基于修正Neuber方程的沥青路面裂缝形成疲劳寿命预估方法

为预估沥青路面裂缝形成疲劳寿命,根据局部应力-应变理论,通过直接拉伸疲劳试验,建立了沥青混合料的真实应力-应变循环曲线,运用Neuber方程将名义应力、应变转换为局部应力、应变,对循环曲线和Neuber方程进行修正,以符合平面应变问题。通过等应变疲劳试验,建立了沥青混合料的疲劳寿命方程,提出了沥青路面裂缝形成寿命预估方法。根据应变疲劳寿命曲线可合理计算沥青混合料疲劳损伤,由累积损伤可求得沥青路面裂缝形成疲劳寿命。

钢纤维混凝土弯曲疲劳性能研究

在大量试验数据的基础上 ,提出一个新的疲劳方程 ,并与规范方法进行比较后 ,结果表明本文疲劳方程更加合理。

沥青路面贫混凝土基层应力计算

为分析贫混凝土基层沥青路面新型路面结构的基层应力情况,通过有限元分析方法计算贫混凝土基层的荷载应力,并利用弹性层状体系理论分析沥青面层厚度对其影响,由此推导出基层荷载应力的计算公式.根据不同自然区划的温度场和最大温度梯度,得出贫混凝土基层沥青路面中的基层温度应力的有限元解,于此提出了基层温度应力的计算公式.上述两公式为贫混凝土基层沥青路面结构中基层厚度设计的重要依据.

沥青混合料应变-寿命疲劳方程研究

在国内外研究成果基础上,提出了合理可行的沥青混合料直接拉伸疲劳试验中试件尺寸、失效判据、控制方式、加载频率和试验温度等条件.基于不同应变水平的疲劳试验结果,分析了平均应力影响,建立了沥青混合料应变—寿命疲劳方程,可作为疲劳开裂寿命预估的依据,并提出了沥青混合料疲劳开裂拉应变的阀值和极限值.利用沥青混合料直接拉伸疲劳试验得到的应变—寿命疲劳方程能更好体现沥青混合料的疲劳特征,其疲劳开裂拉应变的阀值和极限值能充分反映沥青混合料疲劳破坏的过程.

玄武岩纤维沥青混凝土路用性能研究

为降低路面的初期损害,确保路面的寿命,可在沥青混合料中掺加玄武岩纤维,基于AC-13C型级配,对混合料掺加不同掺量的玄武岩纤维,并采用马歇尔试验找出各个掺量下的最佳油石比,然后进行高温车辙和低温抗裂试验。结果表明,玄武岩纤维最佳掺量为0.3%,且可显著改善混合料的路用性能。

就地热再生混合料性能影响关键因素的试验研究

研究就地热再生施工碾压温度、材料组成与再生沥青混合料性能之间的关系,是合理确定不同施工碾压温度下再生沥青混合料材料组成,保障混合料性能的重要依据。为解决就地热再生施工过程中碾压温度的动态变化引起的再生沥青混合料耐久性不足问题,引入正交试验,分别研究了碾压温度、再生剂用量、温拌剂用量与再生沥青混合料空隙率、水稳定性指标之间的关系,分析了3种因素对指标的影响程度,构建了3种因素与指标之间的二次回归模型。通过灰色关联法分析了空隙率与水稳定性的相关性,确定了就地热再生施工过程中的关键控制指标。在此基础上,提出就地热再生施工过程质量控制工艺。结果表明:碾压温度、再生剂用量分别对空隙率、冻融劈裂抗拉强度比指标的极差最大,影响程度最高;再生沥青混合料空隙率随碾压温度的增加而降低,冻融劈裂抗拉强度比则反之;相同碾压温度情况下,再生剂、温拌剂用量与空隙率指标呈负相关,而再生剂与冻融劈裂抗拉强度比呈正相关,温拌剂则反之;就地热再生施工过程中可采用空隙率指标作为现场施工关键控制指标,保障再生沥青混合料水稳定性;再生剂、温拌剂用量变化会引起再生沥青混合料空隙率的变化,可采用动态调整再生剂以及温拌剂用量的方式来解决不同碾压温度条件下的就地热再生现场质量控制以及施工均匀性控制问题。

