利用沥青混合料复数模量确定松弛模量研究

利用沥青混合料(Superpave 20)在不同温度和频率下的复数模量试验结果,得到沥青混合料的存储模量.根据时间-温度等效原理,确定了沥青混合料存储模量主曲线.利用配置法和相关的黏弹性理论关系式,将沥青混合料的存储模量转化为沥青混合料的松弛模量,并确定了松弛模量Prony系列表达式的各个参数.结果表明:利用较为简单的复数模量试验可以确定沥青混合料在10-8～108 s内的松弛模量,且松弛模量Prony系列表达式具有幂指数组合形式并对应于Wiechert力学模型,这为沥青混合料黏弹性力学分析提供了有效途径.     

沥青路面抗车辙性能分析

为探究沥青路面车辙形成过程,以力学-经验法研究了3种结构类型沥青路面的车辙累积规律,研究流程包含温度场、沥青混合料动态模量和沥青混合料动态蠕变模型3个分析模块,其中沥青混合料动态模量和动态蠕变模型通过试验方法获取.由温度场分析模块得到不同时刻沥青路面各层的温度,通过不同温度和加载频率下试验获取沥青混合料动态模量,以此作为力学模型参数计算获取不同时刻沥青路面各层的应力状态,进而根据动态蠕变模型分析沥青路面不同层位的塑性应变,累积得到整个沥青路面面层的车辙量.结果表明:AC+AC+AC结构上、中面层为车辙产生的主要层位,而将该结构AC上面层替换为SMA上面层可显著降低沥青路面的车辙量,此时中面层对路面的车辙贡献最大.因此,从减少车辙的角度出发,推荐沥青路面结构采用SMA+AC+AC或SMA+AC+LSPM(大粒径排水碎石)结构,同时应加强中面层材料的高温稳定性设计.     

基于流变性能试验的沥青高温性能评价指标研究

采用基质沥青、SBS改性沥青、高模量改性沥青和高黏度改性沥青,进行了常规性能试验、复数剪切试验、重复蠕变试验和广义剪切模量试验,测试几种沥青的软化点与当量软化点、车辙因子与改进车辙因子、蠕变模量和广义剪切模量等高温性能指标.通过对比分析各指标的区分度,以及沥青性能与沥青混合料车辙性能的相关性,发现蠕变模量和软化点与动稳定度拟合关系最好,建议采用蠕变模量作为沥青高温性能评价指标,软化点作为质量控制指标.     

多聚磷酸SBS复合改性沥青混合料低温流变特性及本构关系研究

基于小梁弯曲蠕变试验和直接拉伸应力松弛试验,采用蠕变速率、松弛时间、松弛模量等流变学指标,对比分析了在不同低温条件下,多聚磷酸(PPA)-SBS复合改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料的低温流变特性,同时结合损伤力学和黏弹性力学理论,建立了蠕变损伤模型与六单元广义Maxwell应力松弛模型.结果 表明:不同低温条件下,PPA-SBS复合改性沥青混合料进入蠕变稳定期的时间早于SBS改性沥青混合料,其累积变形量和蠕变速率均大于SBS改性沥青混合料;以Burgers模型为基础,结合损伤力学建立的蠕变损伤模型能够较好地反映蠕变损伤3阶段的变形特性;10℃时2种沥青混合料的应力松弛能力几乎相同,而0、-10、-20℃时PPA-SBS复合改性沥青混合料的应力松弛能力要优于SBS改性沥青混合料,且温度越低效果越明显;采用六单元广义Maxwell模型能够较好地描述低温条件下的沥青混合料应力松弛特性.     

