基于散体力学理论的多级抗剪密级配设计方法

通过对散体细观力学模型进行分析,推导出散体剪切模量的计算公式,从理论上分析了提高集料散体抗剪切性能的方法;结合逐级填充理论,提出多级抗剪密级配(Multilevel Anti-shear Grading)设计方法,以提高混合料的抗剪切流动变形能力;最后对算例进行级配分析和路用性能试验,比较MAS-16与SMA-16的优缺点,提出多级抗剪密级配设计方法的适用范围.结果表明:多级抗剪密级配的高温稳定性和水稳定性都比较好,适合于高温多雨地区.     

以剪切模量为控制指标的级配设计方法

通过对散体力学剪切模量公式的分析,提出以剪切模量为控制指标的沥青混合料级配设计方法,在设计步骤中充分考虑粗集料的剪切模量而不是以最小间隙率为控制指标,提高了沥青混合料的抗剪切性能,解决了沥青混合料出现高温稳定性不足易发生车辙病害的问题。新方法设计出的级配以粗集料形成抗剪骨架,细集料充分填充,最终形成骨架抗剪密实结构。通过室内试验比较分析,其高温稳定性和水稳定性优于比较级配,低温抗裂性满足规范要求,证明了以剪切模量为控制指标的级配设计方法,可以提高沥青混合料料的高温稳定性,减少高速公路车辙病害的发生。     

基于有限元的沥青混合料数值模拟研究

基于集料-沥青内聚力模型原理构建三种不同沥青混合料的内聚力模型,利用虚拟裂缝闭合技术赋予砂浆材料的扩展有限元属性,通过对模型施加一个位移荷载来分析不同级配界面和砂浆的抗裂性能分析。研究结果表明:不同级配的抗裂性受骨架结构、集料轮廓和形状指标的影响较大。当级配骨架结构不彻底,粗集料松散分布,存在较大砂浆区,往往会对界面造成严重损伤;当相同级配骨架时,粗集料指标对级配界面的抗裂性能成为主要因素;对比不同混合料级配下的SDEG曲和耗散能曲线可知,当分析能量等宏观指标对级配的性能参数影响作用时,由于未考虑到级配间细观参数的作用导致级配的抗裂性能并不明显,细观结构参数下级配砂浆和界面抗裂性能和变化规律均表现出较大的相异性。     

基于数字图像处理的沥青混合料主骨架评价标准

为了给骨架密实型沥青混合料级配设计与优化提供指导,使设计的沥青混合料具有良好的抗车辙性能,针对目前沥青混合料骨架结构判据的不足,在分析现有沥青混合料骨架结构评价指标的基础上,基于数字图像处理技术考虑粗集料接触特性对V_(mix)~VCA计算方法进行了优化。通过对4种不同级配沥青混合料中主骨架结构细观接触分布特性进行了比较,对细观定量评价指标与宏观评价指标间的相关关系进行了分析,提出了粗集料形成较优主骨架结构的细观定性和定量评价指标和标准。结果表明:考虑粗集料接触特性,优化的V_(mix)~VCA(I)计算方法所得值比目前经验计算法大15%~20%,在骨架判别时更加严格、合理,保证粗集料相互嵌挤形成最优主骨架;沥青混合料细观定量评价指标与其宏观评价指标有较好的相关关系,能够表征沥青混合料的抗车辙性能;骨架密实型沥青混合料设计过程中通过调整级配提高平均配位数的同时降低C值,能有效改善混合料的细观指标,使主骨架的质量得到明显提升,设计的沥青混合料具有良好的抗车辙性能;粗集料形成较优主骨架结构的定性和定量评价标准为V_(mix)~VCA(I)≤V_(DRC)~(VCA),n1.6且C20%。     

