多级应力重复蠕变恢复试验应用于沥青高温性能评价

选用8种不同种类的沥青材料,按照AASHTO TP70-13(2013)所规定的多级应力重复蠕变恢复试验(MSCR)进行了一系列试验。通过试验发现,在温度-Jnr双对数坐标下,沥青的不可恢复柔量与温度具有明显的线性关系,改性沥青与基质沥青相比表现出更为复杂的高温力学行为;另一方面,改性沥青的不可恢复柔量差Jnrdiff远大于基质沥青,按照AASHTO MP19-10(2013)中关于Jnrdiff不大于75%作为交通量等级划分指标对于某些改性沥青并不适用,该指标的应用值得商榷。

MSCR试验对不同老化程度高黏沥青高温性能分析

基于多重应力蠕变恢复试验(MSCR)研究3种高黏沥青在不同老化程度下的高温性能的影响,采用蠕变恢复率及不可恢复柔量评价不同老化条件下高黏沥青高温抵抗外界荷载作用能力,并分析高黏沥青的应力敏感性。研究表明:经短期老化与长期老化后,高黏沥青老化后变得更坚硬,且Ⅰ型高黏沥青在不同应力和不同老化条件下抗变形能力最优。不同老化条件下,Ⅰ型与Ⅱ型高黏沥青的平均蠕变恢复率均高于SBS改性沥青,平均不可恢复柔量均小于SBS改性沥青,表明添加高黏改性剂对提高沥青的弹性恢复性能与高温抗流动变形能力具有明显作用。3种高黏沥青在不同老化程度下的应力敏感性大小为Ⅱ型<Ⅰ型<SBS改性沥青,与其蠕变恢复率大小顺序相反,说明应力敏感性与平均蠕变恢复率具有良好的负相关性。结果表明:多重应力蠕变恢复试验考虑不同老化条件下高黏改性沥青的高温黏弹特性,采用平均蠕变恢复率、平均不可恢复柔量和应力敏感系数指标,对全面评价高黏改性沥青的不同老化程度下高温性能具有重要作用。

基于多应力蠕变恢复试验的改性沥青高温性能研究

为了研究改性沥青在高温条件下的粘弹性能,选择3种改性沥青在不同温度下进行多应力蠕变恢复试验(MSCR)。采用Superpave性能规范的最新指标对3种改性沥青的高温性能进行评价。结果表明:在0.1 kPa时,PE改性沥青的平均恢复率R100最大,并且不随温度发生较大改变;随着温度的升高,SBS、GTR改性沥青平均恢复率减小;在3.2 kPa时,3种改性沥青的平均恢复率R3200较为接近;比较两种应力条件下的结果,在64℃、70℃时,PE改性沥青由于应力增大,平均恢复率显著下降,平均不可恢复蠕变柔量Jnr显著增大;因此,有必要考虑较大应力对改性沥青性能的影响。本试验结果与弹性恢复试验结果一致,可以考虑用MSCR代替弹性恢复试验。由于采用了较大应力的加载方式以及平均恢复率、平均不可恢复蠕变柔量等评价指标,MSCR能全面评价改性沥青的性能。

基于多应力蠕变恢复试验的温拌沥青高温性能

选择Evotherm^3G和EC120两种温拌剂加入基质沥青和SBS改性沥青中,配制温拌沥青.采用多应力蠕变恢复试验,对短期老化前后温拌沥青的高温性能进行评价.结果表明:两种温拌剂对沥青高温性能的影响表现出明显的差异性;Evotherm^3G温拌剂增加了沥青的应变,降低了沥青的蠕变恢复率,提高了沥青不可恢复蠕变柔量;EC120温拌剂降低了沥青的应变,提高了沥青的蠕变恢复率,降低了沥青不可恢复蠕变柔量;EC120比Evotherm^3G更能提升沥青的高温性能,但两种温拌剂均能不同程度地提高沥青的应力敏感性;短期老化提高了基质沥青的高温性能,但对改性沥青高温性能有所削弱.

