热再生沥青混合料疲劳特性试验研究

为研究热再生沥青混合料的疲劳特性,基于四点弯曲试验分析了旧沥青混合料(RAP)掺量、应变水平、加载频率等因素对热再生沥青混合料疲劳寿命的影响规律,并与APA疲劳试验结果进行了比较验证。结果表明:四点弯曲试验与APA试验结果具有一致性,随着RAP掺量增加,混合料疲劳寿命不断降低,当RAP掺量大于30%时,降低幅度尤为明显;热再生沥青混合料疲劳寿命与施加应变值满足幂函数疲劳方程,RAP掺量越高试件疲劳寿命对荷载水平变化越敏感;试验中提高加载频率,试件的疲劳寿命随之增加,且在低应变水平下,加载频率变化引起试件的疲劳寿命差异更大。     

温拌再生沥青混合料耐久性能室内试验研究

作为公路翻修维护的一项新技术,集成温拌技术与热拌再生技术优点的温拌再生技术越来越受到重视,在验证热再生沥青混合料和添加两种温拌剂的温再生沥青混合料配合比设计合理的基础上,分别采用冻融循环劈裂试验、老化试验以及疲劳试验对3种再生沥青混合料的水稳定性能、低温抗裂性能以及疲劳寿命等耐久性能进行系统研究,研究结果表明:相对于热再生沥青混合料而言,添加两种温拌剂的温再生沥青混合料的动稳定度降低,最大弯曲拉应变、抗拉强度比和残留稳定度均得到不同程度的提升;温再生沥青混合料的抗老化性能和抗疲劳性能均好于热再生沥青混合料,且添加DAT温拌剂的沥青混合料抗老化、抗疲劳性能优于添加S-I温拌剂的沥青混合料;三种再生沥青混合料的疲劳寿命试验值采用线性疲劳方程拟合效果较好。研究成果可以为温拌再生沥青混合料的应用提供指导和借鉴。     

回收料掺量对温拌再生SMA沥青混合料性能的影响

为了优化出最佳的回收沥青路面材料(RAP)掺量(质量分数),通过室内试验研究了RAP掺量对Sasobit、Evotherm、Aspha-min三种温拌再生SMA沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及疲劳耐久性的影响,并将其与普通SMA和热再生SMA沥青混凝土进行了对比。结果表明:基于表面活性剂的温拌技术可使热再生混合料的出料温度降低20~30℃,采用温拌技术可将RAP掺量提高到50%;3种温拌再生SMA沥青混合料的高温稳定性随RAP掺量的增加先升后降,且在RAP掺量为30%~40%时出现峰值,水稳定性、低温抗裂均随RAP掺量的增加而逐渐降低,增大RAP掺量对温再生沥青混合料低应变水平下的疲劳寿命影响不大,但会大幅度降低高应变水平下的疲劳寿命;温拌再生沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性较热拌再生沥青混合料差,高温稳定性和低应变水平下的疲劳性能优于热拌再生沥青混合料;在相同RAP掺量情况下,Evotherm温拌再生沥青混合料的综合路用性能最优,RAP掺量小于40%时温再生SMA混合料的各项路用性能均满足现行施工规范的要求,推荐用于温拌再生SMA混合料的最大RAP掺量为40%,工程实践中可根据道路所在气候分区特点综合考虑RAP掺量。     

沥青路面热再生混合料疲劳性能研究

采用三分点加载疲劳试验研究了100、200、250、300共4个应变水平、30%、40%,50%共3种RAP掺量下沥青路面热再生混合料的抗疲劳性能,揭示了热再生混合料的疲劳变化规律,同时建立了疲劳方程。研究结果表明随着RAP掺量的增加热再生混合料的疲劳寿命提高,同时热再生混合料的疲劳寿命对应变水平的变化敏感程度增加。考虑到我国的气候分区和不同掺量热再生混合料路用性能的变化规律,本文建议热再生混合料最大RAP掺量的选择应考虑道路所在的气候分区。     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80％、100％的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构.结果 表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能.推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με.在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求.     

