两种不同模式下的沥青混合料断裂过程研究

为了深入研究沥青混合料在Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型模式下的断裂特性与机理，采用了扩展有限元方法对单边切口梁的断裂过程进行了数值模拟和分析．通过与试验数据的对比发现，扩展有限元方法可以有效地计算不同模式下裂缝扩展的路径以及断裂过程中的力学响应．进一步分析表明：小梁的断裂过程可以分为4个阶段；当加载点的荷载达到峰值时，小梁已经处于损伤累积阶段，荷载开始下降后，裂缝才逐渐形成；断裂过程可以理解为损伤带内拉应力下降、未损伤带内拉应力上升或者上升后再下降的过程，且损伤带长度不断增加；Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的临界偏移系数为0．45～0．51，与试验结果基本一致；当偏移系数为0．45时，跨中局部区域在加载过程中出现了“卸载”现象，导致损伤不再增加，抑制了次裂纹的产生．

Numerical study of fatigue damage of asphalt concrete using cohesive zone model

In order to investigate the fatigue behavior of asphalt concrete, a new numerical approach based on a bi-linear cohesive zone model （CZM） is developed. Integrated with the CZM, a fatigue damage evolution model is established to indicate the gradual degradation of cohesive properties of asphalt concrete under cyclic loading. Then the model is implemented in the finite element software ABAQUS through a user-defined subroutine. Based on the proposed model, an indirect tensile fatigue test is finally simulated. The fatigue lives obtained through numerical analysis show good agreement with laboratory results. Fatigue damage accumulates in a nonlinear manner during the cyclic loading process and damage initiation phase is the major part of fatigue failure. As the stress ratio increases, the time of the steady damage growth stage decreases significantly. It is found that the proposed fatigue damage evolution model can serve as an accurate and efficient tool for the prediction of fatigue damage of asphalt concrete.

考虑温度影响的半刚性基层沥青路面裂缝处结构强度变化规律分析

裂缝病害是当前高速公路沥青路面出现的主要病害类型之一,裂缝对路面的结构强度产生一定程度的削弱。根据弯沉盆数据可以反演各结构层模量,评估结构强度。选取宁杭高速开展针对裂缝的弯沉检测,对裂缝处结构强度变化规律和受温度影响情况进行分析。结果表明:裂缝对弯沉影响显著,裂缝处弯沉约是完好处弯沉的2.17倍,裂缝处基层和底基层模量衰减程度较为严重,基层衰减程度为81.49%,底基层衰减程度为77.45%;完好处的面层材料模量相较于裂缝处受温度影响较大,变化幅度可达到10.3倍,基层、底基层和路基的模量随温度变化并不明显。

高灰分天然岩沥青与SBS复合改性沥青混合料配合比设计及性能研究

为了提高沥青混合料的高温抗变形能力,对高灰分天然岩沥青BRA和SBS改性沥青复合改性BSAC-20与BSSMA-13混合料的配合比设计及其混合料性能进行了系统的研究,确定了BRA和SBS复合改性沥青混合料各组分适宜的掺配比例,综合评价了用于不同路面层复合改性沥青混合料的路用性能,并将其与单一SBS改性沥青混合料进行了对比分析。结果表明:掺加BRA后沥青混合料的水稳定有所提高,但提高幅度并不明显,而BRA对混合料的低温抗裂性能影响并不大;70℃车辙、高温劈裂和单轴压缩动态模量试验均表明高灰分BRA的掺入使得沥青混合料的高温性能显著提高,且高温性能等级提高了约10℃;复合改性混合料的疲劳寿命均得到提升,特别是在600με条件下,相比SMA-13混合料,BSSMA-13混合料的疲劳寿命提升了约47%。

乳化沥青冷再生路面纵向裂缝形态与开裂机理分析

乳化沥青冷再生路面技术具有施工方便、性能优异、节能减排等特点,广泛应用于各级公路养护或扩建工程,与普通半刚性基层沥青路面不同,乳化沥青冷再生沥青路面的典型病害是纵向裂缝。以南方某高速公路为研究对象,通过现场裂缝观测及取芯调研,分析冷再生路面纵向裂缝形态,并通过有限元力学响应计算,开展冷再生路面纵向裂缝发展机理分析。研究表明,纵向裂缝形态以Top-Down型为主(占比61.5%),部分裂缝为"复合型"开裂,导致纵向开裂的主要因素是路表剪应力,且高温、重载条件会加速纵向裂缝的发展。

