沥青砂浆剪切力学性能影响因素研究

应用MTS试验仪进行沥青砂浆直剪试验,研究分析了级配、沥青基材料和冻融作用对沥青砂浆剪切力学性能的影响。结果表明:同等粒径条件下,体积比增加1%,内摩擦角φ、黏聚强度c分别增加7.3%、3.4%;非同等粒径条件下,最大粒径为1.18mm沥青砂浆φ、c值是最大粒径0.075mm沥青砂浆的4.03倍和3.33倍。橡胶沥青砂浆抗剪性能明显高于70#沥青,添加外加剂KS后效果更优,其φ、c值至少提高30.5%、45.5%。冻融作用后,70#沥青+KS、橡胶沥青+KS的φ、c值最小降低12.3%、8.2%,有效控制冻融作用,可以有效保障沥青砂浆的抗剪性能。     

大空隙沥青混合料内部冻融损伤特征

通过冻融劈裂试验,得到大空隙沥青混合料冻融循环前后劈裂强度。结合CT测试技术,得到试件在冻融劈裂前后不同层位的图像。分析大空隙沥青混合料试件在冻融劈裂后内部损伤的状况,并利用损伤变量对混合料内部微观结构的变化进行对比分析。分析结果表明:随着冻融循环作用次数的增加,大空隙沥青混合料试件的劈裂强度逐渐下降;混合料试件冻融后劈裂破坏多发生在试件初始空隙分布密集处,裂缝的扩展方向与初始空隙的方向基本一致;空隙大的沥青混合料试件其力学性能较差,且空隙率大的层位损伤变量增加比空隙率小的层位损伤变量增加更多。     

温度-盐分-冻融耦合作用下沥青混凝土疲劳寿命研究

为提高寒冷地区沥青路面的疲劳性能,对AC-16型沥青混凝土进行未冻融和冻融条件下的劈裂疲劳试验,得到了其应力疲劳方程.研究了温度、盐分和冻融循环次数耦合作用下,沥青混凝土疲劳寿命的变化规律.研究结果表明:沥青混凝土的疲劳寿命与其劈裂抗拉强度具有明显的相关性,即劈裂抗拉强度越高,疲劳寿命越大.温度、冻融循环和氯盐的侵蚀是影响沥青混凝土疲劳性能的重要因素.在相同的冻融循环温度下,随着冻融循环次数的增加,沥青混凝土疲劳寿命降低;在相同的冻融次数下,随着冻融温度的降低,沥青混凝土疲劳寿命降低.经饱和氯盐溶液冻融的沥青混凝土疲劳寿命明显低于经清水冻融的沥青混凝土疲劳寿命,说明盐分能够加剧沥青混凝土的疲劳破坏.     

沥青混合料抗冻融循环性能的试验研究

沥青混凝土路面的冻融破坏是寒区路面早期破坏的主要形式之一。本文以冻融劈裂试验为基础,研究了沥青混合料劈裂抗拉强度随冻融循环次数的变化情况。结果表明,在最初的冻融循环中,沥青混合料的劈裂抗拉强度随着冻融次数增加而明显减小,当达到7次冻融循环之后,混合料的强度趋于稳定。     

冻融循环作用下高黏高弹沥青混凝土动力学特征及损伤演化行为

长期冻融循环损伤作用严重影响高黏高弹沥青混凝土服役安全性与耐久性，依据动力学性能研究其冻融损伤特性、损伤机理及发展规律具有重要现实意义。为此，采用宏细观方法从动力学性能衰减角度研究高黏高弹沥青混凝土的冻融循环损伤问题，通过室内冻融循环试验、动态力学行为分析、沥青流变和黏附性测试及内部细观结构观察明确了其性能衰减规律和冻融损伤机制，优化了性能评价指标和损伤演变模型。研究结果表明：2S2P1D模型的拟合优度在0.98以上，能够较好地反映冻融循环损伤对动态力学性能的影响规律。沥青硬化效应和沥青-集料交互作用劣化的相互竞争机制使得高黏高弹沥青混凝土冻融损伤表现复杂，但冻融损伤后能够在常见缩减频率[10^-3 Hz, 10³ Hz]中频(中温)区交通荷载和气候环境下保持较好的动态力学性能。高黏高弹沥青混凝土动态力学性能在高频(低温)和低频(高温)区表现出“保持-加速-平衡”的冻融损伤趋势，高频(低温)、低频(高温)极限模量比能够反映内部结构冻融损伤特征，据此建立的损伤演变模型能够较准确地反映内部材料结构劣化规律(判定系数R²>...     