橡胶粉改性沥青混合料疲劳性能研究

基于三分点加载试验研究了橡胶粉掺量、橡胶沥青用量、橡胶粉细度以及混合料级配类型对橡胶沥青混合料的疲劳性能的影响,并采用灰色理论分析了这四种影响因素对橡胶沥青混合料的疲劳性能影响的显著性。研究结果表明,随着橡胶粉掺量增加,各应力水平下的橡胶沥青混合料疲劳寿命均呈先增大后减小的变化趋势;增大橡胶沥青用量可以增加橡胶沥青混合料低应变水平下的疲劳寿命,但也会增大橡胶沥青混合料对应变变化的敏感程度;随着橡胶粉颗粒粒径的减小,橡胶沥青混合料的疲劳寿命提高;采用骨架密实结构更有利于提高橡胶沥青混合料的抗疲劳性能;橡胶粉掺量与橡胶沥青混合料疲劳性能的关联度最大。     

冷再生混合料疲劳性能研究

采用小梁试件进行三分点加载弯曲疲劳试验,研究了不同应变水平、不同再生料（Recycled Asphalt Pavement简称RAP）掺量下沥青路面冷再生混合料的抗疲劳性能,揭示了冷再生混合料的疲劳变化规律,同时建立了疲劳方程。研究结果表明随着RAP掺量增加冷再生混合料的疲劳寿命提高,再生混合料的疲劳敏感程度降低;同一应变水平下泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命大于乳化沥青冷再生混合料的疲劳寿命。     

热拌及温拌再生沥青混合料疲劳特性研究

为了在路面养护工程中更好地利用再生沥青混合料，设计了RAP掺量均为80%的热拌及温拌再生沥青混合料，对其进行四点弯曲疲劳试验，采用耗散能法分析普通再生剂和温拌再生剂对再生沥青混合料疲劳性能的影响，并与新拌沥青混合料进行对比。结果表明：1)温拌再生沥青混合料的疲劳性能虽不及新拌沥青混合料，但显著优于热拌再生沥青混合料；2) 3种沥青混合料达到疲劳破坏时的累积耗散能和疲劳寿命在双对数坐标系中均呈现出良好的线性关系，且此关系不受再生剂种类及是否掺加RAP的影响，由此可通过线性拟合得到用累积耗散能表示的疲劳方程。     

沥青混合料疲劳寿命的新现象学模型研究

该文对印度公路和道路运输部所规定的3种级配沥青混合料进行了四分点疲劳试验,并评价了其疲劳寿命。试验采用应变控制模式,加载为频率10Hz的正弦加载,温度为20℃。所有混合料的空隙率都控制在(4.0±0.2)%,同时对沥青混合料进行了马歇尔残留稳定度和间接拉伸强度的测试以评价其性能。在此基础上,提出了一个评价沥青混合料疲劳寿命的新现象学模型。试验研究表明:弹性改性沥青疲劳寿命最长,并且具有最低的应变敏感性。塑性改性沥青混合料太脆导致在高应变水平下表现较差,SMA的疲劳寿命比密级配沥青混合料的疲劳寿命高近5倍。新的模型不仅与试验结果高度吻合,而且在统计上也比传统模型更加可靠。     

沥青混合料离析对沥青混凝土路面疲劳寿命的影响

将沥青混合料离析分为无、轻度和重度3种水平,根据不同程度离析混合料级配、沥青用量与空隙率等关键指标,计算不同季节不同离析程度的沥青混合料动态模量。根据动态模量,进行力学分析,计算得到不同程度离析发生在各个结构层时沥青混凝土层层底拉应变。运用AI疲劳方程,计算各个沥青混凝土层疲劳寿命,结果表明,发生离析层位的疲劳寿命大大减小,同时对其他没有发生离析层位的疲劳寿命也有一定的影响。     

SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

长寿命路面沥青混合料疲劳极限研究

在分析常规应变条件下沥青混合料疲劳破坏发展的基础上,改进了AASHTO T321中所推荐的疲劳寿命计算方法,根据混合料劲度模量的变化规律,将疲劳破坏过程分为3个阶段,以第2个阶段的试验数据推算低应变条件下试件的疲劳寿命,并通过测试不同低应变水平下沥青混合料的疲劳性能,得出了山东省滨州地区长寿命路面沥青混合料的疲劳极限.结果表明:在低应变条件下,沥青混合料疲劳极限和应变水平仍符合幂函数疲劳方程.     