新疆地区沥青路面材料高温力学性能研究

在室内模拟极端高温环境的条件下,应用动态剪切流变仪,对?种新疆地区常用的沥青进行试验,得到沥青老化前后复合剪切模量和抗车辙因子;通过旋转压实仪钻芯取样,对?种沥青混合料进行单轴压缩动态模量试验。试验发现,对沥青结合料来说,改性沥青较基质沥青对老化有更高的敏感性,且老化能够显著提高改性沥青的高温抗剪性能;就沥青混合料而言,动态模量可以更好的反应沥青混合料在不同温度、荷载条件下的力学性能。     

沥青混合料动态模量试验研究

分析了沥青混合料动态模量和相位角对温度和加载频率的依赖性,利用时间-温度置换原理建立了动态模量的通用曲线,并用动态模量实测结果对Witczak预估模型进行了验证和分析,为将动态模量作为沥青路面设计参数和混合料性能评价指标提供了有益参考.     

柔性基层沥青路面结构黏弹性力学响应分析

沥青混合料是典型的黏弹性材料,只有对沥青路面结构进行黏弹性分析,才能得到其实际的力学响应。对一柔性基层沥青路面的各层沥青混合料进行了不同温度、不同频率下的复数模量试验,并利用黏弹性理论关系式,将沥青混合料复数模量试验结果转化为其蠕变柔量的Prony系列表达式,并进而求解在静载和加载、卸载两种荷载模式下路面结构路表弯沉、基层底面拉应变和土基顶面压应变的黏弹性力学响应。研究结果表明,由于沥青混合料的蠕变和松弛特性,各种响应尤其是基层底面的拉应变随时间呈现出较为复杂的变化趋势。随加载或卸载时间的延长,各响应逐渐趋于稳定。本研究也表明进行黏弹性分析可以更科学地描述沥青路面结构的行为特性及破坏原理。     

高模量沥青混合料温度粘弹性能研究

采用多应力蠕变恢复试验(MSCR)和车辙试验表征高模量沥青的粘弹性与高温稳定性,通过微观测试分析了改性剂在沥青中的分散程度。通过动态模量试验,研究了高低温条件下高模量沥青混合料模量与相位角的变化规律,采用疲劳试验研究了材料在动态荷载作用下的服役寿命。试验结果表明:高模量改性沥青在高温下的不可恢复蠕变量仅为基质沥青的17%,约为抗车辙剂改性沥青的27%,高模量改性剂的分散性较抗车辙剂更佳;沥青混合料的动稳定度与沥青的蠕变柔量(Jnr3.2)成反比,高模量沥青混合料具有较好的温度稳定性,可延长道路的使用寿命,适用于温度跨度大的重载地区。     

沥青混合料动态蠕变模量与动稳定度的关系

研究了分别基于AC13和AC25优化出的9组级配、SBS改性中海70#沥青和中海70#沥青两种结合料、花岗岩和石灰岩两种集料以及50,70 mm两种车辙试件厚度等条件下的沥青混合料动稳定度(DS)与车辙模量(E_(DS)),E_(DS)与动态蠕变劲度模量(S_(dy)),S_(dy)与DS这三者的关系.结果表明,不同沥青混合料的S_(dy)与采用厚度匹配的车辙试件DS之间存在良好的相关性.因此可以将DS转换为S_(dy),并用其作为沥青路面结构设计的参数.     

高等级道路沥青路面车辙的预估方法

根据在MTS试验机上对沥青混合料所进行的不同温度、不同应力及不等加载方式下的蠕变试验,对沥青混合料的高温变形特性进行了较为全面的分析,提出了一种有效地表征沥青混合料变形特性的流变学模型,并采用曲线拟合法确定了沥青混合料的模型参数。借助于粘弹性理论和所提出的流变学模型,建立了一种高等级道路沥青路面车辙的预估方法。结合路面的实际条件,提出了车辙计算中有关参数的确定方法,并绘制了供车辙计算查用的诺模图。试验道路上车辙观测结果同预估值较为一致,证实了建议的车辙预估方法的可靠性。     

