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。     

SBS改性沥青疲劳特性影响因素分析

为了研究基质沥青、改性剂类型和改性剂掺量对SBS改性沥青结合料疲劳特性的影响,设计3因素5水平正交试验,采用动态剪切流变仪测试不同SBS改性沥青的疲劳因子。比较各种改性沥青在25℃时的损失剪切模量G^＊sinδ,得到以下结论：基质沥青是影响改性沥青疲劳特性最重要的因素,在试验所选择的五种基质沥青中改性SK90#沥青损失剪切模量最小;改性剂类型对沥青疲劳特性的影响次于基质沥青,使用星型改性剂的沥青疲劳因子小于使用线型改性剂的沥青;改性剂掺量对沥青疲劳特性的影响最小、整体来看随着改性剂掺量的增加,沥青损失剪切模量呈递减趋势。     

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。     

不同试验条件下桥面沥青铺装层剪切疲劳试验研究

通过斜剪试验装置对道路4种常用层间粘层结合材料进行剪切强度试验,结果表明相对于乳化沥青、改性乳化沥青及基质沥青,SBS改性沥青具有更好的层间粘附性能,宜优先选用SBS改性沥青作为层间粘结材料;为进一步探究桥面沥青铺装层间剪切疲劳性能,分别对不同温度、不同加载频率及不同应力大小下的复合试件进行疲劳测试,结果表明AC-13C和水泥砼复合试件的疲劳寿命与温度、应力大小成反比,与加载频率成正比。     

高模量沥青性能研究

选取东明AH-70#基质沥青和其他硬质组分制备高模量沥青,用法国的PRM、德国的DUROFLEX作为高模量外掺剂制备高模量沥青,掺量分别为70#基质沥青的12%、14%;将制备的3种高模量沥青和70#基质沥青、4%的SBS改性沥青进行动态模量、高温性能、低温性能和疲劳性能的对比试验。结果表明:3种高模量沥青的动态模量均满足规范要求,相对于基质沥青在3种性能上均有提升,相对于SBS改性沥青主要是高温性能得到提升,在低温性能方面,3种高模量沥青混合料应用于南方高温地区上、中和下面层或北方低温地区的中、下面层时,具有优良的低温抗裂性能,在疲劳性能方面,3种高模量沥青的疲劳寿命均小于4%SBS改性沥青。     

布敦岩沥青混合料路用性能研究

对布敦岩沥青、A-70沥青、SBS改性沥青混合料进行对比试验,研究布敦岩沥青混合料的路用性能。车辙试验、旋转加载轮辙仪试验结果表明,岩沥青可以明显提高沥青混合料的高温性能,与A-70沥青混合料相比,其动稳定度提高64%;浸水马歇尔和冻融劈裂试验结果表明,岩沥青的冻融劈裂抗拉强度比、残留马歇尔稳定度和水稳定性明显高于A-70沥青混合料,与SBS改性沥青混合料大致相当;采用Semi-Circular Bending(SCB)方法的疲劳试验结果显示,岩沥青可以大大提高混合料的疲劳寿命,其疲劳性能甚至好于SBS改性沥青混合料。     

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。     

SBS-SBR 复合改性沥青黏弹特性研究

采用物理共混方法制备SBS改性沥青、SBR改性沥青和SBS-SBR复合改性沥青,基于动态剪切流变仪(DSR)测试沥青在温度扫描模式下的复数模量和相位角,评价沥青的高温性能;采用多应力蠕变恢复试验(MSCR)测试沥青在蠕变加载过程中的应力响应特征,最后基于BBR试验评价沥青的低温性能。结果表明:在沥青中掺入SBS和SBR能够大幅提高沥青的高温抗变形能力,疲劳极限温度能够表征沥青的抗疲劳性能,沥青的粘性特征和疲劳性能具有相关性,基质沥青在高温下具有良好的疲劳特性;MSCR试验结果表明,改性沥青具有显著的弹性恢复特性,沥青的可恢复变形随着应力的增大逐渐降低;低温梁流变试验(BBR)结果显示,掺入SBS与SBR能够提高沥青在低温下的应力松弛能力和抗裂性能。     