基于纤维增强的水稳基层抗裂性能提升技术研究

为提升基层材料的抗裂性能,分别制备了含有玻璃纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维的三种水泥稳定碎石混合料,设置普通水泥稳定碎石混合料为对照组,通过无侧限抗压强度试验,分析不同纤维对水泥稳定碎石混合料强度的影响;对上述四种水泥稳定碎石混合料进行干缩试验,分析不同纤维对水泥稳定碎石混合料的干缩性能影响;最后对优选出的纤维水泥稳定碎石混合料进行温缩试验,进一步验证其对水稳碎石混合料收缩性能的影响。结果表明,三种纤维的加入可有效地提升水稳碎石的无侧限抗压强度,较普通水泥稳定碎石混合料分别提升了20.0%,14.3%和14.3%。聚丙烯腈纤维对水泥稳定碎石混合料的收缩性能提升最显著,其中干缩系数降低了73%(7d),温缩系数降低了52%。综合试验结果及材料成本,建议选聚丙烯腈纤维作为水稳材料添加剂。水泥用量为3.5%时,建议聚丙烯腈纤维体积掺量为0.07%。

冷再生基层沥青路面的结构组合设计优化

近年来,由于高速公路沥青路面大中修或改扩建工程的不断增多,由翻挖、铣刨而产生的废弃混合料造成了严重的环境污染和资源浪费[1]。冷再生技术因其经济环保、施工方便、混合料裹附性能好、铣刨料要求低且用量大(接近95%)等技术特点,在行业内得到推广和运用[2]。冷再生技术是一种常温施工方法,它绿色环保、节能减排,并且能节省总投资40%~50%,在中国路面养护建设中发挥了重要作用。

高速公路抗裂水泥稳定碎石基层使用性能研究

以江苏省镇溧高速为依托工程,通过近7 a的数据跟踪、现场取芯与室内试验结合的方法,综合评价抗裂水泥稳定碎石基层的使用性能。结果表明:与同时期铺筑的普通水泥稳定碎石基层相比,抗裂水稳基层的单公里裂缝条数较少、裂缝增长速度较稳定,劈裂强度和疲劳性能均优于普通水泥稳定碎石基层。采用的研究方法和评价结果可为抗裂水泥稳定碎石基层在高速公路建设中的应用及评估提供参考。

冷再生基层沥青路面的车辙层位分布特征

随着中国公路事业的不断发展,公路建设模式已逐步由“以新建为主”向“以养护为主”转变,而在公路养护过程中,沥青混凝土废料的处理成为迫切要解决的关键问题[1]。乳化沥青冷再生技术因具有节约资源、保护环境、施工方便等特点得到推广和运用[2]。在冷再生技术的发展过程中,研究人员对其性能及应用展开了大量研究。哈尔滨工业大学董泽蛟等[3]分别对泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的性能进行了研究,并对其路用性能进行评价.

桥面防水粘结层使用性能评价研究

为了研究水泥混凝土桥面防水粘结层的粘结性能,采用层间直接拉拔试验和CT扫描试验对桥面防水粘结层的使用性能进行评价,并结合桥面养护状况、病害状况、取芯状况对防水粘结层类型、水泥混凝土界面处理和沥青混合料类型等因素对粘结性能的影响进行分析。结果表明:FYT防水涂膜桥面大于10 mm车辙路段长度占桥面总长度的比值最大,热喷SBS沥青+碎石桥面次之,而热喷橡胶沥青+碎石桥面最小;热喷SBS沥青+碎石桥面所取芯样中有57.1%出现粘结层光滑分离,FYT防水涂膜桥面也有50%的芯样出现粘结层光滑分离的现象;热喷橡胶沥青+碎石的拉拔强度略大于FYT防水涂膜的拉拔强度,而热喷SBS沥青+碎石拉拔强度较小;根据CT扫描的结果对界面层空隙率进行了外观的初步判断,车辙断面界面层空隙率明显多于完好断面,但车辙断面与完好断面界面层空隙率目测均较大。