沥青混合料冻融损伤模型及寿命预估研究

为研究沥青路面抵抗冻融损害的能力,结合损伤理论,进行了沥青混合料冻融损伤模型及残余寿命预估的研究.建立了适用于冻融条件下沥青混合料损伤的普适模型,并提出了相应算法;然后根据快速冻融作用下混合料的各性能试验结果对该模型进行了验证;最后提出了模型应用于混合料冻融损伤后寿命预估的方法.结果表明:随冻融循环次数增加,沥青混合料性能衰减,损失度增大;模型能较好的拟合沥青混合料冻融循环后各项性能指标的变化;宜将抗压回弹模量作为评价混合料抗冻融损坏能力的和寿命预估的主要指标.     

盐冻融条件下热再生混合料水稳定性及细观特性研究

对热再生混合料进行不同浓度盐溶液10次冻融循环试验,并采用4%盐溶液进行重复冻融循环试验,分析溶液浓度及冻融次数对热再生混合料空隙率和TSR(冻融劈裂强度比)的影响;同时,采用CT扫描手段分析冻融循环作用对混合料内部孔隙分布的影响。结果表明:经过10次盐冻融循环后,0、2%、4%及6%浓度盐溶液条件下空隙率增加程度分别为2.9%、7.5%、13.0%和12.6%;冻融7次以后空隙率增大幅度明显变大,其TSR不断下降,这说明随着冻融循环次数的继续增加混合料内部沥青与集料的黏结作用受到破坏;固液交替产生的膨胀应力、温度应力及盐溶液对集料-沥青界面的共同破坏作用导致混合料内部孔隙发生变化,体积在0~20mm3范围内孔隙数目明显减少,而体积在20~40mm^3范围内的空隙明显增加。     

考虑海水冻融和侵蚀耦合作用的混凝土Ottosen强度准则

为了有效评估海水冻融和侵蚀耦合作用后混凝土的力学性能,通过试验研究了海水冻融和侵蚀耦合作用下混凝土的力学性能退化规律,并基于连续损伤力学和经典破坏准则模型,建立了考虑混凝土干湿循环次数和海水冻融循环次数的Ottosen四参数强度准则,以及不同的冻融循环次数和海水干湿循环作用后混凝土的弹性模量和泊松比退化模型。分析结果表明:随着冻融循环次数和干湿循环次数的增加,混凝土轴心抗压强度、弹性模量逐渐下降,Ottosen强度准则的拉、压子午线纵坐标绝对值减小,混凝土的抗裂性能降低。     

考虑冻融循环的聚酯纤维沥青混合料性能研究

为研究聚酯纤维掺量对沥青混合料路用性能和冻融损伤劣化规律的影响,通过高温车辙试验、低温劈裂试验、水稳定性试验和冻融循环条件下小梁弯曲试验,对比分析聚酯纤维掺量为0.0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%时沥青混合料动稳定度、极限弯拉强度、弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂强度比和冻融弯曲应变的变化。结果表明,随着聚酯纤维掺量的增加,沥青混合料路用性能指标和冻融损伤性能呈现先增大后减小的趋势,聚酯纤维掺量为0.2%左右时,沥青混合料动稳定度出现峰值(3 512次/mm),抗弯拉强度提高12.4%,极限弯曲应变增加7.6%,弯曲劲度模量超过2 670 MPa,马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比分别提高2.2%、3.2%;聚酯纤维掺量为0.2%左右、冻融循环次数为12次时,弯曲破坏应变出现峰值,抗冻融性能最佳;聚酯纤维沥青混合料的弯曲破坏应变与冻融循环周期呈负相关关系,冻融循环次数超过12次时,弯曲应变下降速率减小并逐渐趋于稳定。     

冻融循环对沥青混凝土路面全厚度车辙影响的试验研究

近些年全球气候异常,全国许多地区冻融现象明显.为研究冻融循环对武汉地区沥青混凝土路面的影响程度,分别对经历过0、10、20、40次冻融循环的沥青混凝土试件进行了冻融循环试验研究,主要测定了试件的动弹性模量和质量损失等技术指标.同时对经历过0、10、20、40次冻融循环次数的试件进行全厚度车辙试验,得出动稳定度DS和车辙深度RD随冻融循环次数增加的变化规律.研究结果表明:冻融循环对沥青混凝土路面车辙的影响不容忽视.     

