沥青混合料疲劳性能试验与表征方法综述

针对沥青混合料疲劳耐久性设计参数的不确定性与不科学性问题,从疲劳试验方法及疲劳性能表征模型两方面对沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题进行了综述,并总结了其未来发展方向。沥青混合料疲劳性能主要通过室内外不同疲劳试验进行研究,不同试验方法所用沥青混合料试件的尺寸、形状,试件内部所处应力状态及试验条件皆各不相同,而沥青混合料是一种由沥青结合料与不同粒径矿料通过搅拌和碾压而成的多相、多组分、多尺度黏弹性混合料,其力学响应具有显著的时间、温度与应力状态相关性,不同试验方法所对应的加载速度、试验温度及应力状态存在较大的差异性,故其试验结果呈现出显著的不确定性,其疲劳性能表征模型参数也存在显著的差异性;此外,常用的室内材料疲劳试验方法大多为一维或二维应力状态下的疲劳试验,这与沥青路面结构实际服役过程中所处的三维应力状态不符;沥青混合料疲劳性能表征方程大多来源于一维应力状态下的疲劳试验结果,因此,用简单应力状态下的材料疲劳试验方法与性能表征模型难以客观表征三维应力状态下沥青路面结构的疲劳抗力,从而导致沥青路面疲劳耐久性设计存在较大的偏差。建议开发与沥青路面服役状态一致的三维应力状态下的疲劳试验方法,并建立三维应力状态下疲劳表征模型,以消除不同试验方法及试验条件对沥青混合料疲劳性能表征的影响,提高沥青混合料疲劳性能表征的有效性与完备性。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标,基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）;然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能,获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率;最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系,并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE,DPSE_c,DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系,DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加,而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小,其原因是随着温度的升高,沥青塑性变形发展变快,而开裂则减缓;SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9,70.1,91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0,47.0,45.8 kJ·mol^-1）,这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青;此外,SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此,可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

基于ANSYS的旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力状态研究

基于有限元软件ANSYS对设置应力吸收层的沥青加铺层进行仿真计算,分别研究了不同弹性模量和厚度的沥青加铺层和应力吸收层对路面结构层应力的影响。研究结果表明:在一定范围内,适当增加应力吸收层和沥青面层的厚度有利于改善路面的防裂效果,但过大的厚度对抑制反射裂缝作用很小,同时也会增加施工难度和造价等。综合施工、应力状态及造价等因素,本文给出的本项目应力吸收层厚度建议值为2.5cm。此外,计算结果表明:应力吸收层的弹性模量越小,其抑制反射裂缝的效果越好,但过小的弹性模量会降低路面整体强度,造成施工困难、易产生车辙等病害,给出的本项目应力吸收层弹性的建议值为500MPa.     

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。     

盾构隧道下穿对砖混建筑的受力影响与控制方法研究

以深圳地铁10号线福田口岸站—福民站区间盾构隧道近距离下穿深圳某住宅小区老旧砖混民居建筑为依托,根据实际施工方案对盾构隧道下穿建筑物的施工过程进行了数值模拟计算,研究设计袖阀管注浆预加固方案下隧道下穿施工对砖混建筑结构受力的影响。通过计算分析表明:盾构隧道正穿对建筑物的影响明显大于侧穿方式;下穿施工对脆性材料结构影响大于对延性材料的影响;采用袖阀管注浆加固方案,可有效控制建筑物拉应力发展,保证受力安全。     

建筑垃圾改良膨胀土特性试验研究

通过不同掺比、不同级配组合建筑垃圾掺入到膨胀土后进行室内试验,分析试样的无侧限抗压强度、CBR力学特性和膨胀特性规律。结合建筑垃圾改良膨胀土作用机理,对工程特性进行分析。研究结果表明:一定比例掺量的建筑垃圾可以显著改善膨胀土的物理力学、膨胀性能;建筑垃圾改良膨胀土的力学特性、胀缩性取决于建筑垃圾的掺比和土的初始含水量大小,此外级配对其也有一定影响。当建筑垃圾掺比为40.0 %左右,混合土含水率为12.4 %左右、采用19.5～31.5 mm粒级再生料时,建筑垃圾改良膨胀土具有更好的工程特性,满足路基填料的要求。     

地下道路低能耗降解尾气型罩面沥青混合料的路用性能研究

基于环保与绿色道路建设要求,提出将二氧化钛水性环氧乳化沥青混合料用于地下道路低能耗降解尾气型罩面施工。为分析地下道路低能耗降解尾气型罩面混合料的综合路用性能,通过试验对比研究了基质沥青AC-5、SBS改性沥青SMA-10、环氧沥青AC-13及地下道路低能耗降解尾气型罩面混合料DE-10四种混合料的静态模量、高温性能、水稳定性能和抗疲劳性能。研究结果表明,地下道路低能耗降解尾气型罩面混合料具有优异的综合路用性能。     

建筑垃圾路基填筑技术

高速公路建设过程中,沿线拆迁产生大量的建筑垃圾,对建筑垃圾的回收利用,不仅能节省工程造价、节约自然资源,海能解决因建筑垃圾堆放产生的环境问题,保障高速公路建设的可持续发展。建筑垃圾主要由砖块、混凝土快、碎石等组成,是很好的路基填筑材料,经过简单的分选、挑拣,直接用于高速公路路基填筑。建筑垃圾颗粒大小不一,需要进行破碎,提出建筑垃圾在路基填筑层位采用羊足碾碾压破碎,结合振动碾压和铁三轮静压,实现建筑垃圾路基碾压密实。建筑垃圾有卡车运至路基填筑现场,现场松铺厚度不超过40 cm,倾倒后采用推土机由前向后倒退摊铺,尽量将大颗粒建筑垃圾铺在下部、细颗粒建筑垃圾铺在上部,先采用21 t羊足碾碾压6-10遍,保证路基表层颗粒粒径不超过10 cm;21 t振动压路机碾压3~6遍、22 t铁三轮压路机碾压3遍.提岀建筑垃圾路基质量控制指标和检测方法。     

沥青面层和层间处治措施对再生水稳基层路面反射裂缝的影响分析

反射裂缝是再生水稳基层的主要病害,沥青面层的厚度、模量以及层间处治措施如土工格栅、SBS沥青混合料应力吸收层和橡胶沥青碎石层等是影响反射裂缝的主要因素。该文结合再生水稳基层路面结构参数,通过有限元建模计算并定量分析了面层的厚度、模量和3种层间处治措施对表征裂缝反射能力的沥青面层底部应力的影响。结果表明:在一定范围内提升沥青面层和层间处治层厚度均能有效缓解面层底部的应力集中现象,但两者模量的提高会加大面层底部的剪应力和弯拉应力;且以上层间处治措施中SBS沥青混合料层间处治层对降低沥青面层底部应力集中最为显著。     

乳化沥青冷再生混合料物理参数及高低温性能试验研究

沥青路面冷再生技术将废旧沥青混合料作为原材料,加入乳化沥青、水泥及外加剂,拌合成新的混合料用于铺筑路面,可节约材料、降低造价、节能环保。现采用不同乳化剂类型的乳化沥青作为结合料,在不同乳化沥青用量和水泥用量条件下,进行冷再生沥青混合料物理参数及高、低温性能的试验研究,分析乳化剂类型、乳化沥青用量和水泥用量对混合料高、低温性能的影响。通过试验研究,得到了满足混合料性能规范要求的最佳乳化沥青用量和水泥用量。研究结果对冷再生沥青混合料的工程应用提供理论依据。