基于細觀力學(xué)方法預(yù)測瀝青混合料低溫模量及工程應(yīng)用

長沙理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 瀝青混合料動態(tài)模量研究 姓名：羊明 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：道路與鐵道工程 指導(dǎo)教師：田小革 20070401

由于交通量激增以及重載、超載等因素，瀝青路面的車轍病害日趨嚴(yán)重。發(fā)生車轍病害的路面由于輪跡處的車轍變形，路面的使用功能降低，行車舒適性和安全性也受到影響。研究表明，車轍在很大程度上是剪應(yīng)力作用下瀝青混合料塑性流動的結(jié)果。發(fā)生車轍病害的瀝青路面結(jié)構(gòu)中，瀝青面層的永久變形量占路面車轍總量的70％以上，并且其比重隨瀝青層厚度的增加而增大。

為促進高模量瀝青混合料的推廣應(yīng)用,對高模量瀝青混合料的性能進行分析,并與基質(zhì)瀝青混合料、sbs改性瀝青混合料進行對比。結(jié)果表明:高模量瀝青混合料較基質(zhì)瀝青混合料,靜態(tài)模量提高28.7%,動態(tài)模量能夠達到靜態(tài)模量的5~7倍,且超過14000mpa,是基質(zhì)瀝青混合料的1.64倍；高模量瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫抗車轍能力；高模量瀝青混合料低溫性能滿足使用要求,應(yīng)根據(jù)地域溫度及性能需求選擇應(yīng)用層位；高模量瀝青混合料抗疲勞性能優(yōu)越,是普通瀝青混合料疲勞壽命的1.1~1.48倍。

高模量瀝青混合料施工控制 摘要：熱拌基質(zhì)瀝青和各種改性瀝青混合料的施工工藝已經(jīng)很成熟，但用于 提高瀝青混合料模量的高模量外摻劑，它的施工工藝和控制要點還沒有很好的施 工規(guī)范去遵循。文章主要總結(jié)了高模量改性瀝青混合料的施工工藝和控制要點， 指出高模量瀝青混合料從生產(chǎn)到施工過程與普通的混合料的差異，為以后的施工 提供技術(shù)支撐。 關(guān)鍵詞：瀝青混合料；高模量；施工工藝 生產(chǎn)力的發(fā)展使物質(zhì)量得到增加，這給交通帶來了更大的壓力。交通量 的猛增，超載的不斷嚴(yán)重使路面產(chǎn)生很多問題，尤其是車轍。國內(nèi)外研究者對提 高瀝青混合料的勁度模量以改善瀝青混凝土路面的抗車轍能力進行了大量的研 究。結(jié)果表明，提高瀝青性能可以顯著改善混合料的抗車轍性能。高模量瀝青的 勁度模量、粘度一般較大，可以很好提高混合料的勁度模量，在一定溫度和加載 速率下，抗剪切變形能力增強，瀝青混合料抗車轍性能加強，路面車轍

凍融損壞是冰凍地區(qū)瀝青混合料的主要破壞形式。通過凍融循環(huán)作用下的瀝青混合料單軸壓縮和劈裂強度試驗,分析了凍融循環(huán)次數(shù)、油石比等因素對瀝青混合料力學(xué)特性的影響。試驗得出,凍融循環(huán)次數(shù)和油石比對混合料的抗壓和劈裂抗拉特性均有影響,油石比越小,影響越明顯;在最佳油石比5.5%時,混合料的抗凍性能最好;凍融循環(huán)次數(shù)對瀝青混合料力學(xué)特性的影響逐漸減弱,在10~12次凍融循環(huán)后,瀝青混合料凍融后的強度和模量損失率均逐漸趨于穩(wěn)定。

節(jié)能環(huán)保、低碳施工是我國現(xiàn)階段工程建設(shè)過程中積極倡導(dǎo)的施工工藝.為測試usp低溫改性瀝青混合料的使用性能,本研究對其馬歇爾穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、高溫穩(wěn)定性、凍融劈裂、劈裂強度、滲水性進行試驗分析,結(jié)果顯示,usp低溫瀝青混合料具有較好的抗水毀能力,摻入usp改性瀝青能夠提高瀝青混合料的低溫疲勞性能,改善瀝青混合料抵抗外力破壞性能.