温拌剂对再生沥青与沥青混合料性能影响及作用机理

为研究Sasobit温拌剂对再生沥青及再生沥青混合料性能的影响,分析其作用机理。通过动态剪切流变试验、弯曲梁流变试验测试了不同温拌剂掺量下沥青高、低温流变性能。采用马歇尔试验分析了温拌剂对再生沥青混合料压实温度的影响。结合水敏感性试验、车辙试验及低温弯曲试验分析了温拌剂掺加前后再生沥青混合料路用性能的变化规律。采用傅里叶变换红外光谱分析了温拌剂在再生沥青中的作用机理。结果表明:Sasobit温拌剂掺量增加可以改善再生沥青抗变形能力以及抗荷载变形程度,而抗疲劳开裂以及低温抗裂性则反之,对再生沥青抗永久变形能力影响不明显;当沥青混合料回收料(RAP)掺量为40%时,以4%为目标空隙率添加老化沥青质量3%的Sasobit温拌剂,可使热拌再生沥青混合料压实温度降低20~30℃;相同RAP掺量下,使用Sasobit温拌剂的再生沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性均低于普通热拌再生沥青混合料,而高温稳定性则反之;Sasobit温拌剂的使用不会改变再生沥青中羰基与亚砜基振动幅度,表明其在再生沥青中不发生化学反应,对再生沥青混合料降温的效果属于物理降黏作用;Sasobit温拌剂不能恢复老化沥青中已经降解的SBS改性剂性能;Sasobit温拌剂能够影响再生沥青混合料高、低温性能以及水稳定性,工程使用中应综合考虑路用性能与压实温度之间的平衡确定合理的温拌剂掺量。

蒸发方式对乳化沥青残留物高温流变性能与疲劳性能影响分析

为了研究蒸发方式对乳化沥青残留物高温流变性能和疲劳性能的影响,采用胶体磨法制备了阳离子乳化沥青,并掺入苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)以改善其高温流变性能;采用动态剪切流变仪(Dynamic Shear Rheometer,DSR)分析不同蒸发方式下乳化沥青残留物的流变特性,并利用线性振幅扫描(Linear Amplitude Sweep,LAS)试验评估其疲劳性能。研究结果表明:当SBR掺量达到3%及以上时,不同蒸发方式对乳化沥青残留物性能的影响差异较小;而采用低温蒸发(ASTM)法、SBR掺量低于3%时,乳化沥青残留物表现出了更加优异的适应性。此外,LAS试验结果显示,掺入SBR可显著提升乳化沥青残留物的疲劳寿命,且采用ASTM法制备的乳化沥青残留物的性能更接近实际情况。红外光谱试验结果显示,掺入SBR或采用不同的蒸发方式主要发生的是物理反应,采用ASTM法能有效减少羰基(C=O)和亚砜基(S=O)官能团的伸缩振动,进而降低乳化沥青残留物的老化程度。因此,建议在实验室内进行疲劳寿命测试时优先选择ASTM法。

沥青路面的绿色养护技术

绿色低碳已经成为公路行业发展的共识。在沥青路面绿色养护技术研究和推广应用时,应该因地制宜,从项目所在地的气候环境、交通特性、破坏因素等实际情况出发.逐步开展新技术、新材料、新工艺和新设备的应用。

不同工况对就地热再生沥青混合料性能的影响

就地热再生沥青混合料性能受碾压温度、混合料级配、再生剂用量、沥青含量、施工工艺等因素的影响,而碾压温度、混合料级配、再生剂用量在施工中波动较大,影响再生沥青混合料性能.采用正交试验方法、分形级配设计理论、极差与方差法分析了碾压温度、混合料级配、再生剂用量对马歇尔性能的影响程度,回归得到了3种因素与马歇尔性能变化的非线性模型,分析了2%再生剂用量下碾压温度、混合料级配对马歇尔性能的影响规律.提出了二次回归方程中的交叉模型,作为评价碾压温度、级配、再生剂用量与空隙率、马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂强度、劈裂强度之间关系的模型.结果表明:碾压温度、混合料级配、再生剂用量对再生沥青混合料马歇尔性能影响显著,而碾压温度、级配影响的显著性较再生剂更高;2%再生剂用量时,再生沥青混合料的稳定度在110~123℃碾压温度时随分形维数的增加而降低,而123~150℃的作用效果则反之;提高碾压温度可以有效地改善再生沥青混合料的马歇尔指标,而碾压温度高于123℃时,提高设计分形维数可以改善再生沥青混合料的马歇尔指标;回归模型可以作为再生沥青混合料现场施工质量动态控制决策依据,保障施工过程中再生沥青混合料马歇尔性能满足设计要求.

