沥青弯曲蠕变劲度试验介绍

在寒冷地区,沥青低温开裂问题尤为普遍,为此SHRP计划通过沥青弯曲蠕变劲度(BBR)试验进行控制沥青在低温环境下的性能。该文重点介绍沥青弯曲蠕变劲度试验原理、试验方法,并通过试验案例,用数据简单直接的表明弯曲梁流变仪蠕变劲度S和蠕变速率m值,进而进行沥青低温性能评价。

基于抗裂性能的沥青混合料低温弯曲蠕变试验

采用KLM70#、KLM90#、KLM110#和科氏SBS(苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物)改性沥青及AC-13、JW-13、Sup-13三种级配的混合料,分别进行低温弯曲蠕变试验来评价沥青混合料的低温抗裂性,评价指标为蠕变速率、应力水平,研究了老化及不同油石比对弯曲蠕变试验结果的影响。结果表明:就抗裂性而言,大标号沥青优于小标号沥青;细型密级配混合料优于粗型密级配混合料;加大油石比可提高抗裂性,但不宜过大。

疲劳试验中沥青混合料的弯拉劲度模量

为了确定弯拉劲度模量是否适用表征疲劳过程中试件的力学状态变化,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳过程中弯拉劲度模量随应变水平的变化情况,应变水平的变化模拟了实际路面厚度变化变化对层底拉应变的影响。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料弯拉劲度模量随荷载作用次数的增加而急剧减小;随着应变水平的降低,衰减趋势逐渐变缓;通过研究发现,弯拉劲度模量可以用于表征应变疲劳过程中沥青混合料试件力学状态变化,并由此推算混合料的疲劳寿命。

沥青混合料静态蠕变劲度模量与动稳定度的关系

用轮辙试验的动稳定度(以下简称DS)指标反映沥青路面的高温车辙行为具有较好的一致性,但不能作为计算参数用于沥青路面结构设计。通过研究不同沥青混合料的DS和静态蠕变劲度模量的响应,试图将DS指标与静态蠕变劲度模量建立联系用作为沥青路面结构设计参数。选择了AC13和AC25两种级配、60#/70#基质沥青和5%SBS改性沥青两种结合料、花岗岩和石灰岩两种集料,分别进行了车辙试验和静态蠕变试验,其中车辙分别采用5 cm和7 cm厚度试件。结果表明,对同类型级配、结合料、集料和同一车辙厚度的沥青混合料,其DS和静态蠕变劲度模量有良好的相关性,相关系数R2高达0.9以上。但综合考虑级配、结合料、集料和结构厚度等因素后,DS与静态蠕变劲度模量的线性相关性并不理想,其相关系数R2只达到0.591 2。因此,试图将DS转换为静态蠕变劲度模量用作为沥青路面结构设计参数的可行性有待进一步研究。

沥青混合料劲度残留值的影响因素试验

借助于四点弯曲小梁疲劳试验装置,采用对称循环加载方式,通过加载次数来设置循环,并且在不同的循环次数之间设定相应的恢复时间,研究了多个循环作用下不同的恢复方式、应变大小以及温度的大小与沥青混合料的劲度残留率之间的关系。研究结果表明:小梁在无约束情况时的劲度残留率要大于有约束时的劲度残留率,并且随着循环次数的增加,这两者之间的差值会越来越小。应变越小,则劲度残留率会越大,200με作用下劲度的残留率较大,400με和600με作用下对应的劲度残留率在循环次数少的时候比较接近,随着循环次数的增加,二者之间的差异会明显。温度为5℃和15℃时的劲度残留率比较接近,25℃时的劲度残留率要大于5℃和15℃时的对应的劲度残留率。

改性沥青低温弯曲蠕变性能试验研究

本文通过低温弯曲蠕变试验(BBR试验),比较基质沥青、SBS改性沥青和多聚磷酸(PPA)/SBS复合改性沥青低温弯曲蠕变性能。得到不同温度下三种沥青的蠕变劲度S和蠕变速率m,分别从温度和改性剂两个方面研究三者的低温开裂性能,结果表明PPA/SBS复合改性沥青的低温性能较其他两种沥青强。又从PPA和SBS两种改性剂的改性机理入手,进一步分析PPA/SBS复合改性沥青的低温抗开裂性能。