為獲取煤瀝青混合瀝青混合料的動態(tài)模量參數(shù),采用動態(tài)頻率掃描試驗對煤瀝青混合瀝青混合料、sbr與sbs改性混合瀝青3類材料,進行了3組不同溫度和10個不同荷載作用頻率下的試驗研究,得出了相應(yīng)試驗條件下混合料的動態(tài)模量值及其變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明,混合瀝青混合料的動態(tài)模量隨著溫度的升高而降低,在固定溫度下隨著加載頻率的減小而減小。混合瀝青混合料動態(tài)模量的測定為進行煤瀝青路面結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計提供了材料參數(shù)。

材料在試驗時的受力狀態(tài)越接近路面結(jié)構(gòu)的真實受力環(huán)境,所得到的參數(shù)就越客觀準(zhǔn)確。在路面結(jié)構(gòu)受到行車荷載、氣候、環(huán)境等因素的多重作用下,瀝青混合料的動態(tài)模量能夠更加真實地反應(yīng)路面結(jié)構(gòu)的實際工作受力狀態(tài)與材料性質(zhì)。美國ncharp的研究成果表明,高溫和中等溫度下的動態(tài)模量能很好的反映瀝青混合料的抗高溫和疲勞開裂的能力。本文在查閱研究國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,綜合介紹了瀝青混合料動態(tài)模量及其近些年來國內(nèi)外的研究進展,最后提出了瀝青混合料動態(tài)模量進一步的研究方向。

材料在試驗時的受力狀態(tài)越接近路面結(jié)構(gòu)的真實受力環(huán)境,所得到的參數(shù)就越客觀準(zhǔn)確。在路面結(jié)構(gòu)受到行車荷載、氣候、環(huán)境等因素的多重作用下,瀝青混合料的動態(tài)模量能夠更加真實地反應(yīng)路面結(jié)構(gòu)的實際工作受力狀態(tài)與材料性質(zhì)。美國ncharp的研究成果表明,高溫和中等溫度下的動態(tài)模量能很好的反映瀝青混合料的抗高溫和疲勞開裂的能力。本文在查閱研究國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,綜合介紹了瀝青混合料動態(tài)模量及其近些年來國內(nèi)外的研究進展,最后提出了瀝青混合料動態(tài)模量進一步的研究方向。

瀝青路面低溫開裂是一種常見的病害類型,也是道路工作者比較關(guān)注的問題。文章采用連續(xù)密級配ac-20,通過低溫彎曲試驗和低溫抗裂試驗,研究橡膠顆粒摻量、橡膠顆粒粒徑對混合料低溫性能的影響。結(jié)果表明:隨著橡膠顆粒粒徑的減小,低溫性能呈增強趨勢;在一定范圍摻量下,橡膠顆粒摻量增大,低溫性能提高。

為評價橡膠瀝青混合料ar-osma-13與sbs-sma-13混合料的低溫性能,采用低溫彎曲試驗,以破壞強度、破壞應(yīng)變與勁度模量作為評價指標(biāo)進行低溫性能對比分析。通過室內(nèi)試驗結(jié)果得出:與sbs-sma-13混合料相比,橡膠瀝青混合料有較低的脆化點溫度、較大的低溫應(yīng)變及勁度模量,呈現(xiàn)出很好的低溫抗裂性能。橡膠瀝青混合料擁有出眾的低溫路用性能,完全能夠應(yīng)用于高等級公路建設(shè)中。

2009年　　12月鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)dec1　2009 第30卷　第4期journalofzhengzhouuniversity(engineeringscience)vol130　no14 　　收稿日期:2009-04-21;修訂日期:2009-07-01 　　基金項目:2008年度交通運輸部行業(yè)聯(lián)合科技攻關(guān)項目(2008353333200) 　　作者簡介:劉　強(1971-),男,河南許昌人,長安大學(xué)博士研究生,主要從事路面結(jié)構(gòu)與材料方面的研究. 　　文章編號:1671-6833(2009)04-0098-05 高模量瀝青混合料路用性能試驗研究 劉　強1,秦建軍 2 ,翁效林 1 ,戴經(jīng)梁 1 ,蔣應(yīng)軍 1 (1.長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西

采用簡單性能測試系統(tǒng)(spt系統(tǒng))對水泥乳化瀝青混合料的動態(tài)模量和相位角進行測試,基于sigmoidal數(shù)學(xué)模型回歸得到了水泥乳化瀝青混合料的動態(tài)模量主曲線方程.對比了水泥乳化瀝青混合料和普通的熱拌瀝青混合料的動態(tài)模量特性,通過微觀形貌觀察對水泥乳化瀝青混合料的動態(tài)模量特性進行了解析.結(jié)果表明:在溫度為15~25℃、加載頻率為0.1~25.0hz時,水泥乳化瀝青混合料動態(tài)模量在1541~5921mpa變化;水泥乳化瀝青混合料動態(tài)模量曲線移位因子小于熱拌瀝青混合料,即水泥乳化瀝青混合料溫度敏感性較熱拌瀝青混合料低.水泥與乳化瀝青中水生成的水化產(chǎn)物不僅降低了水泥乳化瀝青混合料的黏性,使之更具有彈性性質(zhì),同時也改善了水泥乳化瀝青混合料的溫度敏感性.