沥青路面反算模量与沥青混合料动态模量的关系

为获取沥青路面结构层沥青材料模量参数,合理评价沥青路面结构性能,开展沥青路面反算模量与同温度下室内沥青混合料动态模量的关系研究。采用落锤式弯沉仪（FWD）对4个不同结构的沥青路面试验路进行测试,并通过路面结构埋设的温度传感器同步采集温度,对试验结果进行沥青层模量反算;采用沥青混合料性能试验机（AMPT）对试验路沥青材料进行动态模量试验,根据时温等效原理获取FWD测试的同温度下的沥青混合料模量值,结合沥青路面结构层厚度计算沥青混合料动态模量的当量模量;对沥青层同一温度下的FWD反算模量与动态模量的当量模量进行分析比较,建立回归模型。结果表明,不同路面结构的FWD反算模量与室内动态模量的关系基本一致,其变化趋势不依赖于沥青层厚度的变化;沥青路面FWD的反算模量和室内AMPT的模量呈非线性关系,当模量较小时,FWD反算模量要低于室内模量,随着模量的增加,在10000MPa附近时,二者的模量值是接近的,模量值再继续增大时,FWD反算模量的增加较快,明显大于室内动态模量,室内动态模量的增长趋于平缓。     

超大粒径沥青混合料的黏弹特性及温度影响

为精准表征超大粒径沥青混合料（LSAM-50）柔性基层路面的动态黏弹力学响应,对LSAM-50进行动态模量试验,分析了温度对LSAM-50黏弹参数的影响,构建了基于广义对数Sigmoidal模型的黏弹参数主曲线以及基于广义Maxwell模型的黏弹性本构关系.结果表明：温度对LSAM-50黏弹参数的影响显著,温度升高后LSAM-50模量的变化由集料嵌挤力主导,动态模量与存储模量随着温度的升高逐渐降低后趋于稳定;由于LSAM-50具有更大的粒径和集料嵌挤力,其高温抗变形能力比AC-20和AC-13更强;可用广义Maxwell模型构建LSAM-50的黏弹本构关系,其相关性不低于0.99.     

纤维沥青混凝土的松弛性能研究

为了分析纤维沥青混凝土的粘弹性能,基于复合材料细观力学和粘弹性力学理论,应用纤维增强复合材料的等效模量公式,结合四单元五参数粘弹性模型对纤维沥青混凝土的松弛模量进行了理论分析,得出纤维沥青混凝土有效松弛模量的粘弹性公式,并利用该公式分析了纤维掺量与纤维沥青混凝土松弛模量之间的关系,探讨了纤维沥青混凝土泊松比的变化对其松弛特性的影响.结果表明,纤维掺量小于0.20%(质量分数)时,计算结果与试验结果能够较好地吻合.在纤维沥青混凝土的松弛过程中,泊松比随着沥青混凝土松弛模量的减小而逐渐增大,不计入泊松比变化的纤维沥青混凝土松弛模量要比计入泊松比变化的松弛模量大.     

温度场与荷载对沥青路面车辙的影响及解决方案研究

研究温度场与交通荷载作用对沥青路面车辙变形的影响。通过实地测试沥青路面结构层内温度场分布,运用WITCZAK模型计算分析沥青路面结构层内混合料动态模量波动规律,并采用Bisar 3.0软件模拟计算不同荷载下路面结构层内的应力应变分布。研究结果表明,沥青混合料动态模量随路面温度场波动变化,高温下衰减量可达70%～90%。在温度场和荷载作用下,沥青路面上、下面层内应力应变明显。在路表向下温度递减的温度场下,路面上面层剪应变和竖向压应变等形变较大;在路表向下温度递增的温度场下,路面下面层剪应变和竖向压应变等形变较大。高温与重载的耦合作用易在上面层产生车辙变形;低温下长期荷载作用易在下面层产生车辙变形。在道路中下面层采用硬质沥青,并加强道路管理养护,可有效提升沥青路面的抗车辙性能。     

沥青混合料动态模量预估模型及试验研究分析

采用性能试验机(AMPT)对3种混合料的动态模量及相位角进行了测试,在对比分析了温度及频率对沥青混合料的影响后,根据沥青混合料的时间—温度等效原理,通过非线性最小二乘法拟合得到沥青混合料动态模量的主曲线,并参照国外的研究成果,得到了各动态模量的预估模型方程。     

