不同纤维及沥青复合改性BK-10混合料路用性能

【目的】对目标空隙率为13%的半开级配沥青混合料所用沥青和纤维进行优选,以提高混合料路用性能,实现其功能性与耐久性的平衡。【方法】对不同的沥青、纤维和矿粉进行8种组合制备不同的半开级配沥青混合料,通过开展室内试验,测试各混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能,对比分析沥青、纤维和矿粉对沥青混合料路用性能的影响,并基于表面能理论以及通过开展动态剪切流变试验和延度试验,进一步分析论证复合沥青和复合纤维改善混合料路用性能的原因和效果。【结果】复合沥青与集料的黏附性最强,复合纤维与沥青胶浆结合能力最好。【结论】采用5%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-butadiene-styrene,SBS)与15%橡胶粉复合改性沥青,以及用复合纤维(木质素纤维与玄武岩纤维质量比为1∶1)制备的半开级配沥青混合料的路用性能最优。

半开级配SBS改性沥青混合料BK-7组成设计

【目的】论证公称最大粒径为7 mm的半开级配沥青混合料BK-7的路用性能。【方法】对BK-7混合料的矿料组成进行了设计,并在其纤维掺量为0.4%的情况下,通过谢伦堡析漏和肯塔堡飞散试验确定了SBS改性沥青的用量。同时,对9%、11%、13%三种空隙率的BK-7混合料进行了单轴贯入试验、低温弯曲试验以及浸水马歇尔稳定度试验,并将其与SMA-5、AC-5、OGFC-5沥青混合料的性能进行比较。此外,还对经过酸性溶液浸泡过的空隙率为11%的BK-7混合料进行了飞散和马歇尔试验。【结果】空隙率为9%的BK-7混合料路用性能最好,抗车辙性能最优,且低温抗裂性能和水稳定性能与SMA-5、AC-5沥青混合料的相当;空隙率为11%的BK-7混合料在pH=4的酸雨溶液中浸泡两个周期(“浸泡7 d、自然干燥1 d”为一个周期)后,其马歇尔稳定度与肯塔堡飞散损失仍能满足相应的规范要求。【结论】掺纤维且采用SBS改性沥青的空隙率为9%的BK-7沥青混合料的路用性能具有比较优势,在温度较高的华南地区有一定的工程应用价值。

全厚式沥青面层车辙控制标准探讨

目前的研究都只针对沥青混合料提出材料的抗车辙控制标准,并不能直观地反映路面结构抗车辙性能。为此改进了车辙试验机,并在重载低速下开展多种沥青面层组合结构的全厚式车辙试验和各层沥青混合料的车辙试验;分析全厚式车辙动稳定度的构成,构造由各层沥青混合料动稳定度推算全厚式车辙动稳定度的公式;按照该公式对重载低速车辙试验数据进行回归,利用该回归方程分析沥青面层各层对全厚式车辙动稳定度的影响及其对车辙变形的结构贡献率,结果表明中面层对车辙变形的贡献率最大(与已有的研究结论一致),而上面层对全厚式车辙动稳定度的影响最大;基于各层沥青混合料的动稳定度控制标准,利用该回归方程提出全厚式车辙动稳定度控制标准;将该标准用于检验某高速公路长大上坡沥青路面抗车辙性能,能很好地解释其反复出现的车辙现象。

低速行车条件下沥青混合料抗车辙性能试验研究

考虑到目前沥青混合料车辙试验无法反映长上坡或大纵坡路面汽车的低速行驶特性,改进标准车辙仪,增加试验轮速度调节功能;以保证试验轮碾压次数相等为原则,修正变速车辙试验的试验时间和动稳定度计算公式;利用变速车辙仪对两种常用的沥青混合料开展不同轮压、试验轮不同行走速度下的车辙试验。变速车辙试验结果表明重载低速严重影响沥青混合料车辙性能;根据车辙试验结果建立上述两种试验材料动稳定度随试验轮行走速度的变化方程;利用该方程提出一种折算系数,可以将低速下的动稳定度值转换成标准试验条件下的动稳定度值;利用该折算系数,提出试验轮不同行走速度下这两种试验材料的车辙控制标准值。实体工程车辙状况验证该控制标准的合理性。

考虑温度梯度沥青路面面层全厚式车辙试验

沥青路面面层内部存在明显的温度梯度,而目前的车辙试验无法反映这一特点。研制车辙试件温度梯度控制系统,可以在车辙试件内部形成温度梯度;利用该系统模拟路面温度梯度,开展不同面层组合结构的全厚式车辙试验。试验结果表明,温度梯度下沥青面层的整体抗车辙性能优于均匀温度下的抗车辙性能;若减弱表面层抗车辙性能并同时增强中面层抗车辙性能,则不仅能够改善沥青面层整体抗车辙性能,而且其改善效果优于仅仅增强表面层的方法;若减弱表面层抗车辙性能并同时增强下面层抗车辙性能,却很难改善沥青面层整体抗车辙性能。试验分析表明,本文提出的温度梯度全厚式车辙试验可以用于沥青面层结构的抗车辙性能检验,能用于沥青面层的抗车辙结构优化。