基于单轴贯入试验的AC-20级配优化

为了提高沥青混合料的路用性能,利用颗粒流软件PFC~(2D)构建了沥青混合料单轴贯入数值试验方法,阐述了沥青混合料单轴贯入数值试验中试验条件的模拟方法和模型参数的取值,结合实体工程中AC-20室内单轴贯入试验评价了其可靠性。选取不同的原材料得到3组模型参数,基于单轴贯入数值试验研究了模型参数取值、粗集料级配、细集料级配和粗细集料比例对沥青混合料抗剪强度的影响规律。最后,通过室内单轴贯入试验确定了关键筛孔最佳通过率范围,提出了以抗剪强度最大为原则的AC-20矿料级配,并验证了其路用性能。结果表明:单轴贯入强度模拟曲线与室内实测曲线基本吻合;单轴贯入数值试验模型参数的取值对最大抗剪强度时集料的比例不产生影响;五档粗集料19~26.5mm,16~19mm,3.2~16mm,9.5~13.2mm,4.75~9.5mm的比例为3∶12∶5∶10∶10,细集料级配取I=0.75时所对应的级配,粗细集料比为60∶40时,沥青混合料抗剪强度最大;建议AC-20沥青混合料矿料级配9.5mm,4.75mm,2.36mm及0.075mm筛孔通过率分别为50%~60%、34%~44%、31%~37%和3%~7%;与规范推荐级配中值相比,优化级配AC-20混合料的抗剪强度、动稳定度分别提高了25%、27%。     

同步碎石联结层性能指标及影响因素研究

通过选取3种不同的同步碎石级配，在沥青混凝土板上撒铺同步碎石，然后再加铺沥青混凝土得到3块不同的双层板。钻取芯样测得层间抗剪强度与抗拉强度，发现含有一定比例粗集料与细集料的级配3具有最大的抗剪强度与较大的抗拉强度，抗剪强度比采用单粒径的级配1与级配2分别高了9．9％和4．1％；抗拉强度比级配1低，但比级配2高了7．4％。通过层间抗剪强度与抗拉强度来评价同步碎石所用的级配，并分析得出同步碎石联结层强度的影响因素，发现采用含有一定比例粗细集料的级配具有较好的效果，在同步碎石设计中具有重要的意义。     

利用压碎值试验方法评价粗集料骨架结构性能

结合虚拟力学试验反映出的矿料级配骨架结构与荷载传递路径的关系,引入粗集料压碎值试验对粗集料骨架结构性能进行评价,利用均匀设计方法得出了试验方案,进行了40组级配粗集料压碎值试验,将压碎值试验结果与VCADRC试验结果进行了比较,并对试验结果进行了线性回归分析与二次非线性回归分析.     

基于X-ray CT和离散元法级配离析对沥青混合料骨架结构力学性能的影响

为从细观角度探究分析级配离析对沥青混合料骨架结构力学性能的影响,基于X-ray CT断层图像扫描技术和离散元法建立三维混合料骨架模型,对不同级配离析情况下的混合料骨架内部受力情况、抵抗荷载性能、应力传递性能等方面进行了对比和研究。结果表明:提出了利用X-ray CT断层图像扫描技术构建更接近于真实形态的集料颗粒模型的方法;骨架结构中较粗集料承受了主要的外力荷载作用;以典型的SMA-16级配为例,4.75~9.5 mm档集料是构成该级配集料骨架的关键粒径;骨架结构中细集料的增多有助于提高骨架的抗压强度,发生粗集料离析时,抗压强度将随着离析程度的加剧而显著地降低;不同的级配离析状态对混合料骨架结构的竖向与横向应力传递性能产生不同影响,其中细集料离析对应力传递性能的影响更大。     

基于改进粗集料空隙填充法的密断级配沥青混合料设计

为准确评价密断级配沥青混合料中粗集料的嵌挤特性,提出了粗集料骨架间隙率最小值的测定方法和密断级配混合料骨架嵌挤的新标准;据此,改进了粗集料空隙填充法,应用于密断级配沥青混合料的设计;并通过马歇尔试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验等检测了所设计混合料的路用性能.发现所设计的密断级配沥青混合料中粗集料间隙率比...     

多碎石沥青砼路用性能研究

针对多碎石沥青砼SAC级配的设计特点,利用正交设计法分析了SAC级配组成与抗车辙性能和抗水损坏性能的关系.结果表明,粗料含量对SAC抗车辙性能的影响最显著,而影响SAC抗水损坏性能最重要的因素则是粗集料级配.     