彩色沥青的制备与流变性能分析

利用芳烃油、石油树脂和聚合物改性剂制备彩色沥青,并通过DSR动态剪切流变仪对比分析了彩色沥青、基质沥青和SBS改性沥青的流变性能,重点研究试验温度和加载频率对复数剪切模量和相位角的影响,并利用时温等效原理建立了复数剪切模量和相位角主曲线。通过Black diagrams探讨了复数剪切模量与相位角相互关系。     

温拌剂及沥青类型对混合料动态模量的影响研究

通过不同温度及加载频率下的动态模量试验,研究分别掺入RH型、Evo型温拌剂的基质沥青及SBS改性沥青拌和形成的混合料的动态力学性能。同时根据时温等效原理,确定参考温度下的位移因子,通过Sigmoial函数拟合了温拌基质沥青混合料、温拌SBS改性沥青混合料的动态模量主曲线。结果表明：(1)不同温度及加载频率下,温拌SBS改性沥青混合料动态模量及相位角的分布较温拌基质沥青混合料集中,即温拌SBS改性沥青混合料性能较稳定;(2)由50℃车辙因子、0.01 Hz时参考温度为20℃的动态模量主曲线可知：掺入温拌剂,基质沥青混合料高温性能提高,SBS改性沥青混合料高温性能下降;(3)综合考虑环境保护、力学性能,推荐基质沥青混合料中使用RH型温拌剂,SBS改性沥青混合料中使用Evo型温拌剂。     

DCLR改性沥青的流变力学性质

为研究煤直接液化残渣（DCLR）改性沥青的流变力学性质并评价其改性效果,采用动态剪切流变仪对90^#基质沥青（改性前）和DCLR改性沥青（改性后）进行温度频率扫描试验、多重应力蠕变恢复（MSCR）试验和不同应力水平下的时间扫描试验,分别评价其强度、抵抗永久变形的能力和抵抗疲劳开裂的能力。结果表明：DCLR改性沥青在低频范围（10^-3～10³ rad·s^-1）内的动态剪切模量大于90^#基质沥青,在高频范围（10³～10⁶ rad·s^-1）内的动态剪切模量略小于90^#基质沥青,整体上DCLR改性沥青的强度高于90^#基质沥青,且在同一频率范围内其动态剪切模量变化幅度变小,说明改性后其温度敏感性降低;通过对比DCLR改性沥青和90^#基质沥青在不同温度下的未恢复蠕变柔量和恢复率,发现同一温度下DCLR改性沥青的未恢复蠕变柔量均低于90^#基质沥青,恢复率均高于90^#基质沥青,说明DCLR改性沥青抵抗永久变形的能力和变形恢复的能力相较于90^#基质沥青有显著提高;通过对比分析这2种沥青在不同应力水平下的疲劳寿命,发现DCLR改性沥青的疲劳寿命显著高于90^#基质沥青,证明其抵抗疲劳开裂的能力相较于90^#基质沥青更好,这2种沥青的疲劳寿命随应力水平的变化规律均能采用幂函数进行拟合,且拟合效果良好。     

基于流变的复合增强剂改性沥青高低温性能影响

为改善沥青的高温性能,充分发挥各材料特性,按比例复掺两种改性剂(热塑性高聚物、木质纤维素),得到一种复合增强剂用于沥青的双掺改性,通过动态剪切流变试验(DSR)对复合增强剂改性沥青高温稳定性进行评价,基于时温等效原理构建复数模量主曲线观察沥青黏弹转化规律;并采用弯曲流变梁试验(BBR)评价复合增强剂的低温改性效果。试验结果表明,复合增强剂改性沥青的感温性优于SBS改性沥青(SBS含量为5%)和基质沥青;且可以显著改善沥青的高温性能,改善效果随着复合增强剂掺量的增加而提高,但随温度上升而减弱;掺加复合增强剂后,疲劳因子G*·sinδ相较于基质沥青降低,表现出较差的抗疲劳性;观察沥青蠕变劲度s和蠕变速率m的变化情况,发现复合增强剂低温改性效果欠佳。     

高粘改性沥青紫外冷凝老化试验研究

为分析HVA高粘改性沥青抗紫外老化性能,对不同HVA掺量下的70#基质沥青和SBS沥青进行了不同历时的紫外冷凝老化试验。分析了70#基质沥青和SBS改性沥青两种材料经过高粘改性后的基本指标。研究结果表明:掺加HVA高粘剂能够显著提升沥青材料的基础性能。当HVA掺量8%以上时,两种沥青的抗紫外冷凝老化性能达到最好并趋于稳定;掺加HVA高粘剂的70#基质沥青优于掺加HVA高粘剂的SBS沥青,其中未掺加任何改性剂的70#基质沥青性能最差;从抗紫外老化性能变化来看,SBS沥青适宜的HVA掺量为8%,而70#基质沥青适宜的HVA掺量为8%～14%之间。     

