基于细观力学方法预测沥青混合料低温模量及工程应用

长沙理工大学 硕士学位论文 沥青混合料动态模量研究 姓名：羊明 申请学位级别：硕士 专业：道路与铁道工程 指导教师：田小革 20070401

由于交通量激增以及重载、超载等因素，沥青路面的车辙病害日趋严重。发生车辙病害的路面由于轮迹处的车辙变形，路面的使用功能降低，行车舒适性和安全性也受到影响。研究表明，车辙在很大程度上是剪应力作用下沥青混合料塑性流动的结果。发生车辙病害的沥青路面结构中，沥青面层的永久变形量占路面车辙总量的70％以上，并且其比重随沥青层厚度的增加而增大。

为促进高模量沥青混合料的推广应用,对高模量沥青混合料的性能进行分析,并与基质沥青混合料、sbs改性沥青混合料进行对比。结果表明:高模量沥青混合料较基质沥青混合料,静态模量提高28.7%,动态模量能够达到静态模量的5~7倍,且超过14000mpa,是基质沥青混合料的1.64倍；高模量沥青混合料具有优良的高温抗车辙能力；高模量沥青混合料低温性能满足使用要求,应根据地域温度及性能需求选择应用层位；高模量沥青混合料抗疲劳性能优越,是普通沥青混合料疲劳寿命的1.1~1.48倍。

高模量沥青混合料施工控制 摘要：热拌基质沥青和各种改性沥青混合料的施工工艺已经很成熟，但用于 提高沥青混合料模量的高模量外掺剂，它的施工工艺和控制要点还没有很好的施 工规范去遵循。文章主要总结了高模量改性沥青混合料的施工工艺和控制要点， 指出高模量沥青混合料从生产到施工过程与普通的混合料的差异，为以后的施工 提供技术支撑。 关键词：沥青混合料；高模量；施工工艺 生产力的发展使物质量得到增加，这给交通带来了更大的压力。交通量 的猛增，超载的不断严重使路面产生很多问题，尤其是车辙。国内外研究者对提 高沥青混合料的劲度模量以改善沥青混凝土路面的抗车辙能力进行了大量的研 究。结果表明，提高沥青性能可以显著改善混合料的抗车辙性能。高模量沥青的 劲度模量、粘度一般较大，可以很好提高混合料的劲度模量，在一定温度和加载 速率下，抗剪切变形能力增强，沥青混合料抗车辙性能加强，路面车辙

冻融损坏是冰冻地区沥青混合料的主要破坏形式。通过冻融循环作用下的沥青混合料单轴压缩和劈裂强度试验,分析了冻融循环次数、油石比等因素对沥青混合料力学特性的影响。试验得出,冻融循环次数和油石比对混合料的抗压和劈裂抗拉特性均有影响,油石比越小,影响越明显;在最佳油石比5.5%时,混合料的抗冻性能最好;冻融循环次数对沥青混合料力学特性的影响逐渐减弱,在10~12次冻融循环后,沥青混合料冻融后的强度和模量损失率均逐渐趋于稳定。

节能环保、低碳施工是我国现阶段工程建设过程中积极倡导的施工工艺.为测试usp低温改性沥青混合料的使用性能,本研究对其马歇尔稳定度、残留稳定度、高温稳定性、冻融劈裂、劈裂强度、渗水性进行试验分析,结果显示,usp低温沥青混合料具有较好的抗水毁能力,掺入usp改性沥青能够提高沥青混合料的低温疲劳性能,改善沥青混合料抵抗外力破坏性能.