不同因素对沥青混合料抗滑能力的影响

研究了集料岩性、级配类型与粗细程度以及荷载大小三因素对沥青混合料抗滑性能的影响。集料岩性不同,沥青混合料抗滑性能衰变趋势虽相同,但抗滑能力不同;岩性相同的集料,地理区域、岩层层位、地质构造以及造岩矿物种类与含量等的差异均会引起沥青混合料抗滑性能的差异性。SMA型沥青混合料抗滑性能优于AC型,且级配越粗,沥青混合料的抗滑性能越好。加载荷重越大,沥青混合料的抗滑性能衰减越快。为保证沥青混合料获得适宜的长期抗滑性能,轻交通下,可以选用AC粗型级配;中交通下,优先选用SMA级配;重交通下,应选用SMA粗型级配以及抗滑性能优异的集料。     

基于离散单元法设计骨架密实型沥青混合料

为了减少沥青混合料设计过程中的误差和工作量,提高沥青混合料设计的社会经济效益,提出基于离散单元法进行骨架密实型混合料级配可视化设计和评价的方法,并对理想骨架结构的细观力学指标进行了定量分析。结果表明:在应用离散元方法进行混合料级配设计过程中,不需测量集料毛体积密度和混合料体积指标等中间变量,操作方便、数据变异小,克服了传统试验误差较大和试验量大的不足,极大地提高了沥青混合料设计的效率和经济性;骨架密实型混合料内部平均接触力与最大接触力呈线性相关关系,平均接触力、最大接触力与混合料的空隙率并无明显的相关关系;由粒径大于2.36mm理想球形粗集料构成的主骨架结构,平均配位数一般在3.3~3.5之间,当细集料掺入时,混合料的平均配位数有所降低;随着次一档集料的掺入,混合料内部的应力发生重分布,应力逐渐向细集料转移。对骨架密实抗车辙型沥青混合料设计来说,较粗的级配应提高主骨架的嵌挤能力,而较细的级配重点在于改善沥青砂浆的抗变形能力。     

粗集料骨架对石灰粉煤灰稳定碎石路用性能的影响

对石灰、粉煤灰和集料配比同为4∶12∶84的5种粗集料配制的骨架密实结构石灰粉煤灰稳定碎石进行了抗压、抗折强度、抗压回弹模量和收缩系数试验.试验结果表明:粗集料级配不同时,混合料试件的抗压强度、抗折强度、抗压回弹模量以及温缩、干缩系数存在差异,单一粒径粗集料组成的石灰粉煤灰稳定碎石抗压强度和抗压回弹模量相对较小,平均温缩、干缩系数较大.而粗集料采用多级嵌挤级配或连续级配的石灰粉煤灰稳定碎石抗压强度和抗压回弹模量相对较大,平均温缩、干缩系数稍小,具有更佳的力学和抗裂性能.     

低水泥剂量稳定碎石级配组成设计与性能研究

为减缓传统半刚性基层收缩开裂进而导致沥青面层产生反射裂缝,分别采用逐级填充法和n法确定粗集料骨架级配和细集料密实级配,并以无侧限抗压强度和干缩系数为指标优选出两种设计级配,给出推荐级配范围;基于振动成型方法,通过抗压强度试验、劈裂试验及CBR试验,对比分析了两种设计级配和规范级配中值水泥稳定碎石的力学性质,并初步确定最低水泥剂量;最后,从干缩性和稳定性两方面进一步研究水泥剂量对设计级配水泥稳定碎石路用性能的影响规律。研究结果表明:优选出的两种水泥微黏结级配碎石具有良好的骨架密实结构,力学性能与路用性能均优于规范级配中值;水泥掺量为3.0%时,水泥微黏结级配碎石基层表现出良好的抗干缩性和稳定性。     

开级配沥青碎石随机凸多边形集料模型

为进行开级配沥青碎石细观力学分析,研究了开级配沥青碎石随机凸多边形集料模型生成方法.为使模型更加逼真,生成过程更加高效,考虑孔隙的模拟,用面积控制集料颗粒的投放,利用蒙特卡罗方法生成二维随机圆形集料模型,引入一系列预判条件改进延凸公式和基块体的生成方法,改进侵入和相交判断方法,并给出2块体相交判断方法,通过延凸,生成二...     

