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。     

半刚性基层材料路用性能的试验研究

通过室内试验,研究了3种半刚性基层材料(水泥碎石、水泥粉煤灰稳定碎石、二灰碎石)的强度特性、断裂韧度、干缩特性及疲劳性能,比较了它们的路用性能。试验结果表明:半刚性基层材料的断裂韧度与弯拉强度具有一定的相关性;二灰碎石与水泥类稳定碎石相比,强度和断裂韧度较低,干缩性能和疲劳性能较好;水泥类稳定碎石抗弯拉强度比二灰碎石高,可弥补其疲劳寿命衰减过快的不足;用粉煤灰代替部分水泥,有广泛的工程应用前景。     

水稳碎石沥青路面基层最小厚度研究

通过对水泥稳定级配碎石材料进行弯拉疲劳试验,得到了水泥稳定级配碎石的疲劳方程;建立不同结构层厚度下的路面结构模型,分析了水稳碎石基层沥青路面在不同标准轴载作用次数下的结构响应,确定了弯沉和结构疲劳寿命分别控制下的水稳碎石基层最小厚度,面层厚度为5、10、15cm时,基层最小厚度分别为32.3、34.2、36.5cm。基层最小厚度结果表明,面层厚度5cm时,基层最小厚度的有效控制指标为结构层疲劳寿命;面层厚度10、15cm时为弯沉。     

路面材料疲劳损伤分析及疲劳寿命预估

针对路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化及疲劳寿命,运用损伤力学相关理论建立梁式结构的疲劳损伤演化模型,并结合小梁疲劳试验,分析路面材料小梁试件在重复加载下的疲劳损伤演化规律及疲劳寿命。结果表明,对于沥青混合料、水泥稳定碎石、二灰土3种材料而言,当疲劳损伤演化模型指数p分别取4.0、7.2、6.3时,理论分析得到的小梁跨中挠度和疲劳寿命与试验结果比较接近;对于3种材料的小梁试件,随着荷载循环次数的增加,小梁底缘中点的损伤度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,体现出非线性变化的规律;随着荷载循环次数的增加,小梁跨中挠度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,与损伤度的变化规律一致。     

纤维混凝土抗盐冻性能试验研究

为提高季冻区路用水泥混凝土的抗盐冻性能,以钢纤维、玄武岩纤维、PVA和聚丙烯纤维混凝土和素混凝土为研究对象,进行盐冻条件下的弯拉强度及冻融循环试验,分析200次冻融循环作用下混凝土的弯拉强度损失、相对动弹模量、质量损失及疲劳寿命。研究结果表明:纤维的掺入可显著提高混凝土的弯拉强度(聚丙烯纤维除外)、抗盐冻性能及疲劳性能;钢纤维、玄武岩纤维、PVA和聚丙烯纤维4种纤维掺入后,混凝土的弯拉强度分别比素混凝土弯拉强度增加14.3%、7.9%、20.6%和-4.8%;抗盐冻性能由高到低为聚丙烯纤维钢纤维PVA玄武岩纤维;200次冻融循环作用下,疲劳寿命由大到小为钢纤维PVA聚丙烯纤维玄武岩纤维素混凝土路面。4种纤维中,钢纤维混凝土弯拉强度和抗盐冻性能良好,且冻融前后疲劳性能最佳,因而在季节性冰冻地区水泥混凝土路面材料设计时应当优先推荐使用钢纤维。     

固化剂稳定铁尾砂基层结构设计参数取值分析

为分析固化剂稳定铁尾砂材料用作基层时结构设计参数取值,分别进行不同铁尾砂、5-10 mm碎石及固化剂掺配比例下,试件90 d养生龄期的弹性模量试验及弯拉强度试验。试验结果表明:5-10 mm碎石添加30%和40%时,固稳铁尾砂弹性模量及弯拉强度测试值与规范推荐的水泥稳定碎石弹性模量及弯拉强度接近或略高;未掺碎石时,固稳铁尾砂弹性模量及弯拉强度测试值与规范推荐的水泥稳定土弹性模量及弯拉强度接近或略高。确定了固稳铁尾砂混合料弹性模量及弯拉强度推荐取值范围,通过疲劳试验,采用Haversine(半正弦)加载模式,回归得到的稳定铁尾砂混合料(5-10 mm碎石添加30%,固化剂用量6%)疲劳参数a的取值为13.49,b的取值为12.008,疲劳参数与规范推荐的水泥稳定碎石类材料接近。     