蠕变劲度模量—评估沥青混合料路用性能的有效指标

本文在分析我国现行沥青混合料设计方法之不足的基础上,对于沥青混合料的力学指标蠕变劲度模量进行了研究。结果表明,该指标既同沥青混合料的组成密切相关,又能反映沥青混合料的路用性能,因而可以用于沥青混合料的组成设计、路用性能评估以及路面结构设计,这一指标的应用将使得我国现行沥青混合料设计方法的缺陷得以弥补成为可能。此外,本文还对这一指标的应用前景进行了探讨。

基于剪切松弛试验的沥青低温劲度模量反演方法

利用动态剪切流变仪(DSR)对不同沥青进行低温剪切松弛试验,获得剪切松弛模量,并求出蠕变柔量的解析解和Matlab解,进而反演得到劲度模量(S_(shear))及其变化率(mshear);另外利用弯曲梁流变仪(BBR)测得沥青劲度模量(S)及其变化率(m),对反演结果S_(shear)、mshear进行验证.结果表明:Matlab求解方法与解析解法虽直观表达形式不同,但结果大小相当;同种沥青的S_(shear)与S值存在稳定比例关系,比例系数约为4.5;不同沥青在60 s时的S_(shear)、mshear值与BBR实测结果呈正比关系,比例系数分别约为4.5和1.1;从Kendall秩相关系数来看,不同沥青反演结果与实测结果排序具有良好的一致性,故通过剪切松弛试验对沥青低温劲度模量进行反演是可行的.

沥青混合料弯曲蠕变试验法的研究

1.前言沥青路面的车辙等现象是由于沥青的流动引起的变形。这种变形主要取决于铺装层的强度及材料的变形性质。日本牛尾氏认为,对研究车辙变形对策及予测路面车辙程度来说,混合料的蠕变特性是非常重要的。该氏把几种不同的试验法,如:单轴压缩蠕变试验、轮辙试验、弯曲蠕变试验、弯曲破坏试验等的试验结果用共同的指标(沥青劲度Sbit,沥青混合料劲度Smix进行分析,得出了一个大温度范围及荷载作用时间的蠕变曲线(Shit～Smix曲线)。

橡胶沥青弯曲梁蠕变试验对比研究

橡胶沥青应用越来越受到公路界的关注,本文结合SHAP研究成果弯曲梁蠕变试验对基质沥青、改性沥青及橡胶沥青低温性能进行了对比,得出一些结论,供读者参考。

SBS改性沥青混合料蠕变性能试验研究

车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形。基于此,对基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行了不同温度及荷载水平下的单轴静载蠕变试验,分析了温度和荷载水平对沥青混合料蠕变特性的影响,并应用Burgers模型对试验进行了模拟。该试验结论指出,Burgers模型可较好地模拟蠕变试验的蠕变柔量曲线,并使用粘弹性理论分析了SBS改性沥青混合料具有较好热稳定性的原因。

基于重复蠕变试验的阻燃沥青胶浆高温性能

采用重复蠕变试验,利用Burgers模型对各沥青胶浆的蠕变过程进行模拟,从胶浆的蠕变劲度黏性成分Gv、累积应变γacc和蠕变柔量等方面分析了不同阻燃沥青胶浆的高温性能表现。结果表明:纤维和复合阻燃剂的加入均会增大阻燃沥青胶浆的Gv并降低γacc,3种复配比例的阻燃沥青胶浆中M-FR1和M-FR2的Gv值相等且最大;而MFR1沥青胶浆的γacc最小;其次是M-FR2。这两种阻燃沥青胶浆高温性能均要优于常规掺量下的木质素纤维沥青胶浆。蠕变柔量分析结果表明,M-FR2阻燃沥青胶浆的瞬时弹性变形柔量JE和延迟弹性变形柔量JC占总柔量的百分比之和最大,高温抗变形能力最强。综合各阻燃沥青胶浆的蠕变力学特性,推荐复合阻燃材料的最优复配比例为15%矿物纤维+6%复合阻燃剂(即M-FR2)。

纤维沥青混凝土的等效劲度模量

根据复合材料细观力学理论探讨了低温条件下纤维沥青混凝土的等效劲度模量的分析方法。应用Y.H.Zhao和G.J.Weng提出的纤维增强复合材料的等效模量公式,计算了具有不同纤维掺量的沥青混凝土在不同温度状态下的等效劲度模量,对计算结果与劈裂试验结果进行了比较和误差分析。从温度、纤维掺量和纤维性状3个方面分析误差产生的原因,其中温度为主要影响因素,而纤维本身的性能对结果误差基本没有影响,根据误差分析结果提出计入温度影响的纤维沥青混凝土等效模量公式,通过修正公式计算得到的结果与试验结果取得较好的一致性。

