基于加速加载的在役沥青混合料损伤与疲劳性能

采用足尺加速加载试验模拟了现场沥青路面的在役状态,基于便携式地质地震波模量分析仪和劈裂试验对在役沥青混合料的损伤与疲劳性能进行了研究。结果表明:路面地震波模量随加速加载作用次数的增加而不断降低。基于地震波模量检测结果的频散曲线,分析了路面不同深度处地震波模量的衰变规律,发现下面层沥青混合料的临界损伤位置出现在其上部区域。在役沥青混合料的劈裂强度随加载作用次数的增加总体上略有降低。而加速加载作用对在役沥青混合料疲劳抗力的影响随着路面深度的增加而降低。     

沥青混合料动态模量季节性变化规律研究

路面结构中沥青混合料的实际工作温度是一个很宽的范围,为了更客观地进行路面结构的分析和设计,需要确定混合料力学性质随时间的变化情况.通过试验确定了某一柔性基层沥青路面试验段各层沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度转化因子,并利用实测的2002-2003年每1 h的气候数据分析了试验段温度场的分布及变化情况,进而确定了路面结构内不同深度处沥青混合料动态模量随时间的变化情况,可供路面结构分析和设计参考.分析结果表明,沥青混合料的动态模量呈现出明显的季节性变化,最大、最小日平均动态模量可相差14倍以上,随着深度的增加,动态模量的季节性变化幅度逐渐减少.     

掺外加剂沥青混合料路用性能及黏弹性试验分析

为了研究外加剂对沥青混合料路用性能的改善,选取3种外加剂,配制了5种沥青混合料,对其高温稳定性、低温抗裂性能、水稳定性等路用性能及黏弹性进行了试验与分析.试验结果表明:沥青混合料的路用性能与模量关系密切,高温模量最高的抗车辙剂混合料及PR.M混合料的高温稳定性能良好;在低温时模量降低的橡维联混合料的低温抗裂性能良好;添加抗车辙剂与橡维联的沥青混合料兼顾了高、低温性能.掺有抗车辙剂与PR.M的3种沥青混合料,其水稳定性显著改善.配制的5种混合料在不同温度下的蠕变规律基本相同,蠕变变形随时间延长而逐渐增大,直至趋于稳定,混合料抵抗变形能力逐渐提高.对于抗压回弹模量提升效果显著的抗车辙剂和PR.M,其混合料的蠕变劲度模量较其他混合料高.     

炭黑改性沥青混合料的动态响应主曲线分析

为了分析炭黑改性沥青的动态响应,在不同试验温度及加载频率下进行基质沥青混合料和炭黑改性沥青混合料的简单性能试验(SPT),分析了两种混合料动态模量和相位角的变化规律,并根据试验数据,采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成了两种沥青混合料动态模量和相位角主曲线,并对其进行对比分析.结果表明,炭黑改性沥青混合料的活化能ΔE_a和移位因子lg[α(T)]在低于参照温度时小于基质沥青混合料,而在高于参照温度时大于基质沥青混合料.随着加载频率的升高,动态模量主曲线呈"S"形曲线逐渐增大,而相位角主曲线先增大后减小,但不如动态模量主曲线光滑,尤其在低频范围内数据分散.动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对炭黑改性沥青混合料黏弹性响应的影响.炭黑改性沥青混合料在低于37.8℃时的动态模量更大,具有更好的抗变形能力;随着温度的升高,当温度超过37.8℃时,两种混合料的黏弹性响应差异不大,即在低频或高温条件下的炭黑改性效果不显著.     

矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响

为了解决沥青混合料高温性能不足的问题,研究了矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响.以AC-20C型沥青混合料为背景,根据贝雷法3个参数进行了矿质混合料配合比正交试验设计,得到9种不同的矿质混合料级配,并以加州承载比(California bearing ratio,CBR)和振实间隙率为指标,对矿质混合料性能进行了评价,从中选出矿质混合料性能差异明显的3种级配,进行了沥青混合料的配合比设计.进而在不同温度和加载频率条件下,开展了3种级配沥青混合料的动态模量试验.依据试验结果,分析了矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响.研究表明:高温条件下矿质混合料性能对沥青混合料的动态模量有较大影响,低温时矿质混合料性能对动态模量的影响不明显.通过优化矿质混合料性能,可以显著改善沥青混合料的高温性能.具有较高CBR值和较低振实间隙率的矿质混合料,对应的沥青混合料具有较好的高温性能.     

纤维沥青混合料最佳纤维掺量的确定

为确定纤维沥青混合料中纤维的最佳掺量,通过对不添加纤维和各添加0.3%时的4种纤维沥青混合料进行高温车辙试验、水稳定性试验、低温弯曲试验和疲劳试验,对同一纤维不同含量的纤维沥青混合料进行低温弯曲试验,并对纤维沥青混合料破坏时的应变能进行分析,同时分析抗弯拉强度、弯拉应变和弯曲劲度模量是否在正常使用范围。结果表明:沥青混合料在添加纤维后高温性能和低温性能明显提高,并且各纤维都存在最佳掺量;应变能可以较为明显地反映纤维变化对混合料整体性能的影响,确定的纤维最佳掺量更精确,并且在应变能确定的最佳纤维掺量下,混合料的其他技术指标均处于较为理想的状态。     

沥青混合料劈裂回弹模量的研究

利用有限元程序对沥青混合料劈裂试验进行数值模拟,拟合并推导出弹性模量的计算公式.根据劈裂试验测得的回弹变形数据,详细阐述了一个具体沥青混合料试件劈裂回弹模量的计算过程,并分析了3种温度条件下沥青混合料的劈裂回弹模量,最后将3种受力方式下所测得的弹性模量及其对路面结构受力的影响进行了比较分析.研究成果对沥青混合料弹性模量的确定及沥青路面结构设计规范的参数选择具有重要的意义.     

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.     

基于动态模量和三层式车辙试验的车辙深度预估

为研究沥青混合料在动态荷载作用下的车辙变形量,根据沥青混合料动态模量试验及标准车辙试验数据,论证了沥青混合料动态模量指标■与车辙变形量间的相关性,引入温度、加载频率、加载应力、有效沥青用量、空隙率及级配参数构建了动态模量预估模型.然后采用"亚层变形叠加"基本思想,运用基因遗传算法基本原理,建立了包含沥青层厚度、荷载作用次数、动态模量指标■等因素的三层式车辙试验车辙深度预估模型.结果表明:提出的车辙预估模型能较准确地反映三层式车辙试验的车辙变形规律,预估方法对于不同温度区间及不同行车荷载作用下沥青路面车辙问题研究与沥青路面设计具有一定参考价值.     

废旧塑料改性沥青混合料动态模量研究

针对目前大量废旧塑料处置问题,尝试将其用于改性沥青混合料,以探索其在道路工程中使用的可能性.采用超市废旧高密度聚乙烯购物塑料袋,将其切碎后按照2%.5%和8%的掺量制作沥青混合料试件,采用三种试验温度在六种加载频率下进行动态模量试验,与未掺加塑料混合料的相应指标进行对比.试验结果显示在各个试验温度和加载频率下,掺加塑料屑的混合料动态模量普遍提高.掺加塑料与否对相位角指标的影响未呈现一定规律.在各个试验温度和加载频率下,2%塑料掺量混合料均具有较高的动态模量和相位角.     