添加PVA纤维的水泥稳定碎石混合料抗裂与耐久性能研究

基于7 d无侧限抗压强度、劈裂强度、弯拉强度研究了聚乙烯醇(PVA)纤维掺量及长度对水泥稳定碎石力学性能的影响,优化出适宜的纤维掺量和长度;进而通过干缩试验、温缩试验、疲劳试验、冻融循环试验,研究了PVA纤维水泥稳定级配碎石混合料的变形特性和疲劳性能,基于SEM试验揭示了PVA纤维的增强机理。结果表明,掺加PVA纤维显著改善了水泥稳定碎石混合料的抗压强度和弯拉强度,PVA纤维提高了水泥稳定级配碎石的抗疲劳耐久性和抗冻融性能,并能减少干缩变形和温缩变形。在PVA纤维掺量1.1 kg/m~3、纤维长度20 mm时,水泥稳定级配碎石的各项力学性能、变形特性和疲劳性能达到峰值。锚固在水泥稳定级配碎石中的PVA纤维具有协同受力、传递荷载、协调变形的作用,从而有效延缓了破坏裂纹的产生和发展。实体工程跟踪检测结果表明,掺加PVA纤维可以提高水泥稳定碎石基层的抗压强度,阻止半刚性基层产生反射裂缝,并延缓半刚性基层产生疲劳开裂,PVA纤维水泥稳定碎石基层具有推广应用价值。     

不同结构类型水泥稳定碎石材料抗拉性能研究

在室内条件下进行不同结构类型水泥稳定碎石材料弯拉强度、劈裂强度相关试验,探讨结构类型对水泥稳定碎石抗拉性能的影响,对两种不同抗拉强度指标进行对比分析,建立二者之间的换算关系,并分析弯拉强度、劈裂强度差异的成因。结果表明,悬浮密实结构的抗拉性能优于骨架密实结构和骨架空隙结构,悬浮密实型水泥稳定碎石材料具有更好的抗裂性能;弯拉试验测得的材料抗拉强度大于劈裂试验所得抗拉强度;弯拉强度与劈裂强度之间具有较好的线性关系;材料内部应力状态的不同导致弯拉强度、劈裂强度的差异。     

乳化沥青水泥混凝土力学性能研究

为了解乳化沥青水泥混凝土的力学性能,通过室内试验,探究乳化沥青掺量对水泥混凝土抗压、弯拉强度的影响,在此基础上研究乳化沥青水泥混凝土的刚度和疲劳特性。试验结果表明,在不改变弯拉强度的情况下,乳化沥青的加入能够降低水泥混凝土的刚度,增加其疲劳寿命次数,改善水泥混凝土的性能。     

玄武岩纤维对乳化沥青水泥稳定碎石性能的影响研究

在乳化沥青水泥稳定碎石基层材料中添加掺量0.6 ‰,长度为18 mm的玄武岩纤维后,通过室内试验对乳化沥青水泥稳定碎石性能的影响进行研究。结果表明:随着养护龄期的增加,乳化沥青水泥稳定碎石的弯拉强度逐渐增加,干缩应变逐渐降低;相比不掺玄武岩纤维的乳化沥青水泥稳定碎石,掺纤维后,乳化沥青水泥稳定碎石的最大干密度和最佳外掺水量变化不大;乳化沥青水泥稳定碎石的抗疲劳性能提升,且各个龄期的的干缩应变明显降低,弯拉强度明显上升。通过工程应用表明,在乳化沥青水泥稳定碎石中添加玄武岩纤维能很好地降低反射裂缝,提升道路整     

全深式水泥稳定就地冷再生基层应用与耐久性能评价

为了将含有回收沥青路面材料及回收基层材料的废旧路面材料就地水泥冷再生后用于高速公路的基层,并能在短期内快速评价水泥就地冷再生基层的耐久性能,大广高速奈曼东连接线进行了全深式水泥稳定就地冷再生基层和骨架密实型水泥稳定碎石基层的劈裂强度、无侧限抗压强度、弯拉强度、动态压缩模量试验(中间段法)、干缩温缩应变、冻融循环水稳定性与抗疲劳耐久性等的对比研究,进而采用足尺加速加载试验评价了全深式水泥稳定就地冷再生基层的长期使用性能。研究结果表明,全深式水泥稳定就地冷再生混合料的7d无侧限抗压强度、弯拉强度、动态压缩模量完全能满足规范中高速公路基层的要求;相同试验条件下,水泥稳定就地冷再生混合料的强度特性、力学性能、抗冻性及疲劳寿命均小于新成型骨架密实型水泥稳定碎石混合料,但2种半刚性基层的承载能力相差不大;在持续荷载作用下,路面基层疲劳损伤累积会导致其承载能力不断衰减,随着试验轮加载次数增大,2种半刚性基层弯沉代表值持续增大,而弯沉增长率呈先显著增大后趋于平稳的变化趋势,全深式水泥稳定就地冷再生基层的承载能力衰减对重复荷载作用更加敏感。足尺加速加载试验加载了120万次后,全深式水泥稳定就地冷再生基层未发生疲劳开裂病害,也表现出了良好的耐久性能;建议改扩建工程中,宜将全深式水泥稳定就地冷再生基层应用于交通量较小的车道方向。     