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。     

沥青改性剂对沥青混合料疲劳性能影响研究

针对4种沥青改性剂路孚8000、TPS、Sasobit、SBS,利用控制应变的小梁疲劳试验,在一定的应变量下,研究各种改性剂对沥青混合料疲劳性能的影响。研究结果表明,无论何种剂量的路孚8000、TPS和SBS改性剂,对沥青混合料疲劳性能均有较大的改善,TPS和SBS改善效果较显著,尤其是TPS;SBS的疲劳寿命与基质沥青相比也增加了3倍以上。而对于Sasobit,在以一定应变为控制模式的疲劳试验中得出的结果是疲劳寿命减小。对于改性剂路孚8000和TPS,随着改性剂剂量的加大,沥青混和料疲劳寿命逐渐加大。     

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.     

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。     

多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。     

沥青路面长寿命加铺层疲劳性能试验研究

疲劳开裂是沥青路面使用过程中所必须面临的结构问题。从长寿命沥青路面设计理念出发,选取三种不同级配沥青混合料,采用应变控制的四点弯曲疲劳试验,对三种沥青混合料以及两组复合结构加铺层的疲劳特性进行分析,回归得到三种沥青混合料以及复合结构的疲劳寿命预估方程。研究结果表明:沥青马蹄脂SMA-16混合料+AG-20沥青混合料复合结构具有优异的抗疲劳性能,适宜用作沥青路面长寿命加铺层复合结构。     

多年冻土区冻融循环作用对沥青混合料弯拉性能的影响

为准确评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青混合料弯拉性能和细微观结构的损伤机理,针对北方寒冷地区沥青路面在荷载、低温、水冻融循环作用下剩余弯拉强度和疲劳寿命进行研究,制定了适宜的冻融循环试验方案,建立了不同沥青结合料沥青混合料的空隙率、弯拉强度(弯拉应变)、劈裂强度和疲劳寿命在不同冻融循环作用次数下的衰变规律,基于工业CT无损检测分析技术,获得了不同冻融循环次数下四种沥青混合料细观空隙结构变化特征,研究了冻融循环作用对沥青混合料平均空隙直径、空隙轮廓分维数的影响规律,分析给出了冻融循环作用下沥青混合料弯拉性能的损失率计算模型。结果表明:沥青混合料的弯拉强度、最大弯拉应变、劈裂强度、疲劳寿命随冻融循环次数的增加呈减小趋势,经历25次冻融循环后弯拉性能和疲劳寿命衰减趋于平缓。沥青混合料受冻融循环作用后弯拉强度和抗疲劳性能衰变规律符合logistics曲线模型;随着冻融循环次数增大,沥青混合料内部平均空隙直径增大,空隙轮廓分维数减小,平均空隙直径与沥青混合料弯拉性能之间的线性拟合关系良好;使用改性沥青具有维持冻融循环作用下沥青混合料内部空隙直径、空隙轮廓分维数变化不大的作用,在高原寒冷地区建议优先选用SBS或SBR改性沥青。     

温拌沥青混合料疲劳分析

采用耗散能法和现象法,分析温拌剂对沥青混合料疲劳寿命的影响。结果表明:在基质沥青混合料中加入EV温拌剂后,其疲劳性能总体变好;在基质沥青混合料中加入RH温拌剂后,其总体疲劳性能变差;在SBS改性沥青混合料中加入EV温拌剂后,其在高应变水平下的疲劳性能有所下降,但与热拌混合料疲劳性能相差不多。