高速公路改扩建工程沥青面层拼接界面技术措施研究和应用

为了提升改扩建工程沥青面层拼接的耐久性,以延长改扩建路面的使用寿命。首先,基于理论模拟分析方法,明确新老路沥青面层界面拼接技术标准,其次研发耐久性沥青面层界面拼接材料,通过分别制备不同掺量下的矿粉+水性环氧沥青、矿粉+乳化沥青、增强剂+水性环氧沥青3类黏结材料,并采用拉拔强度和劈裂强度试验确定了最佳界面黏结材料与其掺配比例,最后结合实际工程应用和性能跟踪观测进行深入验证。结果表明:沥青面层界面拼接技术标准为“抗拉强度≥0.75 MPa”,且三类界面拼接材料中,水性环氧沥青的黏结性能优于传统的乳化沥青,而矿粉和增强剂的掺入均对材料的黏结性能有所提高;当水性环氧沥青与增强剂的掺比为10∶1时,黏结性能最佳,其劈裂强度较乳化沥青提高145%,工程应用表明,增强型水性环氧沥青的抗拉效果是常规乳化沥青的3.75倍,该材料能够显著提升界面黏结性能。

半刚性基层沥青路面横向裂缝的演变规律

为了研究沥青路面横向裂缝的演变规律,依托江苏省高速公路历年的检测数据,选取部分路段进行精细化跟踪观测,考虑了环境和材料等因素的影响,分析了横向裂缝密度随路龄的演变规律,建立了演变模型,进行了预测分析。结果表明,横向裂缝受低温的影响较大;与AK-13或PAC-13相比,上面层材料采用SMA-13时裂缝密度较小;横向裂缝的宏观演变规律呈现出初步发展、稳步发展、快速发展的三阶段特征,可以使用结构行为方程表征;当路面养护及时时,裂缝发展较慢,方程参数β值较小。

基于现场实测数据的高速公路裂缝形态特征及开裂模式研究

为了分析半刚性基层沥青路面横向裂缝开裂模式,依托江苏多条省管高速公路,采用钻芯取样和逐层铣刨分层观测方法,调查了横向裂缝的分层形态特征和贯穿程度,统计了面层和基层裂缝宽度细部特征,明确了横向裂缝主要开裂模式,研究了横向裂缝沿路面深度的分布特征,分析了横向裂缝开裂成因。结果表明:半刚性基层裂缝上部和下部平均宽度分别为0. 96 mm和1. 16 mm,呈现下面较宽、上面较窄的细部特征,而沥青面层裂缝上部和下部平均宽度分别为1. 20 mm和0. 99 mm,呈现上面较宽、下面较窄的细部特征;半刚性基层裂缝基本处于完全贯穿状态,沥青面层裂缝处于顶部部分开裂或完全贯穿状态;横向裂缝开裂模式可分为4种,即上下发展-中间无裂缝型、上下发展-中间裂缝局部贯穿型、完全贯穿型、自上而下型,其中上下发展型开裂模式占比约80%,而自上而下型仅占6%。基层开裂位置对应面层位置均出现开裂,但面层裂缝扩展方向为顶部到底部,而非传统认为的底部到顶部,即当半刚性基层开裂后,直接反射到路表,路表裂纹再往下扩展直至开裂,这主要是因为半刚性基层刚度较大导致面层底部基本不受拉应力作用,甚至处于受压状态,且荷载剪应力从路表传递到面层底部已经衰减很大。因此横向裂缝发展初期应及时养护维修,以防裂缝向下扩展。

在役高速公路沥青路面结构功能状态评估方法研究及应用

为了对在役高速公路沥青路面的结构功能状态进行评估,本文基于结构与功能匹配的原则,考虑路面不同结构层的功能需求,对相应结构层的结构功能性评价指标、方法及标准进行研究,最终建立在役高速公路沥青路面结构功能状态评估方法,并结合工程予以应用论证。结果表明:所提出的针对路面结构表面层抗疲劳、中面层抗车辙以及无机层抗疲劳功能状态评估方法,能够科学评估在役高速的结构功能状态,可行性强,为路面剩余寿命评估提供了新的解决方法。

