干湿循环作用下沥青混合料损伤开裂机制分析

为研究干湿循环作用对沥青混合料抗裂性能的影响,利用数字图像处理技术建立沥青混合料细观数值模型,并测试得到不同温度下石料和沥青胶砂的水扩散系数。基于菲克定律分析温度和干湿循环耦合作用下沥青混凝土内部干湿状态。运用USDFLD场变量更新方法实现干湿状态与力学参数耦合,对干湿循环作用后沥青混合料弯曲破坏性能和裂纹发展情况进行模拟分析。结果表明:胶砂黏聚损伤对沥青混合料抗弯承载能力的影响最显著。在干湿循环过程中,混合料内部水分单调增加。干燥阶段,水亦会继续向内部扩散,从而引起混合料内部水损伤。干湿循环作用次数增多,混合料内部微裂纹萌生时刻提前,主裂缝扩展速率加快。

冻融作用下聚氨酯透水混合料性能衰减规律

为研究冻融作用对聚氨酯透水混合料(polyurethane bounded permeable mixture,PUPM)性能的影响,通关相应宏观试验对PUPM冻融损伤特性进行多尺度表征。首先测定PUPM质量损失率、吸水率、劈裂强度随冻融次数变化的衰减规律;在不同冻融阶段进行拉拔试验,分析冻融过程中界面抗拉强度的衰减规律及界面破坏形态的变化。试验结果表明,冻融过程中,相比于开级配磨耗层(open graded wear layer,OGFC),PUPM质量损失率较大;PUPM吸水率先增大后减小,之后趋于平缓;PUPM的劈裂强度与胶石界面抗拉强度前期衰减较快,后期衰减减缓;冻融初期,胶石界面从粘聚破坏转变为粘附破坏,水的侵蚀是造成界面损伤的重要原因。

醋酸改性钢渣与沥青粘附性图像评价方法

钢渣具有过高的膨胀性限制其使用,醋酸改性可解决钢渣膨胀率过高的问题,但醋酸酸性环境会降低钢渣表面的碱性,势必会改变改性钢渣与沥青的粘附性。为了准确评价改性钢渣与沥青的粘附性能,选用像素法评价改性钢渣与沥青的粘附性,这种方法避免了传统目测法只能定性评价钢渣骨料粘附性带来的问题。结果表明:目测法在10%、30%剥落面积界限判定时会出现失误,整体失误率在30%~40%左右;醋酸改性能增加钢渣表面的微小孔隙,提高钢渣与沥青的物理吸附作用,但其效果明显低于沥青与钢渣中碱性物质形成的化学粘结力;考虑到实际需要,建议在拌制沥青混合料时加入抗剥落剂。

基于低温性能的纤维增强沥青混合料最佳沥青用量确定

沥青用量是沥青混合料配合比设计的重要指标,会直接影响纤维增强沥青混合料的路用性能。常规配合比设计大多基于马歇尔试验确定,鉴于此,提出从沥青混合料低温性能出发,采用低温间接拉伸试验并结合数字图像散斑相关技术确定纤维增强沥青混凝土最佳沥青用量。与基质沥青混合料相比,最佳油石比不变时,纤维增强沥青混合料的马歇尔稳定度提高了14%,低温破坏应变提高了80%,而当油石比增大至5.0%时,虽然马歇尔稳定度只提高了5.5%,但低温破坏应变却提高了130%。因此,为了充分发挥纤维沥青混合料的低温抗裂优势,建议在马歇尔方法基础上补充低温设计指标确定纤维增强沥青混合料的油石比,为今后同类型混合料配合比设计提供参考依据。

导电沥青及混合料裂缝局部温度场及愈合效果

为探究导电沥青胶浆及混合料裂缝附近区域的导电升温效应,制备了不同配比的导电沥青胶浆及混合料,进行了导电愈合试验,利用红外摄像仪测定了导电沥青胶浆和沥青混合料裂缝周围的温度场。采用图像处理技术定量分析了导电沥青胶浆裂缝愈合水平,同时探讨了沥青混合料的反复愈合性能。结果表明:导电沥青胶浆及混合料温度均随通电时间线性升高,升温速率与材料电阻率呈指数函数关系;导电沥青胶浆及混合料裂缝附近区域温度明显高于其他区域,局部升温明显,局部高温有利于实现裂缝定向愈合;沥青混合料反复愈合水平随断裂次数的增多逐渐降低,愈合温度和通电时间对反复愈合水平具有显著影响;利用愈合前、后电阻率比值可估计导电沥青混合料的愈合效果。

温湿度环境对沥青混合料中低温力学性能的影响

为明确温湿度环境对沥青混合料中低温性能的影响,对国内不同地区温湿度分布特点进行统计分析,确定了绝对湿度与温度的经验关系。基于此关系选定了3种典型水汽作用工况,利用饱和氯化钾溶液控制环境湿度,对沥青混合料试样进行水汽环境浸润处理。30 d后对试样开展动态间接拉伸劲度模量试验和低温劈裂试验,测定水汽工况处理前后沥青混合料的模量、强度和变形性能,进而评价不同水汽环境对混合料中低温力学性能的影响。结果表明:我国大部分地区月平均绝对湿度均在25 g/m^(3)以下,沥青混合料在低温时更易吸收水汽,温度升高促使水分子运动速度加快,从而导致沥青混合料吸湿率下降。高温高湿环境不仅会导致沥青混合料低温杨氏模量和中温动态劲度模量的显著降低,还会引起混合料抗拉强度下降。水分子扩散引起沥青分子链间距增大,宏观表现为混合料低温破坏应变增大。而中低温水汽环境对沥青混合料模量和抗拉强度以及应变无明显影响。沥青混合料断裂能、耗散蠕变应变能及弹性应变能均随着水汽浓度升高而降低,高温高湿环境导致混合料断裂能显著降低。与其他指标相比,杨氏模量对水汽作用引起的损伤更敏感。因此,杨氏模量可以较好地表征不同温湿度环境对沥青混合料力学性能的影响程度。