冻融作用下的橡胶改性沥青混合料性能试验研究

为探究不同类型橡胶改性沥青混合料对冻融循环的敏感性,文中研究了ARHM-13、ARHM-20和ARHM-25 3种沥青混合料在冻融前后的空隙率变化、渗水性和力学性能的变化规律。分析了不同级配橡胶改性沥青混合料空隙率与其对应渗水速率的相关性。结果表明,橡胶改性沥青混合料的力学性能经冻融后显著下降,水渗透性提高。相较于ARHM-13和ARHM-20,橡胶改性沥青混合料ARHM-25受冻融作用影响最大。     

基于冻融循环蠕变特性的沥青路面车辙试验研究

为了研究冻融循环对沥青混合料路面车辙的影响,对AC-13、ATB-25和AC-20共3种不同类型的混合料进行冻融后的弯曲蠕变试验和车辙试验,研究蠕变速率及车辙评价指标随着冻融循环次数增加的变化规律。结果表明:冻融循环后蠕变速率εs与动稳定度DS逐渐降低,车辙深度RD则逐渐增加,并且三者的相关性很好;冻融循环降低了混合料的高温稳定性,导致车辙加重。因此蠕变速率可以作为预估冻融循环作用下车辙发展规律的有效参数。     

再生沥青混合料抗水损害性能评价

文章结合沈阳到山海关路面维修工程,研究了再生沥青混合料抗水损害问题。主要采用残留稳定度、冻融劈裂强度、冻融循环3种试验方法,从不同角度对再生沥青混合料的浸水条件下的物理力学性能进行分析,评价了混合料在抗水损害方面的路面使用性能。试验结果证明:再生沥青混合料抗水损害性能优良,能够满足使用要求。     

盐蚀条件下沥青混合料路用性能及表面功能演化规律研究

针对沥青路面在融雪盐反复侵蚀作用下服役性能加速劣化这一现象,采用室内加速盐蚀试验模拟了沥青路面所处的盐蚀-干湿循环以及盐蚀-干湿-冻融循环环境,而后对沥青混合料在不同盐蚀环境下的路用性能及路面表面功能演化规律进行了探究。结果表明：1)随着盐蚀-干湿循环及盐蚀-干湿-冻融循环作用次数的增加,沥青混合料的服役性能均出现了不同程度的劣化,水稳定性下降尤其严重;2)在20%的盐溶液中经16次盐蚀-干湿循环或10%的盐溶液中经12次盐蚀-干湿-冻融循环作用后,沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比无法满足规范最低要求;3)随着循环作用次数的增加,沥青混合料的性能劣化幅度趋于减缓;4)盐蚀-干湿循环及盐蚀-干湿-冻融循环作用加剧了沥青路面表面的抗滑性能衰减,但有利于表面降噪性能的改善。该研究结果可为沥青路面在盐蚀环境下的性能损伤机理研究以及路面的耐久设计提供参数依据。     

冻融循环条件下沥青混合料性能衰变规律研究

为分析冻融循环对沥青混合料性能的影响,本文对冻融循环作用后沥青混合料劈裂强度、空隙率、动态模量以及疲劳性能进行了试验分析。试验研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料劈裂强度、动态模量及疲劳寿命逐渐降低,且冻融循环初期衰减较快;沥青混合料空隙率随冻融循环次数的增加总体呈增加趋势,并且SMA沥青混合料空隙率增加程度大于普通密级配沥青混合料。     