乳化沥青-柔性纤维改性水稳碎石弯曲韧性试验研究

本文选用乳化沥青和柔性纤维(聚丙烯纤维)两种材料对水泥稳定碎石进行改性研究。通过三分点加载试验,得到了普通水泥稳定碎石(CSM)、3%乳化沥青掺量的水泥稳定碎石(CASM)和柔性纤维的乳化沥青水泥稳定碎石(PCASM)的荷载-挠度曲线,并分别按照美国材料与试验协会ASTM C1018-97标准方法、日本混凝土协会(JCI)标准方法和国内研究者提出的剩余弯曲强度法对三种类型稳定碎石进行韧性评价。结果表明,水泥稳定碎石中掺入乳化沥青,会显著降低混合料的韧性指数及剩余弯曲强度;聚丙烯纤维能够有效提高乳化沥青水泥稳定碎石的弯曲韧性及剩余弯曲强度,且添加聚丙烯纤维后,混合料的弯曲韧性指数和剩余弯曲强度明显高于普通水泥稳定碎石,改善了乳化沥青水泥稳定碎石的弯拉性能。     

CTB-50水泥稳定碎石抗冻性能研究

为评价最大粒径为53 mm的水泥稳定碎石(CTB-50)抗冻性能，研究了冻融循环次数、级配类型、水泥剂量对水泥稳定碎石抗冻性能的影响，并建立了冻融强度劣化系数预测模型。结果表明：随冻融循环次数增加，水泥稳定碎石抗冻性能先急剧降低，冻融7次后抗冻性能不再有显著变化；水泥稳定碎石存在冻融强度极限劣化系数，CTB-50为0.845,比CTB-30的0.795提升了约6.3%;相同冻融次数后CTB-50与CTB-30无侧限抗压强度比值至少为1.15,且随冻融次数增加，强度比值增大，可达1.27;随水泥剂量增加，水泥稳定碎石冻融强度劣化系数有所增大，但并不明显。     

水泥稳定碎石抗疲劳性能因素的灰色关联分析

文章借助灰色关联分析方法,对选取水泥碎石混合料试件在反复荷载作用下达到1×106次疲劳寿命的应力水平、水泥剂量、4.75mm通过率、成型方式及抗弯拉强度等进行综合评价,确定了影响水泥稳定碎石抗疲劳特性因素的影响程度,为提高水泥稳定碎石混合料的疲劳性能提供依据.     

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。     

纤维对水泥稳定碎石基材抗弯拉强度影响试验研究

纤维掺入水泥稳定碎石中,研究其对基材抗弯拉强度的影响。结果表明,纤维对水泥稳定碎石基层弯拉强度的增强存在一个最佳掺量值,当掺量低于该值时,其对基材抗弯拉强度的增强作用随着掺量的增加而增加,当掺量高于该值时,则随着掺量的增加而逐渐降低。     

半刚性基层材料弯拉强度试验影响因素研究

本文通过分析和研究济青高速公路旧路面铣刨完的半刚性基层材料的室内弯拉强度试验,从加载速度、成型方式以及强度变异对应应力比三个影响因素方面进行探讨,可以得出在同样的试验条件下,试验中加载速度愈慢,弯拉强度愈小;成型试件的方式对半刚性基层材料的弯拉强度影响也非常大,振动成型方式获得的试件能够形成相对密实的结构,力学性能相对较好,获得平均弯拉强度较大,比静压成型方式更为合理;由于在同一疲劳荷载作用下,导致用弯拉强度的平均值来确定旧路面达到平衡湿度的半刚性基层材料疲劳试验的加载次数结果有很大出入,计算出的疲劳方程也因此不准确,判断半刚性基层的使用寿命和残余寿命的可靠性差。     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

聚丙烯纤维增强再生水泥稳定碎石基层材料性能研究

通过对0 %～0.4 %掺量聚丙烯纤维（PP）和0 %～60.0 %再生骨料（RA）进行了30组再生水泥稳定碎石材料组成设计,开展了无侧限抗压强度、劈裂强度、干缩系数及疲劳寿命性能试验研究。结果表明:采用0.3 %聚丙烯纤维可显著提升再生水泥稳定碎石相关性能,稳定碎石材料的疲劳寿命和劈裂强度受再生骨料掺量的变化最为敏感;在综合保障再生水泥稳定碎石性能的基础上,再生骨料利用率最大可达到50.0 %。     

水泥稳定碎石长期强度发展规律

为了全面认识水泥稳定碎石材料的性能特性,为后续研究提供理论支持,对水泥稳定碎石进行了15年长龄期下强度发展规律的研究。通过对不同龄期的道路强度值进行拟合分析,揭示了水泥稳定碎石无侧限抗压强度的长期发展规律,建立了水泥稳定碎石龄期与强度之间更为广泛的关系。研究结果表明:水泥稳定碎石强度受龄期影响,龄期越长,强度越大;前期强度发展迅速,后期强度发展规律缓慢;随着龄期的增长,水泥稳定碎石浸水强度损失率越来越大,其强度更容易受含水率影响。为保证运营期的路面使用寿命,应注重前期的养生与后期的养护,并做好路面的排水。