为获取煤沥青混合沥青混合料的动态模量参数,采用动态频率扫描试验对煤沥青混合沥青混合料、sbr与sbs改性混合沥青3类材料,进行了3组不同温度和10个不同荷载作用频率下的试验研究,得出了相应试验条件下混合料的动态模量值及其变化规律。试验结果表明,混合沥青混合料的动态模量随着温度的升高而降低,在固定温度下随着加载频率的减小而减小。混合沥青混合料动态模量的测定为进行煤沥青路面结构动态设计提供了材料参数。

材料在试验时的受力状态越接近路面结构的真实受力环境,所得到的参数就越客观准确。在路面结构受到行车荷载、气候、环境等因素的多重作用下,沥青混合料的动态模量能够更加真实地反应路面结构的实际工作受力状态与材料性质。美国ncharp的研究成果表明,高温和中等温度下的动态模量能很好的反映沥青混合料的抗高温和疲劳开裂的能力。本文在查阅研究国内外相关资料的基础上,综合介绍了沥青混合料动态模量及其近些年来国内外的研究进展,最后提出了沥青混合料动态模量进一步的研究方向。

材料在试验时的受力状态越接近路面结构的真实受力环境,所得到的参数就越客观准确。在路面结构受到行车荷载、气候、环境等因素的多重作用下,沥青混合料的动态模量能够更加真实地反应路面结构的实际工作受力状态与材料性质。美国ncharp的研究成果表明,高温和中等温度下的动态模量能很好的反映沥青混合料的抗高温和疲劳开裂的能力。本文在查阅研究国内外相关资料的基础上,综合介绍了沥青混合料动态模量及其近些年来国内外的研究进展,最后提出了沥青混合料动态模量进一步的研究方向。

沥青路面低温开裂是一种常见的病害类型,也是道路工作者比较关注的问题。文章采用连续密级配ac-20,通过低温弯曲试验和低温抗裂试验,研究橡胶颗粒掺量、橡胶颗粒粒径对混合料低温性能的影响。结果表明:随着橡胶颗粒粒径的减小,低温性能呈增强趋势;在一定范围掺量下,橡胶颗粒掺量增大,低温性能提高。

为评价橡胶沥青混合料ar-osma-13与sbs-sma-13混合料的低温性能,采用低温弯曲试验,以破坏强度、破坏应变与劲度模量作为评价指标进行低温性能对比分析。通过室内试验结果得出:与sbs-sma-13混合料相比,橡胶沥青混合料有较低的脆化点温度、较大的低温应变及劲度模量,呈现出很好的低温抗裂性能。橡胶沥青混合料拥有出众的低温路用性能,完全能够应用于高等级公路建设中。

2009年　　12月郑州大学学报(工学版)dec1　2009 第30卷　第4期journalofzhengzhouuniversity(engineeringscience)vol130　no14 　　收稿日期:2009-04-21;修订日期:2009-07-01 　　基金项目:2008年度交通运输部行业联合科技攻关项目(2008353333200) 　　作者简介:刘　强(1971-),男,河南许昌人,长安大学博士研究生,主要从事路面结构与材料方面的研究. 　　文章编号:1671-6833(2009)04-0098-05 高模量沥青混合料路用性能试验研究 刘　强1,秦建军 2 ,翁效林 1 ,戴经梁 1 ,蒋应军 1 (1.长安大学公路学院,陕西

采用简单性能测试系统(spt系统)对水泥乳化沥青混合料的动态模量和相位角进行测试,基于sigmoidal数学模型回归得到了水泥乳化沥青混合料的动态模量主曲线方程.对比了水泥乳化沥青混合料和普通的热拌沥青混合料的动态模量特性,通过微观形貌观察对水泥乳化沥青混合料的动态模量特性进行了解析.结果表明:在温度为15~25℃、加载频率为0.1~25.0hz时,水泥乳化沥青混合料动态模量在1541~5921mpa变化;水泥乳化沥青混合料动态模量曲线移位因子小于热拌沥青混合料,即水泥乳化沥青混合料温度敏感性较热拌沥青混合料低.水泥与乳化沥青中水生成的水化产物不仅降低了水泥乳化沥青混合料的黏性,使之更具有弹性性质,同时也改善了水泥乳化沥青混合料的温度敏感性.