冻融循环对泡沫沥青冷再生混合料宏细观结构性能的影响

为了研究冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料强度特性、疲劳性能及微观结构性能的影响情况,采用劈裂强度试验、贯入剪切试验及间接拉伸疲劳试验研究了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料强度特性和疲劳性能的衰减规律,基于X-ray CT断层无损扫描技术和VG软件的三维重构功能,分析了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料空隙级配、平均空隙直径、最可几空隙直径的变化规律,进而建立了泡沫沥青冷再生混合料宏观性能与微观空隙结构特性之间的关系。结果表明,冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料贯入剪切强度、劈裂强度、疲劳寿命有显著影响,随着冻融循环次数增大,泡沫沥青冷再生混合料内部0.1mm~3的空隙比例增大,0.1mm~3空隙比例减小,平均空隙直径与最可几空隙直径随冻融循环次数增加而增大。结合不同冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料的空隙结构特征,将泡沫沥青冷再生混合料内部V≤0.1mm~3空隙划分为无害孔,0.1V≤0.5mm~3空隙划分为少害孔,V0.5mm~3空隙划分为有害孔。各应力水平下的疲劳寿命随平均空隙直径和最可几空隙直径增大而降低,二者之间负线性相关性良好。冻融循环作用使得泡沫沥青冷再生混合料中的微孔数量减少、大孔数量增多,这是冻融作用导致冷再生混合料力学强度和疲劳性能降低的主要原因之一。     

冻融循环作用下的沥青混合料材料参数修正

通过沥青混合料抗压强度和劈裂强度的试验,分析了冻融循环次数和油石比对沥青混合料强度和模量的影响。引入强度冻融折减系数和模量冻融折减系数,表征冻融循环次数和油石比对沥青混合料材料参数的明显影响,并给出了上面层AC-13改性沥青混合料的折减系数计算公式,修正了多年冻土地区沥青路面设计材料参数,减小了设计与实际条件的差异。     

冻融腐蚀作用下沥青混合料耐久性影响因素的灰熵分析

针对国内外对冻融腐蚀作用下沥青混合料耐久性能鲜有研究的现状,采用真空饱水冻融劈裂试验,以冻融腐蚀因子评价经不同浓度(2.5％、5％和10％)Na2SO4溶液加速劣化后的沥青混合料性能变化规律;运用灰熵法分析了影响冻融腐蚀作用下沥青混合料耐久性影响因素——冻融次数、Na2SO4溶液浓度、集料级配、沥青用量和空隙率的显著性.研究结果表明:硫酸盐腐蚀加剧了冻融循环对沥青混合料的破坏作用;集料级配、沥青用量和空隙率对沥青混合料耐久性有较显著影响,可为盐类富集地区沥青混合料的设计和施工提供有益参考.     

冻融作用下沥青混合料中骨料级配的差异分析

在季节性冻土地区,沥青路面反复经历冻融循环作用,极易出现开裂、坑槽、拥包等病害,其中以横向开裂最为显著。沥青的黏弹性能和骨料的级配特征是影响沥青混合料抗冻融能力的关键因素。目前,大量研究集中在沥青低温性能评价和沥青混合料低温性能研究方面,忽视了骨料级配在冻融前后的差异。该文通过现场调查和室内试验,分析了骨料级配与沥青混合料开裂情况的相关性。研究结果表明:在沥青满足设计要求的情况下,粗集料含量越少(级配曲线越靠近上限值),沥青路面的低温开裂越严重。严格控制骨料的施工配合比及抗压强度是保证沥青路面低温性能的关键。     

木焦油基再生沥青混合料耐久性能研究

为探究木焦油基再生沥青混合料的耐久性能,采用老化试验、四点弯曲疲劳试验和冻融劈裂试验对基质沥青混合料、木焦油基再生沥青混合料和RA-102再生沥青混合料的疲劳耐久性、冻融循环耐久性和老化耐久性进行试验研究。研究结果表明:木焦油基再生剂有利于减缓疲劳应力、冻融循环和老化作用对沥青混合料性能的劣化作用;木焦油基再生沥青混合料具有良好的疲劳耐久性、冻融循环耐久性和老化耐久性,其水稳定性能优越,可有效延长道路使用寿命;木焦油与生物质纤维的协同作用可有效缓和沥青与集料间的黏附失效,提高混合料的力学强度和抗渗性能,从而提高混合料的耐久性。