旧水泥混凝土路面搭板罩面的应力

采用沥青罩面处理旧水泥混凝土路面时,沥青罩面层底对应旧路接裂缝的位置会因为应力集中而开裂。提出将旧板接裂缝顶部拓宽再采用水泥混凝土搭板来处理接裂缝,然后进行沥青罩面的方法,称为搭板罩面法。采用二维有限元方法分析了搭板罩面法处理旧水泥混凝土路面的影响因素,这些因素包括搭板厚度、搭板宽度、搭板强度以及搭板与旧水泥混凝土接头部位结合强弱。计算结果表明,接头顶端和裂缝顶端的应力随着搭板厚度的减小、搭板宽度的减小以及搭板的强度的减小而减小,而随着搭板与旧水泥混凝土板之间的接头处的结合由弱变强,接头顶端和裂缝顶端应力的变化趋势却相反。分析表明搭板设计需要综合考虑多方面的因素。

沥青混合料的黏弹性疲劳损伤模型研究

从沥青混合料的黏弹性本构模型出发,按应变等效假设将损伤引进本构模型,推导周期应力条件下含损伤的耗散能表达式,进而得到黏弹性损伤演化方程和疲劳方程;该模型可以综合反映应力、加载频率和温度的影响,适合用来分析沥青路面的疲劳损伤问题;利用MTS开展了沥青混合料的疲劳损伤试验,确定了相应的黏弹性疲劳损伤模型参数,据此开展了模型验证,结果表明模型与实测值之间相关性很好．

行车荷载作用下沥青路面粘弹性应力响应规律分析

该文以广义Maxwell模型模拟沥青混合料的粘弹性性质,定性分析了周期荷载作用下沥青路面的粘弹性应力响应规律,表明可以将其近似处理成与荷载同频率的半正弦波形。利用ANSYS分析了特定沥青路面结构在周期行车荷载作用下沥青面层的粘弹性应力响应,计算结果与定性分析结果一致,而且加载历史和加载间歇时间对计算时刻应力的影响比较小,可以用单周期的应力响应代替考虑多周期加载历史下的应力响应,而误差在工程结构分析可以接受的范围内,从而使计算时间大为缩短。

接缝性水泥混凝土路面接缝传荷能力测试方法探讨

设传力杆的水泥混凝土路面接缝传递荷载的能力会在各种因素的作用下逐渐减小,直至影响路面行车的平顺。通常的做法是实际测试横缝传荷能力后再确定维修方案,目前普遍采用贝克曼梁测试横缝两侧的弯沉,以弯沉比值定义传荷系数。但对于测试车、加载位置、弯沉测试点等没有相关规定,测试结果波动非常大,没有可比性。该文利用三维有限元程序EverFE分析了测试车载重和轮胎接地面积、加载位置、弯沉测试点对水泥混凝土路面横缝传荷系数的影响,结果表明除测试车轮胎接地面积外的其他因素对传荷系数的影响均较大。为此,有必要对水泥混凝土路面接缝传荷能力的测试做出统一的规定。

沥青路面结构的粘弹性有限元方法

引入粘弹性理论 ,推导了温度荷载作用下的二维粘弹性有限元格式 ,并用Burgers模型模拟沥青混合料的粘弹特性 ,根据推导出的公式 ,编制了有限元程序 ,计算在持续大幅降温条件下沥青路面结构的温度应力场。

土工布和玻璃纤维格栅在旧水泥混凝土路面改造中的对比应用研究

以工程实例为依托,分析了土工布和玻璃纤维格栅2种材料处治旧水泥混凝土破损的实际效果。

旧水泥混凝土路面一种新型罩面的应力分析

提出一种旧水泥混凝土路面罩面修复的新方法———搭板 +罩面法。有限元计算结果表明 ,这种新方法能极大地改善罩面层内的应力状况 (包括行车荷载和温度的影响 ) 。

层间结合状态对搭板法处治旧水泥路面的影响

采用Goodman接触单元模拟层间结合状态 。

搭板罩面法处理水泥混凝土路面板底脱空的应力分析

将笔者曾提出的搭板罩面方法用于处理板底脱空问题,通过与直接罩面法对比,分析搭板罩面法处理旧水泥混凝土路面板底脱空的效果,有限元计算表明搭板罩面法能有效地改善裂缝顶的剪应力集中,文中还针对这种处治方法的薄弱点提出了相应的改善措施,计算结果表明该法理论上是可行的。