连续配筋混凝土路面配筋设计

连续配筋混凝土路面(CRCP)是一种高性能混凝土路面结构。笔者根据最新的研究成果,推荐了CRCP的配筋设计方法,并与原有规范方法、AASHTO法(1993年版)的结果进行了比较及分析评价,表明本文方法在与原规范设计体系较一致的基础上,可得出合理的设计结果。

聚合物改性多孔水泥混凝土疲劳性能研究

探究聚合物改性多孔混凝土(PPC)的弯曲疲劳特性,选择单一粒径为27.5mm的骨料,共成型65个150mm×150mm×550mm梁试样,其中10个用于静态抗弯强度测定,采用了MTS动态电液伺服试验开展疲劳性能试验,获得了PPC-27.5在各种应力及应变水平下的疲劳寿命。结合应力水平S和应变水平R对失效概率的影响,采用等效疲劳寿命研究PPC-27.5的疲劳方程。研究表明,PPC等效疲劳寿命的统计分布大致遵循双参数Weibull分布,通过回归分析获得不同失效概率下(0.05~0.5)的疲劳方程,并选取失效概率为0.5时的疲劳方程与路面常用基层材料的疲劳性能进行对比,分析可得多孔混凝土材料的疲劳性能优于常用半刚性基层材料。

预拌-增强型复合结合料性能评价

采用SEM和荧光显微镜分析天然沥青对软质沥青的改性机理和复合效果,用正交试验确定复合结合料的制备工艺,通过室内试验分析不同类型天然沥青和剂量对复合沥青结合料的高温、低温和抗老化性能的影响。研究结果表明:天然沥青通过吸收软质沥青的轻质组分,形成微观多相、宏观均匀的稳定的分布体系;通过预拌-增强技术的复合沥青结合料的感温性能、高温性能和老化性能得以提高,但低温性能有所降低;综合考虑性能,建议TLA天然湖沥青、布敦沥青适宜掺量为25%,青川沥青和阿尔巴尼亚沥青适宜掺量为8%。

就地热再生沥青混合料的材料组成波动及控制策略

就地热再生沥青混合料(Hot in-place recycling asphalt mixture,HIRAM)施工过程中材料组成波动对沥青路面施工质量、耐久性有重要影响。为控制HIRAM材料组成波动,本工作针对HIRAM材料组成设计阶段提出材料组成波动控制策略。为此,分析了HIRAM材料组成类别,构建了不同材料之间的关系模型,并从精细化控制角度提出就地热再生养护路段施工单元划分策略。此外,通过沥青混合料回收料(Reclaimed asphalt pavement,RAP)材料组成与外加热拌沥青混合料(Hot mix asphalt,HMA)比例关系模型,从控制HIRAM材料组成波动范围角度,结合Fréchet相似度与K-Means聚类理论,提出了HIRAM材料组成波动范围控制策略。在此基础上,依托江西省德昌高速大中修工程论证了控制策略的可行性。结果表明:通过HIRAM材料组成控制策略,在RAP材料组成、外加HMA比例具有显著差异的情况下可以有效地控制HIRAM材料组成波动范围,使其满足设计/规范要求。研究结果可为就地热再生施工过程中HIRAM材料组成控制提供一种新的途径,保障就地热再生施工质量。

高含量SBS改性沥青老化性能及老化机理

为探究老化对高含量苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene,SBS)改性沥青性能的影响,通过室内试验模拟高含量SBS改性沥青短期、长期老化,通过针入度、软化点、延度试验,流变试验,傅里叶红外光谱试验以及原子力显微镜试验测试老化沥青的物理性能、流变性能以及沥青组分。试验结果表明:随着老化程度的增加,高含量SBS改性沥青25℃针入度、15℃延度减小,软化点、复数模量、蠕变速率增大,恢复率先减小后增大,不可恢复蠕变与相位角则反之;高含量SBS改性沥青前期老化以SBS降解为主,后期以沥青的热氧老化为主;老化过程中,高含量SBS改性沥青发生化学反应产生羰基、亚砜基等含氧官能团,微观形貌中“蜂”形结构数量降低,单个面积增大;高含量SBS改性沥青老化过程中,短期老化对其性能影响较小,长期老化则反之。