基于多应力重复蠕变恢复试验的活性橡胶改性沥青胶结料高温性能评价

为研究活性橡胶添加剂对沥青胶结料高温性能影响的变化规律,该文通过多应力重复蠕变恢复试验,并结合传统的沥青高温评价指标,对掺加活性橡胶的沥青胶结料进行高温性能评价。研究结果表明:活性橡胶能够显著提高基质沥青的软化点和60℃动力黏度;降低沥青胶结料的不可恢复蠕变柔量Jnr,提高平均应变恢复率R;活性橡胶能够显著提高基质沥青的高温性能,不可恢复蠕变柔量Jnr、平均应变恢复率R与沥青的高温性能相关性较好,多应力重复蠕变恢复试验能较好地评价沥青胶结料的高温性能。

多应力蠕变恢复试验评价沥青高温性能

该文在60℃下采用多应力蠕变恢复(MSCR)试验评估了硬质沥青、聚合物改性沥青和道路石油沥青的性能特性。对经旋转薄膜烘箱老化后的试样,在3个应力水平下进行了动态剪切流变试验。分别采用恢复率和蠕变柔量评估了沥青的延迟粘弹性响应和抗永久变形能力。研究结果表明:不同应力水平下的平均恢复率与蠕变柔量间有很好的相关性。此外,将6种沥青得到的性能参数与AASHTO胶结料规范的要求进行了比较。

基于改进MSCR试验的胶粉SBS复合改性沥青高温蠕变恢复特性研究

为更准确地评价胶粉SBS复合改性沥青的高温性能,对现有多应力蠕变恢复试验(MSCR)进行改进。制备胶粉掺量为6%、9%、12%、15%和18%的复合改性沥青,对其进行了改进的MSCR试验,分析了复合改性沥青在不同应力水平下的不可恢复蠕变柔量(Jnr)和蠕变恢复率(R)指标,研究了复合改性沥青的应力敏感性。试验结果表明:胶粉的掺入提升了SBS改性沥青的高温性能;较高的应力水平(12.8 kPa)可以更为准确地评价其高温性能;J(nr, slope(12.8-0.1))是评价复合改性沥青的应力敏感性的合理指标,复合改性沥青在高应力下仍然有较好的高温性能;胶粉掺量大于12%时,复合改性沥青在高应力下的黏弹性恢复性能较好,具备重载交通下抵抗车辙的能力。

基于MSCR试验的温拌阻燃沥青高温性能评价与分级

本研究利用70号道路石油沥青和SBS改性沥青,将温拌剂(Sasobit)、氢氧化铝(ATH)和有机蒙脱土(OMMT)与沥青复配,制备成三种不同阻燃剂掺量(质量分数)的温拌阻燃沥青,采用多应力蠕变恢复(MSCR)试验开展对温拌阻燃沥青高温性能的评价。分别对温拌阻燃沥青在60℃下的应变变化、蠕变恢复率(R)、不可恢复蠕变柔量(J_(nr))及其相应应力敏感性指标(R_(diff)、J_(nrdiff))进行分析,并依据AASHTO M 332-20标准对不同阻燃剂掺量的温拌阻燃沥青进行交通分级。结果表明:随着阻燃剂掺量的提高,两种类型沥青的应变值减小,J_(nr)值呈减小趋势,R值呈增大趋势;阻燃剂掺量较低时,提高其掺量对沥青结合料的高温性能改善效果更加明显;温拌阻燃沥青(道路石油沥青)的J_(nr3.2)值不满足AASHTO标准中“≤4.5”的要求。温拌阻燃沥青的J_(nrdiff)值均能满足AASHTO标准中“≤75%”的要求。温拌阻燃沥青(道路石油沥青)未达到标准交通要求而无法分级,温拌阻燃沥青(SBS改性沥青)在4%阻燃剂掺量下达到特重交通的标准,在8%、12%掺量下达到极重交通的标准,因此温拌阻燃沥青(SBS改性沥青)的高温性能更好。基于对温拌阻燃沥青蠕变力学指标、高温交通分级和经济性的综合考虑,推荐复配阻燃剂(ATH、OMMT的质量比为3∶1)的最佳掺量为8%。

基于MSCR试验的沥青恢复率修正算法研究

多重应力蠕变恢复(MSCR)试验作为评价沥青高温性能的规范试验方法已得到了广泛认可.然而在对基质沥青进行MSCR试验时,恢复率计算值可能出现负值,恢复率为负显然不符合基本的黏弹性理论和黏塑性理论.针对恢复率出现负值情况,提出一种修正的恢复率计算方法,保证沥青的恢复率计算值始终为正.在采用动态剪切流变仪对三种基质沥青和两种改性沥青进行MSCR试验后,参考《AASHTO T 350-14》中的方法计算出每种沥青的恢复率,计算结果表明:三种基质沥青的恢复率均在某一应力水平下出现了负值.分析基质沥青恢复率出现负值的原因发现,仪器的实际卸载时间相对于设定卸载时间出现了一定程度的时间延迟,沥青试样实际加载结束时间处于第1~1.1 s.据此,文中提出了一种沥青恢复率的改进计算方法,该计算方法分为两步:①确定延迟时间;②根据延迟时间计算加载结束时的应变并进一步计算恢复率.采用本文提出的方法计算得到的基质沥青的恢复率均为正值,从而验证了修正方法的可行性.