层间弱结合程度及其范围对沥青面层应力的影响

为了深入研究基-面层层间结合状态对半刚性基层沥青路面反射裂缝的影响,采用Ansys,开展了二维有限元计算。以接触对长度和摩擦系数分别表征层间弱结合范围和结合程度,分析了不同荷载条件下基-面不同层间接触条件对沥青下面层层底拉应力和剪应力的影响,提出了竖向对称荷载、竖向偏载、水平力及温度应力单独作用时适宜的层间结合条件。研究结果表明:竖向对称荷载和水平荷载单独作用或两者联合作用下,基-面层层间结合得越紧密,其弱结合范围越小,对路面结构越有利;竖向偏载和温度应力单独作用或两者联合作用下,基-面层层间结合越弱,对路面结构越有利;除了频繁出现水平力或者水平力较大路段以外,没有必要要求半刚性基层沥青路面的基-面层层间处于完全连续状态,但需要相关试验和工程进行进一步的验证。

基于贝雷法参数与CEI的沥青混合料级配优化

为研究矿料级配变化对沥青混合料压实特性的影响,对8种沥青混合料级配进行旋转压实试验。采用偏最小二乘法分析贝雷法参数对密实能指数CEI和CEI96的影响,优化LC-16的级配。研究结果表明:贝雷法参数CA值对密实能指数影响最大,LC-16E的密实能指数CEI与CEI96的推荐值分别为22.86和220.42,经过26次旋转压实后的平均空隙率为3.888%,由斜率法可得出LC-16E的平均斜率为0.372,该级配优化的路用性能满足规范要求。

矿粉气泡混合轻质土组成设计及性能试验研究

通过正交试验提出了用于路基换填的矿粉气泡混合轻质土配合比设计参数,并研究了当水胶比在0.5~0.6范围内时胶凝材料用量、矿粉掺量、水胶比对其抗压强度的影响规律,进一步通过系统试验对其干缩和抗冻性进行了研究。结果表明:矿粉气泡混合轻质土的初步配合比为:水泥∶矿粉∶发泡剂∶水=1∶0.54∶0.03∶0.85;对气泡混合轻质土抗压强度影响的顺序大小为:胶凝材料用量>矿粉掺量>水胶比;随水胶比增大,其各龄期干缩率先增大后减少再增大,水胶比0.55的干缩率最小,而其冻融循环后的抗压强度损失率先增大后减小,水胶比0.6的抗压强度损失率最小;随矿粉掺量增加,其各龄期干缩率先减小后增大,矿粉掺量35%的干缩率最小,而其冻融循环后的抗压强度损失率逐渐增大,矿粉掺量15%的抗压强度损失率最小。

温缩型反射裂缝的热粘弹性有限元分析

考虑了沥青混合料的热粘弹特性 ,运用增量迭代有限元方法 ,计算了在持续大幅降温条件下 ,开裂水泥混凝土路面上沥青罩面层内温度应力场 ,同时探讨了土工格栅加筋位置、裂缝宽度、沥青层厚、降温速度。

考虑材料正交各向异性时的沥青路面结构力学性能

基于正交各向异性理论,分别定义了弹性模量、泊松比和剪切模量这3种参数的各向异性度。对典型的沥青路面结构进行有限元计算,分析这3种各向异性度单独变化以及同步变化时路面结构力学性能的变化规律。计算分析结果表明:沥青面层最大剪应力基本上只受面层平面2个方向之间各向异性的影响,基层层底拉应力受基层平面2个方向之间各向异性的影响最大;路表弯沉受路基平面2个方向之间各向异性的影响最大,剪切模量各向异性对路表弯沉、泊松比各向异性对面层最大剪应力都基本没有影响,弹性模量各向异性对路面各力学指标有较大影响;路基路面材料平面2个方向之间的各向异性不容忽视。

不同掺料泡沫轻质土的强度特性

为了探究同种掺合料不同掺量以及不同掺合料同种掺量的泡沫轻质土的强度特性,选用矿粉、粉煤灰、矿渣和高岭土4种掺料的泡沫轻质土试件,进行了7d和28d无侧限抗压强度试验和直剪试验,分析了同种掺合料不同掺量及不同掺合料同种掺量的泡沫轻质土的无侧限抗压强度、抗剪强度及抗剪强度指标的变化规律,建立了泡沫轻质土抗压强度与粘聚力之间的关系。研究结果表明,随着掺合料在胶凝材料中比率的增加,材料抗压强度和抗剪强度均逐渐减小;粘聚力是泡沫轻质土抗剪强度的主要来源,其与抗压强度具有良好的线相关性;掺加矿粉和粉煤灰的泡沫轻质土表现出了较高的强度特性。