用真实应力比表征的老化沥青混合料疲劳性能

为了弥补现行沥青路面设计规范在利用传统疲劳方程进行疲劳设计时的不足,通过对沥青混合料进行不同程度的长期老化试验模拟了路面实际的老化程度。通过不同加载速率下的沥青混合料强度试验,揭示了强度随加载速率的变化规律。基于不同加载速率下的强度值,得到了与疲劳加载速率对应的疲劳真实应力比,建立了基于名义应力比和真实应力比的沥青混合料疲劳方程。基于名义应力比的疲劳方程曲线后延后与横坐标的交点远比1大,不具有后延性,而基于真实应力比的疲劳方程曲线可以后延到疲劳寿命为1的强度破坏点,统一了强度破坏与疲劳破坏的内在联系。建立了基于真实应力比的老化沥青混合料疲劳方程,疲劳方程曲线均通过(1,1)点。研究结果可为沥青路面设计时考虑老化效应的影响和抗拉强度结构系数的正确计算提供理论方法和依据。     

温度与频率对沥青胶结料疲劳行为影响研究

通过动态剪切流变仪(DSR)研究了基质沥青胶结料在应变控制模式下的疲劳行为,采用单因素分析方法,研究了温度、加载频率及加载次数对基质沥青胶结料复数模量比的影响,并从分子尺度上探讨其变化规律,建议将不同温度和频率下的复数模量比-加载次数的拟合方程作为沥青胶结料疲劳行为的评价方法。     

高温条件下SBS改性沥青重复蠕变恢复试验研究

应用重复蠕变恢复试验,改变加载次数、温度、应力水平等试验条件,分析比较了基质沥青和3种SBS改性沥青在高温条件下的黏弹性能变化规律。结果表明：随着温度的升高,沥青蠕变劲度的黏性成分Gv明显减小;在有限样本条件下,沥青低应力水平的Gv值与同温度SHRP指标G＊/sinδ具有很好的相关性;SBS改性沥青的线黏弹范围小于基质沥青;SBS改性沥青在线性和非线性区域的高温性能存在差异,只有根据实际路面的受力特点选择合适的指标才能得到准确的评价结果。     

温拌橡胶沥青混合料双面剪切疲劳试验研究

通过采用Abaqus有限元软件,建立力学分析模型,模拟沥青混合料小梁试件在双面剪切破坏过程中的受力状态。通过对沥青混合料小梁试件数值模拟,分析沥青混合料小梁试件在双面剪切受力状态下其内部的应力应变分布规律。并根据模型选择应力加载方式控制试验参数,采用自制双面剪切试验夹具,利用应力控制的方式进行双面剪切试验,研究沥青混合料的疲劳性能。通过双面剪切疲劳性能试验得到温拌橡胶沥青、橡胶沥青和SBS改性沥青的疲劳性能,分析温拌剂和橡胶粉对沥青混合料疲劳寿命的影响。     

适用高寒高海拔地区沥青混合料路用性能

为提升沥青混合料在高寒高海拔地区路用性能,用橡胶粉与SBS制备两种改性沥青混合料,与基质沥青混合料进行弯曲破坏试验、冻融劈裂与浸水马歇尔试验、应力控制疲劳试验、车辙试验,测试混合料的低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、高温稳定性。结果表明,相比基质沥青混合料,改性沥青混合料的路用性能均有良好改善。其中:橡胶粉改性沥青混合料的最大弯拉应变提升55.8%,劲度模量降低9.6%,低温抗裂性更优;SBS改性沥青混合料的残留强度比与残留稳定度下降2%,水稳定性更优,同时根据疲劳试验结果,证明其具有更长的疲劳寿命;根据动稳定度值的分析,两种改性沥青混合料的高温性能均有明显改善。高寒高海拔地区主要考虑低温抗裂性与水稳定性,相应可优选橡胶粉改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料,可根据实际需要选择适用类型。     

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...