道路沥青老化机理分析

利用现代分析方法(IR光谱、^1H—NMR、SEC),考察了进口韩国70道路沥青在0h～250h和60℃—130℃薄膜热老化前后特征官能团与分子结构变化。试验发现：沥青经老化后分子中羰基官能团的吸收峰显著增加,老化温度愈高愈变化愈明显。此外,老化后沥青分子中高分子量组分的含量增加,分散度变大。沥青老化前后分子结构的变化说明沥青分子问存在极性官能团之间的缔合作用。沥青的老化是一个缓慢的自氧化过程,氧化反应符合自由基链反应历程。     

沥青热氧老化的非线性预测

针对沥青热氧老化预测的不足,采用旋转薄膜烘箱试验研究了克拉玛依90     

基于原子力显微镜的沥青再生机理

沥青的老化严重影响了沥青混合料在实际应用中的耐久性,为了研究沥青的老化和再生机理,将基质沥青进行SHRP(strategic highway research program)老化,利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)和动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer, DSR)技术研究不同掺量的基质沥青和再生剂对老化沥青的再生效果。结果表明:基质沥青和再生剂均能对老化沥青产生再生效果,且随着它们掺量的增大,再生效果变好;老化沥青表面微观结构粗糙不均匀,基质沥青和再生剂的加入有效改善其表面微观形貌,降低其黏附力和粗糙度指标,同时使老化沥青相位角增大、复数剪切模量和抗车辙因子减小;温度的升高有助于再生剂在老化沥青中的扩散。可见再生剂的主要再生机理是增加并扩散老化沥青中缺失的组分。     

重交通道路沥青老化规律及评价方法

采用薄膜烘箱加热试验方法,对重交通沥青在不同老化时间和老化温度下的性能指标进行测试,分析了时间和温度对沥青老化的影响,并将薄膜烘箱老化试验与美国战略公路研究计划(SHRP)的沥青性能老化评价方法的相关性进行了对比研究。结果表明:重交通道路沥青在老化10 h(163℃)或老化温度高于163℃时性能变化颇为显著;可采用薄膜烘箱老化试验5 h(163℃)老化前后的软化点比1、0 h(163℃)老化前后的25℃针入度比和15℃延度比来评价沥青老化后抗车辙能力;可采用薄膜烘箱老化试验10 h(163℃)或5 h(180℃)老化前后的针入度比和延度比指标来评价沥青老化后的抗疲劳性能;可采用薄膜烘箱老化试验24 h(163℃)老化前后的延度比或软化点比指标来评价沥青长期老化后的抗裂性能。     

老化对沥青混合料疲劳性能的影响

为了得到老化对沥青混合料疲劳寿命的影响规律,通过对SHRP沥青混合料长期老化试验方法的改进,提出了对沥青混合料进行长期老化的试验方法,利用MTS（Material Test System-810）进行了不同老化程度下的疲劳试验,通过对疲劳试验结果的分析,得到了不同老化程度下的沥青混合料S-N疲劳方程,为分析老化对沥青混合料疲劳特性的影响提供了依据：分析结果表明：老化并不改变沥青混合料S-N疲劳方程在双对数坐标系中的线性关系,随着老化程度的增加,其疲劳耐久性变得越来越差,因此在沥青路面施工及运营过程中应采取适当措施减少或延缓其老化。     

紫外老化对沥青性能影响的研究

紫外线辐射是导致沥青老化的主要因素之一.研究了沥青紫外老化前后的物理性能与流变性能,并与热老化前后的物理性能与流变性能进行了对比.低温弯曲梁流变试验(BBR)表明沥青紫外老化后低温抗裂性能减弱.因此,在强烈紫外线作用下导致沥青使用寿命明显缩短,并会产生一系列相关路面病害.     