广东省断级配与GAC沥青混合料适用性分析

为分析断级配与GAC两种混合料类型的适用性,进行断级配与GAC级配特点分析,并以级配范围差异较大的断级配与GAC型AC-25、AC-20作为对比级配规格,分别进行花岗岩、石灰岩及辉绿岩机制砂对沥青混合料体积指标与路用性能指标影响对比。通过对比分析得到:断级配混合料级配范围较窄、粗骨料较多,对原材料规格变异性、细集料变化敏感性、混合料施工的抗离析能力及拌和站计量的稳定性要求较高,配合比设计应适当增加细集料用量;断级配混合料填料用量及油石比较高,一定程度上增加了施工成本;两种混合料类型混合料均具有良好高温性能及抗水损害性能,且可认为两种混合料类型路用性能相当。     

基于贝雷法的SMA配合比设计及路用性能研究

对于SMA混合料,准确地设计矿料级配非常必要.因为其路用性能,尤其是抗车辙能力,主要归功于混合料中粗集料所形成的石-石嵌挤结构.该文论述了一种基于贝雷法的SMA配合比设计过程,研究了16种不同的沥青混合料,包括6个矿料级配和3个沥青用量.通过对成型试件的体积参数进行分析,发现粗集料用量对VCA和VMA两个指标影响较大.当粗集料的设计密度为干捣实密度的95%～105%时,粗集料可以形成很好的石-石嵌挤结构.试验结果表明,SMA混合料具有较好的抗车辙能力;同时车辙试验的动稳定度和蠕变试验的变形应变之间存在密切的联系.     

沥青混凝土试件集料特征细观力学分析

为研究集料形状、级配和空间位置对沥青混凝土材料竖向变形的影响,依据AC-20沥青混凝土级配曲线和瓦拉文公式分别确定方形和圆形集料投放数目,随机投放集料并生成数值试件,通过室内试验获取材料参数后对数值试件进行数值仿真分析。结果表明:集料级配曲线中最大集料与数值试件尺寸比小于19/300时能达到较好的仿真精度;最大粒径集料的数目和空间位置对试件变形影响最大,但缺少某些档位的断级配集料曲线的试件变形性能优于连续级配曲线,断去中间级配对试件变形的影响不大;圆形集料对断级配的敏感性高于方形集料。研究表明,细观力学方法能较好地分析沥青混凝土的材料特性;集料的空间位置对数值试件竖向变形影响较大。     

基于虚拟单轴贯入试验研究集料对沥青混合料抗剪性能的影响

基于X-ray CT技术对集料进行二维断层扫描,并将扫描图像二值化后使用MATLAB将集料轮廓点导入PFC3D中生成集料几何模型。在PFC3D中分别建立粗集料相、砂浆相和空隙相构建沥青混合料虚拟试件,随后根据接触对象分别设置相应的接触模型和微观参数,进行虚拟单轴贯入试验,探究集料对沥青混合料抗剪性能的影响。结果表明:通过离散元法构建沥青混合料的模型并进行虚拟单轴贯入试验来探究其抗剪性能是可行的;增大集料最大公称直径有利于提升沥青混合料的抗剪性能;在集料最大公称直径相同的情况下,骨架密实结构的沥青混合料的抗剪性能优于密实悬浮结构,而骨架空隙结构的沥青混合料的抗剪性能则表现最差;沥青混合料试件横向内部集料的少量增加可以提升沥青混合料的抗剪性能,但内部集料增加过多则会减弱沥青混合料的抗剪性能,而横向外部集料的增加将会导致沥青混合料抗剪性能的下降,但综合来说集料横向分布均匀时沥青混合料实际的抗剪性能表现更加优秀;当集料纵向分布采用不同的结构时,沥青混合料的抗剪强度受上层结构层的影响较大;针片状集料的含量增加以及针片状集料的长细比的增大均会导致沥青混合料的抗剪性能的下降;增大集料的摩擦系数、增加棱角型集料含量均有助于提升沥青混合料的抗剪性能。     

二灰砂砾级配参数研究

为建立混合料路用性能与组成材料之间的关系,在室内对3种类型、5个方案二灰砂砾进行了测试,通过分析粗级配参数、比表面积与强度增长率、干缩抗裂性能之间的关系,发现粗级配参数与强度增长率、骨料比表面积与混合料干缩抗裂性能密切相关,最终建立了粗级配参数与强度增长率关系式。研究表明,反应集料组成特性的粗级配参数、比表面积可用于评价二灰砂砾混合料强度增长及抗裂性能评价。