Rheological properties of asphalt mixtures containing various fibers

Rheological characteristics of fiber-modified asphalt mixture were investigated.Cellulous fiber,polyester fiber and mineral fiber were used as additives for asphalt mixture,and the dosages were 0.3%,0.3%,0.4%,respectively.Dynamic modulus test using superpave simple performance tester(SPT) was adopted to study the dynamic modulus and phase angle for the control mixture and fiber-modified ones at various temperatures and frequencies.Test results show that the rheological properties can be improved significantly by the addition of various fibers.The dynamic modulus increases with the increase of frequency,and the phase angle decreases with the increase of frequency.When various fibers are used,the dynamic modulus increases and phase angle decreases at each frequency.This indicates that the stiffness and the elastic portion of fiber-modified asphalt mixtures can be enhanced when various fibers are used,which results in the change of viscoelastic properties of mixtures.The creep test results show that the total strain and the permanent strain of asphalt mixtures during load-unload cycle can be significantly reduced,which results in the improvement of resistance to permanent deformation for asphalt mixtures containing various fiber additives.The Burgers model can be employed effectively to illustrate the rheological properties of fiber modified asphalt mixtures.     

花岗岩矿料与沥青交互作用能力的研究

为了找出影响花岗岩沥青混合料水稳定性的主要因素,使花岗岩大规模应用于沥青路面,本文采用动态剪切流变仪(DSR),对不同花岗岩石粉、不同粉胶比条件下的沥青胶浆进行流变性能的研究,以此分析不同花岗岩与沥青交互作用能力.研究发现不同沥青与石粉产生的交互作用能力有所不同.因此,应用花岗岩时在材料选择方面应该注意与花岗岩的"配伍性"问题.通过冻融劈裂试验检验沥青混合料水稳定性与沥青和石粉交互作用能力之间的关系,发现花岗岩沥青胶浆的流变学性质与花岗岩沥青混合料水稳定性之间存在良好的对应关系.     

硫磺改性沥青混合料基本性能的研究

为考察硫磺改性沥青混合料的路用性能,选取AC-13和AC-20两种混合料类型、4种不同的硫磺掺量（硫磺占硫磺改性沥青胶结料的质量百分比分别为0%、30%、35%、40%）作为对比,采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、汉堡车辙试验测试了其水稳定性能,采用车辙试验、三点小梁弯曲试验和Overlay Tester试验分别测试了其高温性能、低温性能与疲劳性能,采用动态模量试验获得了其力学参数. 结果表明: 添加质量分数为30%硫磺后,AC-13和AC-20沥青混合料动稳定度分别提高了18%和26%,疲劳开裂性能有所提高, 低温性能没有明显改变. 添加不同质量分数的硫磺,沥青混合料的水稳定性能明显降低,其中AC-13沥青混合料在添加40%硫磺时冻融劈裂强度比下降达22%. 动态模量测试表明硫磺改性沥青混合料与普通沥青混合料动态模量变化趋势相同,但-10 ℃~54 ℃温度区间较普通沥青混合料动态模量要高.     

老化前后沥青与沥青混合料指标相关性分析

为分析老化前后沥青与沥青混合料指标相关性，开展了相应室内试验研究：在不同老化阶段进行沥青针入度、延度、软化点试验；在中、低温条件下，对不同老化时期AC-13沥青混合料进行半圆弯拉试验，分析混合料力学强度、弹性模量、断裂能演化规律；将老化前后沥青三大指标与沥青混合料力学指标进行相关性回归分析。试验结果表明，老化初期对混合料强度、弹性模量影响较大，且老化对弹性模量影响较为敏感；混合料对低温断裂能作用明显，中温断裂能显著高于低温断裂能；混合料老化前后的强度、弹性模量与沥青三大指标具有较高线性相关性，针入度可对中低温下混合料力学性能进行预测。     

Rheological characteristics of aged asphalt binder

Different aging levels(RTFOT,PAV-10h,PAV-20h and PAV-30 h) of asphalt binders with various mass ratios of mineral powder to asphalt(0,0.4,0.8,1.2,1.6,2.0) were used to investigate the rheological properties of aged asphalt binders with respect to their short and long terms aging characteristics.Viscosity test,dynamic shear test and creep test were conducted.The test results indicate that the viscosity of aged asphalt binder increases sharply with the extension of aging period.Complex shear modulus of aged asphalt increases,which indicates that the stiffness of asphalt binders can increase.The phase angle for aged asphalt binders reduces,which indicates that the elastic portion for viscoelastic property of asphalt binders increases.|G*|·sin δ increases after aging procedure which means that the fatigue resistance becomes poor.The creep test results show that creep strain curves varies remarkably for virgin and aged asphalt binders.The total strain during loading period and the permanent strain decreases significantly for aged asphalt binders,which implies that the elastic portion increases and the viscous portion decreases.     