矿粉对沥青老化性能的影响

为了研究矿粉对沥青老化性能的影响,采用旋转薄膜烘箱试验模拟胶浆的老化,测试了不同老化状态时沥青胶浆的高、低温性能。结果表明:矿粉对胶浆性能有重要作用,且老化后作用更显著,因而有必要对矿粉进行筛选;矿粉对胶浆老化有显著影响,故单纯利用沥青的老化性能来评价混合料老化性能是不合适的;当粉胶质量比小于1.5时,添加矿粉能够减弱沥青的老化程度,但是当粉胶质量比超过1.5时,添加矿粉反而加剧了沥青的老化。     

纤维和矿粉对沥青胶浆性能的影响

为了研究纤维和矿粉对沥青胶浆性能的影响，采用动态剪切流变仪（DSR）和弯梁流变仪（BBR）对纤维、矿粉和沥青三者组成的沥青胶浆的高、低温性能进行了研究，分析了粉胶比和纤维用量变化对沥青胶浆性能的影响。结果表明，提高粉胶比、增加纤维用量使沥青胶浆的高温性能改善，但会使低温性能有所降低；矿粉和纤维两种材料具有不同的作用机理，采用纤维取代部分矿粉可取得沥青混合料高、低温性能均改善的效果，是解决沥青混合料高、低温性能难以兼顾的有效途径。     

排水性沥青混合料热老化性能

为了研究排水性沥青混合料的热老化性能,首先研究了沥青混合料的热老化机理,然后通过对比分析确定了排水性沥青混合料的短期和长期热老化试验方法,最后对3种不同空隙率的排水性沥青混合料,分别研究了热老化对其高温稳定性、低温抗变形能力和抗水损害性能的影响规律。研究结果表明:热老化使结合料变脆,劲度模量变大,沥青混合料的动稳定度变大;相同热老化时间,随空隙率的增大,动稳定度增大,空隙率高的排水性沥青混合料低温抗弯拉破坏和抗收缩应力的能力越低;在同一空隙率下,排水性沥青混合料的最大弯拉强度和最大弯拉应变在老化后均减小;经过热老化处理后,排水性沥青混合料的抗水损害性能有所提高;在热老化时间相同条件下,空隙率越大,其抗水损害的能力就越差。     

沥青路面非线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

运用通用有限元软件ABAQUS及其二次开发平台,建立考虑路面材料非线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤的空间分布、演化规律以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。研究结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近基层与底基层层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,且增加幅度逐渐增大;双轮中心线下靠近基层与底基层层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,层底水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,减小的幅度逐渐增大。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

橡胶颗粒沥青混合料疲劳性能影响因素分析

通过室内小梁弯曲疲劳试验,对影响橡胶颗粒沥青混合料疲劳性能的因素进行了研究.采用方差法分析各因素的显著性,得到不同试验条件下的疲劳寿命预估模型.研究结果表明:混合料的疲劳寿命在一定范围内随温度升高而逐渐降低;随沥青用量、橡胶颗粒掺量的增加疲劳寿命先增大后减小;沥青的针入度越大,软化点越小,混合料的疲劳寿命越低;各因素对疲劳寿命的影响顺序为:温度橡胶颗粒掺量沥青种类沥青用量.     

基于耗散能原理的沥青混合料疲劳特性分析

耗散能原理在沥青混合料疲劳特性的研究中已获得应用,本文通过实验验证了沥青混合料累积耗散能与疲劳寿命之间的唯一对应关系,并根据Schapery相关法则对混合料疲劳特性问题中的粘弹性及非线性因素进行了分析。耗散能法基于粘弹性理论将伪变量的概念应用到混合料疲劳性能研究中,对于疲劳破坏的标准定义更为准确,是分析混合料疲劳特性的一种有效方法。     

溶解性胶粉改性沥青混合料疲劳性能

应用四点弯曲疲劳试验机BFA(beam fatigue apparatus)对溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能进行研究,并在相同空隙率下对溶解性胶粉改性沥青密级配沥青混合料(AC13)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青密级配沥青混合料(SBS-AC13)完成了考虑自愈合影响的疲劳性能比较,进一步完成溶解性胶粉改性沥青与SBS复合改性沥青混合料AC13的疲劳性能和高温性能研究.结果显示:归一化劲度次数积疲劳寿命比50%初始模量降低疲劳寿命更适合用于评价溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳寿命;总结溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能与应变、沥青用量和空隙率等三个因子的相关性,提出溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳方程;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,SBS-AC13的疲劳寿命均高于溶解性胶粉改性沥青AC13,但溶解性胶粉改性沥青AC13的自愈合能力高于SBS-AC13;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,溶解性胶粉复合SBS改性沥青AC13的疲劳寿命均达到SBS-AC13疲劳寿命的2倍,其自愈合能力高于SBSAC13,且高温性能亦远优于SBS-AC13.     