采用溫度實測和pavecool理論計算對比分析的方法,首先對低溫施工環(huán)境下ac-20和sma-13兩種改性瀝青混合料的攤鋪降溫規(guī)律進行了對比分析;然后分析了施工條件及環(huán)境因素對于攤鋪降溫規(guī)律的影響;最后通過必需碾壓時間及不同工況下能提供的有效碾壓時間對比分析,提出了在低溫施工環(huán)境下采用溫拌施工工藝及改善施工措施的必要性。

介紹了摻入溫拌劑后瀝青混合料各項技術(shù)指標(biāo)、施工工藝及鋪筑后的路用性能。

通過溫拌瀝青混合料試驗路的鋪筑,總結(jié)了低溫環(huán)境中溫拌瀝青混合料路面的施工方法,結(jié)果表明,采取合理的溫拌劑用量,在基本不改變?yōu)r青混合料材料配比和施工工藝的前提下,可使瀝青混合料拌和溫度降低30℃以上。

低標(biāo)號瀝青具有針入度小、粘稠度、勁度大、軟化點高、延度小的特點,低標(biāo)號瀝青混合料高溫性能優(yōu)良,溫度敏感性好.通過不同低標(biāo)號瀝青的高溫、低溫、水損壞、抗疲勞及力學(xué)等性能比較,以全面了解低標(biāo)號瀝青的使用性能,為其應(yīng)用選擇提供依據(jù).

為了研究纖維瀝青混凝土的本構(gòu)模型,將其視為以瀝青混合料為粘彈性基體,纖維為彈性夾雜的兩相復(fù)合材料。對基于復(fù)合材料細觀力學(xué)理論建立的有效模量表達式進行了修正,提出了纖維瀝青混凝土的割線有效松弛模量。以聚酯纖維瀝青混凝土為例進行了有效松弛模量的解析分析和模擬蠕變實驗的有限元分析,分析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)的比較表明,該文提出的割線有效松弛模量模型對于纖維瀝青混凝土粘彈性力學(xué)行為具有很好的預(yù)測能力。應(yīng)用該模型對路面彎沉變形進行了有限元分析,結(jié)果表明:纖維的加入有效的改善了瀝青混凝土路面的粘彈性性能。

ogfc是一種大空隙的新型路面結(jié)構(gòu),它具有優(yōu)良的抗滑、排水、降噪等功能.本文介紹了ogfc路面的性能特點,從原材料選擇方面闡述了ogfc混合料對集料、瀝青等原材料的技術(shù)要求.從礦料配合比設(shè)計和混合料最佳瀝青用量的確定,依托鹽靖高速公路,詳細研究混合料設(shè)計方法.

國外瀝青混合料設(shè)計方法

本文將對比橡膠瀝青混合料裝車的兩種方法，分別為手動裝車和機械裝車。通過對比它們的優(yōu)缺點，以及在建設(shè)工程領(lǐng)域的適用性，為讀者提供選擇合適的裝車方法的參考。

針對目前預(yù)測瀝青混凝土彈性模量的主要方法(基于宏觀層面的試驗法和經(jīng)驗法)均未能反映其細觀結(jié)構(gòu)的問題,基于復(fù)合材料細觀力學(xué)方法建立了瀝青混凝土多相的2層嵌入式細觀力學(xué)模型,求解得到單夾雜復(fù)合材料的2個彈性常數(shù)(彈性模量和剪切模量);結(jié)合多步驟方法,即將各檔粒徑集料與空隙逐一投入,然后進行均勻化,得到多夾雜復(fù)合材料彈性模量,并與試驗值進行對比。結(jié)果表明:預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果基本相同;該方法能夠反映各組成材料在瀝青混凝土中所起的力學(xué)作用;瀝青混凝土的空隙率、瀝青膠漿的彈性模量對瀝青混凝土的彈性模量有重要影響。