多年冻土地区沥青混合料抗压回弹模量性能研究

针对多年冻土地区常年温度低、温差大等特殊气候条件,通过沥青混合料室内抗压回弹模量试验,分析温度、油石比、沥青种类和级配对混合料抗压回弹模量的影响。结果表明,沥青混合料回弹模量随温度的升高而降低;对比不同级配沥青混合料可知,低温下,SBR改性AC-16混合料的抗压回弹模量与AC-13相当;存在对应于抗压回弹模量达到最大值时的最佳油石比,范围约在6.0%～7.0%之间;SBR改性沥青混合料的低温抗压回弹模量明显优于130#道路石油沥青混合料。混合料抗压回弹模量值的常对数与温度及油石比的关系符合二元一次函数。用SPSS相关分析方法分析各个影响因素对混合料抗压特性的影响程度可知,温度和沥青种类对抗压回弹模量影响显著。     

Rheological behavior of basalt fiber reinforced asphalt mastic

The characters of basalt fiber are analyzed and compared with commonly used fibers. The rheological behaviors of the basalt fiber reinforced asphalt mastic are investigated by the dynamic shear rheological tests and the repeated creep tests. The results show that basalt fiber has excellent reinforced performances, such as high asphalt absorption ratio, low water absorption ratio, high tensile strength, high elastic modulus and high temperature stability. The rutting factor of the fiber reinforced asphalt mastic is higher than the plain asphalt mastic and the reinforced effects are more remarkable under high temperature. The rheological performances of the asphalt mastic demonstrate a good linear relationship between different temperature and loading frequency. The creep stiffness modulus of the asphalt mastic at different loading time can be expressed by power function. Improved Burgers model is used to represent the rheological behaviors of the asphalt mastic with basalt fiber and the model parameters are estimated.     

Effects of Fibers on the Dynamie Properties of Asphalt Mixtures

The dynamic characteristics of fiber-modified asphalt mixture were investigated. Cellulose fiber, polyester fiber and mineral fiber were used as additives for asphalt mixture, and the dosage was 0.3%, 0.3%, 0.4%, respectively. Dynamic modulus test using SuperPave simple performance tester （SPT） was conducted to study the dynamic modulus （E＇） and phase angle （δ） for the control asphalt mixture and fiber-modified ones at various temperatures and frequencies. Experimental results show that all fiber-modified asphalt mixtures have higher dynamic modulus compared with control mixture. The dynamic modulus master curves of each type of asphalt mixtures are determined based on nonlinear least square regression in accordance with the time- temperature superposition theory at a control temperature （21.1℃）. The fatigue parameter E^＊×sinδ and rutting parameter E^＊/sinδ of asphalt mixture are adopted to study the fatigue and rutting-resistance properties, and experimental results indicate that such properties can be improved by fiber additives.     

Rheological properties of conductive asphalt binders containing graphite and carbon fiber before and after ageing

Modified asphalt binders were prepared by adding conductive materials, graphite and carbon fiber. The rotation thin film oven test (RTFOT) and pressure age vessel test (PAV) were conducted to simulate the binder aging in the field. Rheological properties of graphite and carbon fiber modified asphalt binder were investigated by the empirically rheological properties (penetration and softening point) and the dynamic shear rheometer (DSR) test. Results show that physical properties of asphalt binder change with conductive material mixed. DSR tests present that the values of complex modulus increase while phase angles decrease under a proper amount of graphite and carbon fiber. Rutting parameters point out that graphite can improve the rutting resistance of asphalts. Rheological parameters can be used to assess aging.