采用温度实测和pavecool理论计算对比分析的方法,首先对低温施工环境下ac-20和sma-13两种改性沥青混合料的摊铺降温规律进行了对比分析;然后分析了施工条件及环境因素对于摊铺降温规律的影响;最后通过必需碾压时间及不同工况下能提供的有效碾压时间对比分析,提出了在低温施工环境下采用温拌施工工艺及改善施工措施的必要性。

介绍了掺入温拌剂后沥青混合料各项技术指标、施工工艺及铺筑后的路用性能。

通过温拌沥青混合料试验路的铺筑,总结了低温环境中温拌沥青混合料路面的施工方法,结果表明,采取合理的温拌剂用量,在基本不改变沥青混合料材料配比和施工工艺的前提下,可使沥青混合料拌和温度降低30℃以上。

低标号沥青具有针入度小、粘稠度、劲度大、软化点高、延度小的特点,低标号沥青混合料高温性能优良,温度敏感性好.通过不同低标号沥青的高温、低温、水损坏、抗疲劳及力学等性能比较,以全面了解低标号沥青的使用性能,为其应用选择提供依据.

为了确定pr-module改性沥青混合料的力学性能和制备工艺参数,以sk-70#为基质沥青,选用pr-module外掺剂制备改性沥青混合料,通过马歇尔试验、劈裂试验、静态抗压回弹模量试验和动态模量试验,研究pr-module改性沥青混合料的制备工艺参数和力学性能。研究结果表明：掺入pr-module改性剂后,pr-module改性沥青混合料的制备工艺参数比未掺pr-module的普通沥青混合料有较大变化;随着pr-module掺量的增大,沥青混合料的劈裂强度先增大后减小;pr-module外掺剂能明显提高沥青混合料的疲劳寿命和静态抗压回弹模量;在相同试验条件下,pr-module改性沥青混合料比未掺pr-module的普通沥青混合料的动态模量大、相位角小;依据sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时pr-module改性沥青混合料的动态模量主曲线,并与静态抗压回弹模量进行了对比分析,得出在相同温度下,静态抗压回弹模量与动态模量相对应的加载频率较小,大约为0.03~0.07hz。

在普通ac-13c型沥青混合料中掺加不同剂量的sasobit(2%~5%,sasobit与沥青质量比),测试普通沥青混合料及掺加不同剂量sasobit后的沥青混合料在不同击实温度(100~150℃)下的物理力学指标(空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度等),分析这些物理力学指标在不同击实温度和sasobit剂量下的变化规律,回归其与击实温度和sasobit剂量之间的关系。根据sasobit沥青混合料物理力学指标的变化结果,确定所需掺加合适的sasobit剂量及其适宜的击实温度。

为了研究纤维沥青混凝土的本构模型,将其视为以沥青混合料为粘弹性基体,纤维为弹性夹杂的两相复合材料。对基于复合材料细观力学理论建立的有效模量表达式进行了修正,提出了纤维沥青混凝土的割线有效松弛模量。以聚酯纤维沥青混凝土为例进行了有效松弛模量的解析分析和模拟蠕变实验的有限元分析,分析结果与试验数据的比较表明,该文提出的割线有效松弛模量模型对于纤维沥青混凝土粘弹性力学行为具有很好的预测能力。应用该模型对路面弯沉变形进行了有限元分析,结果表明:纤维的加入有效的改善了沥青混凝土路面的粘弹性性能。

ogfc是一种大空隙的新型路面结构,它具有优良的抗滑、排水、降噪等功能.本文介绍了ogfc路面的性能特点,从原材料选择方面阐述了ogfc混合料对集料、沥青等原材料的技术要求.从矿料配合比设计和混合料最佳沥青用量的确定,依托盐靖高速公路,详细研究混合料设计方法.

国外沥青混合料设计方法