透水沥青路面结构荷载应力分析

为研究PAC(Porous Asphalt Concrete)+CRC(Continuous Reinforced Concrete)复合式透水性路面结构荷载作用下的力学响应特性,分析了各个结构层参数,建立有限元模型,对其路面结构组合进行模拟分析.主要研究了PAC层厚度、模量及钢筋层位置对路面结构的应力、竖向位移影响.结果表明:随着PAC厚度由4 cm增加到12 cm,CRC板底应力与竖向位移、PAC层竖向位移均有所减小,最大减小幅度依次为50.6%、24.19%和28.81%;随着钢筋层位置的向上移动,CRC板底应力呈增大趋势,其增幅可达43.37%～59.50%;相较于最不利钢筋层位置,最佳钢筋层位置的PAC层、CRC板竖向位移最大分别可减少23.04%、22.72%;增加PAC层模量对于路面结构承载能力影响较小,对于抑制路面结构变形有利,但是影响也不大.综合考虑,推荐PAC层厚度为6～8 cm、钢筋层位置距路面表面11～13 cm最佳.     

非均布轮载作用下沥青路面应力分析

轮胎对路面作用的荷载模式长期以来被简化为圆形均布的形式,与实际情况有很大区别,为此,采用三维20结点线弹性有限元方法得到了三种非均匀轮载作用下沥青路面内部的应力场,并分析了不同轮载模式下,在轮胎与路面接触区域附近,路面结构力学反应的不同规律,同时,根据超载轮胎接地压力的实际分布形式,分析了车辆超载绎路在的影响,并初步探讨了道路表面发生损坏的原因。     

几何分布场合恒加应力寿命试验的Bayes分析

在几何分布场合，由恒加应力寿命试验获得定时与定数截尾试验数据，应用两种方法对平均寿命进行点估计，并给出了平均寿命的置信下限估计．     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为研究再生沥青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程的关系,并改进了疲劳方程.结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性较高,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变>试验温度>RAP掺量>加载频率;佩尔疲劳模型适用于再生沥青混合料疲劳寿命研究,此模型中的系数与RAP掺量、试验温度、加载频率相关度较高,此三因素可通过非线性拟合引入疲劳模型,且改进后的疲劳模型可靠度较高.     

不同设计目标下沥青混合料的疲劳性能

选用目前最为先进与常用的4点弯曲疲劳试验,对常用的包括70#基质沥青和常用的改性沥青在内的10种沥青混合料进行了15℃及1 000×10-6应变控制下的疲劳试验,并进行二次疲劳试验,兼顾了改性沥青的自愈合效果,完成了相同沥青用量下和相同体积设计目标下的各沥青混合料的疲劳性能对比,以及针对相同高温性能和疲劳性能的双向分级,以提供实际工程时混合料设计之前的参考,最后还依据所有试验数据绘制了相应的疲劳性能和高温性能分区散点图以供直观参考.     

考虑温度作用下的半刚性沥青路面的疲劳断裂分析

在断裂力学理论的基础上,采用耦合热应力分析的方法借助三维有限元模型,研究分析了大温差作用下基层带裂缝半刚性沥青路面结构的应力强度因子,并与行车荷载作用下的实验结果进行比较分析。研究表明,随着裂缝长度的增加和实验温度的降低,张开型应力强度因子和剪切型应力强度因子不断增加;与行车荷载相比,低温大温差对路面破坏影响更为严重。研究测算结果显示,本研究对沥青路面疲劳寿命的估算预测方法与实际更为接近。     

几何分布场合恒加应力寿命试验下的混合数据分析

在恒定应力加速寿命试验下对几何分布的混合数据提出一种可靠性分析方法,并给出正常应力下平均寿命的点估计与置信下限估计。