不同温度和应力条件下的沥青混合料疲劳寿命。     

聚合物改性沥青混合料抗永久变形性能研究

为探究聚合物改性沥青混合料的抗永久变形性能,本研究设置了普通沥青混合料对照组(CG)、SBS改性沥青混合料、SEBS改性沥青混合料和EVA改性沥青混合料。先通过目前国内常用的室内车辙试验对比了上述沥青混合料的高温稳定性能,再利用重复加载蠕变试验对上述沥青混合料在5℃、25℃和40℃下的抗永久变形性能进行了对比分析。高温车辙试验与25℃下的重复加载蠕变试验结果均表明,添加聚合物改性剂后,沥青混合料的抗永久变形性能均有较大提高;而5℃与40℃下的重复加载蠕变试验结果与车辙试验结果没有太大的相关性,试验结果所表现出来的沥青混合料抗永久变形的性能差异有待进一步研究;此外,SEBS相较于其他聚合物改性剂能更好地提升沥青混合料的抗永久变形性能。     

温拌沥青混合料粘弹特性研究

温拌沥青混合料是通过一定的技术措施,降低沥青的粘度,从而沥青混合料可在相对较低的温度下进行拌和施工,其粘弹特性与普通沥青混合料有显著差异,本文从粘弹性理论的角度对温拌沥青混合料高温蠕变这种力学变形行为作进一步研究。采用温拌沥青混合料轮碾成型的板块切割成尺寸为40mm×40mm×80mm的棱柱体试件,在MTS810材料试验机上进行高温压缩蠕变试验,试验荷载分别采用0.1MPa和0.2MPa,试验温度为30℃、40℃和50℃。高温压缩蠕变试验表明,温拌沥青混合料的蠕变柔量较高,随着应力水平的增加,蠕变应变速率增长缓慢,具有更好的抗高温变形性能,即温拌沥青混合料拥有良好的抗车辙性能。     

再生沥青混合料路用性能研究

针对AC-25型再生沥青混合料和新拌沥青混合料,通过劈裂强度试验、间接拉伸试验和三轴重复荷载试验对比分析了掺加30%旧料的再生沥青混合料与新拌沥青混合料的路用性能。研究结果表明:在相同温度时,再生沥青混合料的劈裂强度和劲度模量均比新拌沥青混合料要大,水平变形略低。依据间接拉伸疲劳试验,新拌AC-25型沥青混合料的疲劳性能要优于再生AC-25型沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料的应力疲劳方程和应变疲劳方程,其拟合相关系数之平方均大于0.91,相关性较好。在温度60℃、相同应力水平下,再生AC-25沥青混合料的永久应变小于新拌AC-25型沥青混合料,再生沥青混合料的抗永久变形性能优于新拌沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料在重复荷载作用下的黏弹性力学模型,相关系数达0.99。     

高温重载下沥青混合料变形特性三轴重复荷载蠕变试验研究

为评价高温和重载对沥青混合料变形特性的影响,对AC-20级配的沥青混合料进行三轴重复荷载蠕变试验研究。结果表明:沥青混合料的变形随温度或应力水平的增大而迅速增大,且高温和重载同时作用会相互促进变形的发展;指标流变次数FN和斜率b均可以较好地反映沥青混合料的高温性能,但是对于高温重载同时作用情况,斜率b或许更合适;指标截距a和永久应变pε不适于评价沥青混合料的高温性能。     

基于APA的三种沥青混合料水稳性试验研究

采用马歇尔设计方法设计了SMA-13、SAC-13和AC-13 3种沥青混合料;用马歇尔击实成型了4%、7%、10%和13%4种空隙率的3种混合料试件,并用APA进行了浸水车辙试验;利用浸水车辙试验的动稳定度和8 000次永久变形指标分析了3种混合料不同空隙率下的水稳定性,并建立了空隙率与8 000次永久变形之间的回归方程。