基于MSCR试验的改性沥青高温性能评价

应用多应力蠕变恢复(MSCR)试验,对SBS改性沥青、胶粉改性沥青和高强沥青在不同温度下的不可恢复蠕变柔量Jnr与应力敏感性指标Jnr-diff进行了分析,依据AASHTO MP19-10标准对3种改性沥青进行了交通分级,并采用改性沥青混合料三轴动态蠕变试验进行了验证.结果表明:在非线性范围内应力和温度对改性沥青抗永久变形能力的影响具有等效性;随着温度的升高,改性沥青流变性能的线性范围逐渐变窄,应力敏感性更为显著;胶粉改性沥青在低应力区间的高温性能优秀,但是其线性范围很小,当应力或温度提高时胶粉改性沥青的流变性能迅速进入非线性范围,高温性能急剧衰减;不同应力和温度下改性沥青高温性能的排序发生改变,基于AASHTO MP19-10标准的交通分级能够反映改性沥青的这一特性.

基于MSCR试验的生物沥青高温性能评价

通过高温分级试验和多应力蠕变恢复试验,研究了不同生物质重油掺量及温度下生物沥青的PG高温分级、不可恢复蠕变柔量、蠕变恢复率和应力敏感性,对比分析了基于AASHTO MP 19标准的生物沥青高温性能分级,并采用车辙试验验证了生物沥青混合料的高温性能.结果表明:综合等车辙因子临界温度对生物沥青的原样沥青的等级划分效果明显;生物沥青的恢复率较基质沥青和S100沥青大,蠕变柔量较基质沥青和S100沥青小;生物沥青的不可恢复蠕变柔量和蠕变恢复率应力敏感性随生物质重油掺量的变化不呈现明显规律,但应力敏感性随温度的升高而增大;64℃可作为低掺量生物沥青高温分级的基准温度.

利用不可恢复蠕变柔量评价沥青自愈合性能

为找到能简便、准确评价沥青结合料自愈合能力的指标,采用特制试验环将70^#基质沥青制作出具有内部缺陷的双片组(3 mm+3 mm)和一次性制作的单片组(6 mm)试样,分别进行了不同试验温度、平行板间距、愈合时间和愈合温度条件下沥青样品的MSCR试验,并对比DSR温度扫描试验结果。研究发现,对于40℃保温2 min愈合的试样,在试验温度25℃、平行板间距5 mm时进行MSCR试验得到的不可恢复蠕变柔量之比(SJnr)可作为沥青结合料自愈合性能的评价指标,为表征沥青结合料的自愈合性能,提供了一种新的试验方法和评价指标。

基于MSCR试验的BRA改性沥青高温性能分析

为了更好地评价BRA改性沥青高温性能,对BRA掺量不同的改性沥青、SBS改性沥青进行了常规震荡剪切试验(DSR)和多应力蠕变恢复试验(MSCR),对比分析BRA改性沥青高温性能,并利用车辙试验验证BRA改性沥青混合料高温性能。结果表明:PG高温性能分级难以准确区分不同种类沥青高温性能;BRA的掺入能显著增强沥青的高温变形恢复能力及抗永久变形能力;在一定条件下,高BRA掺量改性沥青的抗永久变形能力与SBS改性沥青相当;BRA改性沥青的应力敏感性较SBS改性沥青而言更不易受温度变化的影响;J_(nr0.1)、J_(nr3.2)可作为BRA改性沥青高温性能评价指标。

基于MSCR试验的橡胶改性沥青高温性能

为了准确地反映橡胶改性沥青的高温性能,采用多重应力蠕变恢复(MSCR)试验对橡胶改性沥青的高温性能进行评价。研究结果表明:随着胶粉掺量的增大,橡胶改性沥青的不可恢复蠕变柔量J_(nr)呈减小趋势,变形恢复率R呈增大趋势。R对温度的敏感性较低,J_(nr)对温度的敏感性较大,增大胶粉掺量能够减小J_(nr)对温度的敏感性。AASHTO M332-14标准中的J_(nr)分级指标不适用于所有改性沥青,其适用性应视具体的改性剂而定。

基于MSCR的基质沥青老化高温性能

针对50#、70#、90#三种基质沥青,采用旋转薄膜烘箱试验模拟沥青不同老化时间;基于多应力蠕变恢复试验(MSCR),在两种不同测试应力、三种不同测试温度下测得各沥青试样的不可恢复蠕变柔量J_(nr)和变形恢复率R,进行老化高温性能变化规律分析。试验发现:三种沥青的J_(nr)和R均符合老化动力学变化规律,其中90沥青J_(nr)、R老化速率均最大;测试温度、应力越大,沥青抗变形能力下降。