张拉成形曲面的应力松弛分析

对膜结构施工中由裁剪片拼接张拉形成的膜面进行应力松弛分析,考察膜面应力随时间逐渐减小的变化规律。考虑膜材材料和几何双重非线性,采用广义Maxwell黏弹性模型建立积分型本构方程,推导增量本构方程,编制非线性有限元程序实现成形曲面的应力松弛数值分析过程。对聚氯乙烯 (PVC)膜材进行了不同初始应力水平下的单轴应力松弛试验和不同应力比下的双轴应力松弛试验,用5单元的广义Maxwell黏弹性模型对试验数据拟合,确定了膜材本构方程的黏弹性参数。进行十字形膜片的加载及应力松弛试验,对其试验过程进行数值分析,结果表明试验结果与数值分析结果基本一致,验证了成形曲面黏弹性数值分析方法的可行性。对PVC膜材马鞍形曲面算例进行黏弹性分析,结果表明,马鞍形曲面在张拉完成4 d后,膜面平均应力降低了44%。     

基于直接拉伸试验的沥青混合料粘弹性损伤特性研究

利用MTS810型电液伺服试验系统对沥青混合料小梁试件在四种温度下进行了大量等应变率加载控制的拉伸试验。由时温等效原理按Arrhenius移位因子得到基准温度下的拉伸模量主曲线。将连续性损伤因子与Maxwell粘弹性模型耦合推导得到考虑损伤的粘弹性模型。由于考虑了材料的损伤效应, 理论模型与实验结果吻合较好。     

基于Burgers黏弹性模型的沥青路面蠕变变形规律三维有限元分析

针对不同温度条件下沥青路面的蠕变变形问题,以Burgers模型为理论依据,利用数据分析软件Origin8.1对不同温度下的蠕变试验曲线进行拟合分析,得出Burgers模型中E1、E2、η1、η2四个蠕变方程参数,采用Laplace变换与逆变换将Burgers蠕变方程转化为Prony级数,由此得到不同温度下沥青混合料的相对松弛模量g1、g2及松弛时间τ1、τ2,供ANSYS调用分析。利用三维有限元数值法对不同温度及加载时长下的沥青路面蠕变变形分布规律进行数值分析计算。结果表明:不同温度下路表蠕变变形横向范围均为0.88 m,变形向轮迹外侧延伸范围较内侧更广;温度越高,路表所产生的应变越大,60℃时路表会发生应变突变,路面经受5.4×106累计当量标准轴载通行次数后将产生1 cm的车辙,对沥青路面的高温稳定性提出了更高的要求。     

高模量橡胶改性沥青及其混合料性能研究

高模量沥青及其混合料是解决沥青路面重载交通及长大陡坡路面车辙等问题的重要工程材料。采用活化橡胶颗粒制备的橡胶改性沥青具有优异的高低温性能及抗车辙性能。本文分析了克炼30#A级和克炼50#A级低标号硬质沥青、克炼70#A级沥青及橡胶改性沥青性能,并采用两种级配类型（ATB-25和SUP-20）来评价其高低温性能及水稳定性能。结果表明,橡胶改性沥青PG分级为76-28,在相同温度下,橡胶改性沥青复数剪切模量及车辙因子最大;随着温度的降低,四种沥青的蠕变劲度均显著增大,但橡胶改性沥青的增大趋势最慢,橡胶改性沥青的m值最大;两种级配类型下,橡胶改性沥青具有最大的动稳定度及弯曲劲度模量,同时有较好的水稳定性能。     

高模量沥青混合料在沥青路面养护中应用研究

采用高模量沥青混合料(EME-14)进行配合比设计,并通过多列士试验、高低温性能试验、模量性能试验等,对高模量沥青混合料进行了性能评估,经现场压实度检测、抗滑性能观测及车辙、外观、接缝观测表明,高模量沥青混合料EME-14满足沥青路面养护要求,值得推广应用。