不同RAP掺量下就地热再生沥青混合料空隙率优选分析

依托福建省某高速路面预防性养护工程,采用最大理论密度线理论设计了再生沥青混合料级配,通过马歇尔试验研究了RAP料在86%、90%、94%掺量下再生沥青混合料空隙率的变化,并基于二次回归方程建立了不同RAP掺量与再生沥青混合料空隙率之间的回归方程,说明了不同RAP掺量与空隙率之间的变化趋势。研究结果表明:随着RAP料掺量增加,再生沥青混合料空隙率在逐渐降低;当再生沥青混合料空隙率控制在4%时,RAP料掺量约为89%。

不同旧料掺配比例下就地热再生沥青混合料水稳定性影响分析

就地热再生沥青混合料水稳定性是路面性能的最重要的控制要求。为分析不同旧料掺配比例对就地热再生沥青混合料水稳定性影响特性,基于最大密实理论设计级配指数为0.50,旧料掺配比例为86%、90%和94%的三组再生沥青混合料合成级配,通过试验与数据拟合确定旧料掺配比例与空隙率、浸水稳定度、残留稳定度和冻融劈裂强度等因素的关系规律,提出在满足空隙率规范要求的前提下,以水稳定性为目标性能,旧料在就地热再生沥青混合料中的最佳掺配比例。

级配对就地热再生沥青混合料高温稳定性影响分析

就地热再生沥青混合料高温稳定性受施工工艺影响,其材料组成中占较大比例的RAP存在部分聚团现象,从而造成其级配的模糊性和不确定性。为分析就地热再生沥青混合料级配特性对高温稳定性的影响,基于最大密实理论设计级配指数为0.40、0.45、0.50的三组再生沥青混合料合成级配,通过试验与数据拟合确定级配指数与空隙率、马歇尔稳定度关系模型,分析再生沥青混合料级配对其空隙率和稳定度的影响规律。在满足空隙率规范要求的前提下,以高温稳定性为目标性能,确定了其最佳级配。

基于YOLOX-MobileNetV3模型的路面病害智能识别研究

目前处理探地雷达(GroundPenetrating Radar,GPR)数据主要依赖于人工,容易造成病害识别误判、漏判率大、速度慢等问题,因此GPR智能目标识别已成为近几年的研究热点。本文提出基于卷积神经网络中的YOLOX-MobileNetV3模型来实现路面病害自动识别,利用三维数据的高信息量和深度学习智能提取特征的优势,实现路面病害的智能化识别。首先对三维探地雷达得到的GPR图片进行预处理,然后以3∶1的训练集和测试集数量比例对数据进行3轮训练和测试,并利用平均精确度、全类平均精确度、精确度、召回率、F1值、平均漏检率等指标来评价3次训练和测试的结果。结果表明:YOLOX-MobileNetV3模型的训练损失权重平均为5.014,测试准确率平均为61.35%。该模型识别路面结构病害尤其是裂缝、层间黏结不良的准确率较高。同时随着训练与测试轮数的增加,其精确度也会随之增加,召回率会随之减小。由此可见,YOLOX-MobileNetV3模型能够实现路面病害自动识别。

基于LCA厂拌热再生施工技术环境效益计算与分析

为了评估沥青混合料厂拌热再生施工技术的环境效益,有必要量化厂拌热再生技术的能耗与温室气体排放量。基于国内外典型的沥青混合料厂拌热再生工艺,以生命周期分析方法为基础,根据边界条件,建立评价指标,分别计算厂拌热再生养护技术与铣刨重铺技术从旧路面铣刨、原材料生产、材料运输到混合料拌和、摊铺碾压的整个生命周期的能源消耗与温室气体排放。结果表明,与传统铣刨重铺相比,当回收料掺量为30%～50%时,厂拌热再生技术具有显著的环境效益,能源消耗量可节省7.6%～18.5%,温室气体排放量可降低11.9%～21.5%。