基于MSCR试验的高粘沥青高温性能评价

为了准确获取高粘沥青的高温性能评价指标,文章通过采用多应力重复蠕变恢复(MSCR)试验,对沥青在不同温度与应力下及不同高粘改性剂掺量下的评价指标进行了系统的分析,并通过各种沥青混合料的动稳定度对评价指标的有效性进行了验证。结果表明:恢复率R与不可恢复蠕变量Jnr具有较高的温度敏感性,但对应力敏感性较弱。随着高粘度改性剂的掺入,沥青的恢复率R呈增长趋势,不可恢复蠕变量Jnr呈下降趋势,表明高粘度改性沥青的高温性能能够同时在弹性区间及非弹性区间得到有效的改善。

基于MSCR试验评价SBS改性沥青的老化特征

为研究SBS改性沥青在不同老化程度时的性质,该文制备了5种不同SBS含量的改性沥青,利用薄膜烘箱试验(TFOT)、压力老化试验(PAV)进行模拟老化,通过多应力重复蠕变恢复试验(MSCR)等方法分析不同老化程度时的流变学特征。研究结果表明:MSCR可以反映改性沥青与基质沥青在流变学性质上的不同;改性沥青的老化程度与老化温度并非严格正相关,当拌和温度大于163℃时,老化程度明显加快,R对改性剂的老化敏感性强于J_(nr);高SBS含量的改性沥青具有更优的整体性能,但是随着老化程度的加深,改性剂带来的性能优势逐渐弱化。

基于MSCR的再生沥青高温本构模型建立与评价

通过多重应力蠕变恢复(MSCR)试验计算了不同再生剂掺量下再生沥青的高温黏弹性特征参数,然后采用3种黏弹性本构模型分别构建了再生沥青高温本构模型,并结合主成分分析(PCA)模型评价了适用于再生沥青高温性能研究的本构模型.结果表明:Burgers模型和三参数固体模型在评价再生沥青高温性能时,特征参数呈现显著的交替波动性,而四参数固体模型具有较好的稳定性;PCA模型发现四参数固体模型比Burgers模型和三参数固体模型具有更显著的评价效果,验证了采用四参数固体模型评价再生沥青高温性能的可靠性.

基于MSCR的胶粉/SBS复合改性沥青储存稳定性研究

通过常规试验、基于MSCR试验的离析率指标分析了胶粉处理方法、胶粉掺量以及密炼加工对8种不同的胶粉/SBS复合改性沥青热储存过程中稳定性的影响,并利用光学显微镜观察微观结构进行验证。结果表明:经过密炼加工处理后,再生胶粉/SBS复合改性沥青储存稳定性显著提高,再生胶粉优于常规胶粉与SBS复合改性沥青。3种复合改性沥青的储存稳定性随胶粉掺量的增加而逐渐衰减。光学显微镜表明密炼加工会使得SBS与脱硫降解后的再生胶粉相结合从而改善改性沥青的热储存稳定性,并验证了基于MSCR试验提出的离析率指标对复合改性沥青储存稳定性的评价具有可行性。

土的内变量蠕变模型研究

土的蠕变是指在常值应力作用下土的变形随时间而持续增长的现象。沿用传统连续介质力学理论,在土蠕变性质的研究中,人们普遍采用与时间相关的蠕变速率描述土的蠕变行为。然而在工程实际中,土体往往要经历复杂的加卸载过程,并经历不同应力应变状态下的蠕变过程。在此复杂条件下,各个蠕变过程的土的内部结构不同,继续采用传统连续介质力学理论描述土的蠕变行为就遇到了困难。与传统连续介质力学理论不同,内变量理论是一种采用材料内部结构变量(即内变量)描述材料性质的一种理论。据此,提出了土的内变量蠕变模型,该模型采用土的不可恢复应变作为土变形过程中的内变量。模型不但可以反映土所受外部荷载对蠕变行为的影响,而且可以反映材料的内部结构变化对蠕变行为的影响。为验证模型的合理性,开展了复杂条件下砂土和黏土的蠕变性质试验,详细讨论了应力和不可恢复应变对土蠕变性质的影响。此外,还讨论了内变量蠕变模型与传统幂函数蠕变模型参数之间的关系,并提出了一种可以加快蠕变试验的方法。通过研究发现:土的内变量蠕变本构模型可以反映复杂条件下土的蠕变性质。