基于复合改性技术的排水沥青混合料研究

为提高排水沥青混合料的综合路用性能,选取自制高黏剂、HRM环氧树脂为改性剂,分别与SBS改性沥青进行复合改性,制备出两种复合改性沥青;同时设置SBS改性沥青为对照组,通过沥青基本性能试验、老化试验和黏度试验,评价复合改性沥青性能的提升效果;以3种沥青为胶结料、PAC-13沥青混合料为基础级配,制备出3种排水沥青混合料,并通过强度试验、渗水性能试验、水稳定性试验和高温稳定性试验等室内试验,对排水沥青混合料的路用性能进行综合评价。结果表明,相较于SBS改性沥青,复合改性排水沥青的各项性能提升效果明显;相较于传统排水沥青混合料,两种复合改性排水沥青混合料的马歇尔稳定度分别提高了24.5%、19.1%,渗水性能分别提高了2.4%、7.8%,冻融劈裂强度比分别提升了15.3%、6.5%,动稳定度分别提高了30.2%、88.8%。

硬质沥青高模量混合料研究及应用

为解决重载交通高温条件下路面车辙问题,采用硬质沥青提升路面抗车辙性能,开展硬质沥青高模量混合料设计研究,分别评价沥青混合料动态模量、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗疲劳性等路用性能,结合实际工程应用和路用性能跟踪观测,深入验证。结果表明:硬质沥青高模量混合料动态模量超过18000 MPa,60℃动稳定度达6349次/mm,四点弯曲疲劳寿命(230με)超过90万次,性能显著优于SMA 13,实际工程应用表明该材料具有良好的耐久性。

单粒径多孔隙聚氨酯碎石混合料路用性能的试验研究

为研究单粒径多孔隙聚氨酯碎石混合料(PPM)应用于路面铺装的可行性,通过飞散试验和析漏试验,确定了PPM中聚氨酯结合料的最佳用量,分析了PPM的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗冻融性和耐久性等路用性能,并与多孔沥青混合料OGFC(开级配抗滑表层)进行了性能对比分析。结果表明:聚氨酯结合料的最佳用量为4.5%~6.8%;PPM的抗高温车辙能力远强于OGFC;PPM的最大弯拉应变满足改性沥青混合料的技术要求;不同条件下的PPM飞散损失值在较低水平,且其飞散损失程度低于OGFC;与OGFC相比,PPM具有更好的抗土粒堵塞能力。

基于探地雷达和高速弯沉仪的结构内部状态评价

为准确判别高速公路沥青路面结构内部状态,采用探地雷达和高速弯沉仪进行联合检测,分别从结构完整性和结构强度提出结构内部状态评价方法、评价指标和评价标准,并进行实例分析。探地雷达实测表明,路面存在不密实、层间接触不良、松散等3种隐性病害时,可采用路面内部破损状况指数IPCI进行评价;高速激光弯沉仪检测结果可线性转化为贝克曼梁值,采用结构强度指数PSSI进行评价;路面养护及时时,路面结构内部状态较好,需维修路段较少。

沥青路面抗滑性能发展规律及技术需求分析

基于江苏省18条典型高速历年抗滑性能检测数据,利用沥青路面结构行为方程分析抗滑性能发展规律,并从性价比、耐久性、施工性能、保护原路面、环保等5个方面综合评估抗滑处治措施使用效果。结果表明,江苏省高速公路通车前10年,抗滑性能逐年下降,SFC全线平均值每年下降约1.35,下降百分比约2%,通车10年后,抗滑性能由于养护而趋于稳定;沥青路面结构行为方程可用于表征江苏省抗滑性能发展规律,形状因子β值为0.244,表明江苏省高速公路抗滑性能总体衰变较慢;不同养护措施使用效果排序为U-PAVE10>精细抗滑碎石封层>就地热再生> ECA-10>微表处。

橡胶沥青路面与SMA路面使用性能对比分析

以江苏省宁常高速公路为依托工程,通过7年数据跟踪、现场取芯、雷达检测等方式,与室内试验相结合,综合评估橡胶沥青路面的路用性能。结果表明,与同时期铺筑的SMA路面相比,橡胶沥青路面的裂缝条数较多,裂缝发展速度较快,已贯穿下基层的裂缝占28.8%。橡胶沥青路面的低温抗裂性能和抗老化性能优于SMA路面,抗车辙性能和疲劳性能略差于SMA路面。