水泥乳化沥青砂浆短期蠕变特性试验与模型参数分析

为研究水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的短期蠕变特性,采用现场取样的CA砂浆圆柱体试件,在WDW系列电子万能试验机上进行单轴静载蠕变试验。根据试验结果,采用Burgers模型和"四单元五参数"模型(修正的Burgers模型)描述CA砂浆的蠕变特征,分析"四单元五参数"模型参数对蠕变过程的影响。结果表明:随着荷载应力的增大,CA砂浆的蠕变变形及蠕变劲度模量均随之增大;Burgers模型与"四单元五参数"模型都能较好地反映CA砂浆的蠕变特性;"四单元五参数"模型的参数主要影响蠕变过程的初始位置、延迟弹性变形及其曲线的弯曲程度和黏性流动变形阶段的曲线斜率;考虑CA砂浆黏弹性特性对板式无砟轨道的力学分析具有一定的参考价值。

基于重复蠕变恢复试验的化学改性沥青高温性能

为了探究多聚磷酸(PPA)和反应型三元共聚物(RET)改性沥青的高温流变行为,基于重复蠕变恢复试验,深入研究基质沥青、PPA改性沥青、RET改性沥青及SBS改性沥青在不同加载应力及温度条件下黏弹性响应的变化规律,从温度、应力等方面对改性沥青的延迟弹性进行分析,并将PPA,RET与SBS等3种改性沥青的高温性能进行比较,更加客观地评价PPA和RET两种化学改性沥青的高温性能.采用Burgers模型对试验数据进行拟合,分析了蠕变劲度黏性成分与混合料车辙试验动稳定度的相关关系.结果表明:PPA和RET的加入可显著改善沥青的高温抗变形能力,提高路面的抗车辙性能.

再生高模量沥青混合料劲度模量的影响因素研究

针对再生高模量沥青混合料,结合当前沥青路面使用过程中普遍存在的车辙和疲劳开裂等问题,以法国高模量沥青混合料性能评价体系为依托,采用温拌再生技术成型试件,通过试验测试来分析再生高模量沥青混合料劲度模量的影响因素。该试验分析中的配合比设计采用AC-20C的级配中值,外掺剂分别为EC120和硫酸钙晶须(CSW),沥青回收旧料掺量分别为0,40%,50%和60%,采用全试验的方法共开展8组试验。研究结果表明:试验加载频率越高,其劲度模量就越大,并成对数关系变化;针对同一种外掺剂,15℃时的劲度模量和相位角成反比例关系;劲度模量随旧料掺量的不同而变化,当旧料掺量为50%时,劲度模量有最大值;硫酸钙晶须对于提高温拌再生沥青混合料模量的使用效果要比EC120更加显著。

沥青混合料动态蠕变模量与动稳定度的关系

研究了分别基于AC13和AC25优化出的9组级配、SBS改性中海70#沥青和中海70#沥青两种结合料、花岗岩和石灰岩两种集料以及50,70 mm两种车辙试件厚度等条件下的沥青混合料动稳定度(DS)与车辙模量(EDS),EDS与动态蠕变劲度模量(Sdy),Sdy与DS这三者的关系.结果表明,不同沥青混合料的Sdy与采用厚度匹配的车辙试件DS之间存在良好的相关性.因此可以将DS转换为Sdy,并用其作为沥青路面结构设计的参数.

加拿大改进的沥青弯曲梁流变试验(EBBR)介绍

沥青路面低温开裂破损现象非常普遍,目前国际上广泛采用SHRP提出的沥青弯曲梁流变试验(BBR)进行预防,但低温开裂现象仍然普遍存在。该文介绍加拿大安大略省基于BBR试验而成功研究和推广应用的改进弯曲梁流变试验(EBBR)方法,该方法致力于完全避免或减少沥青路面早期开裂或过量开裂问题。EBBR将BBR中的1个低温养护温度、1h养护时间及1个低温测试温度的试验方法进行了拓展,提出了2个低温养护温度、3个养护时间、2个低温测试温度的试验方案,除常规蠕变劲度及其变化率指标外,增加了低温等级损失指标来评价路面沥青的低温性能。该文重点介绍了EBBR与BBR方法的差异、试验方案、数据采集方法、数据计算分析方法、研究推广应用情况等。

水工沥青混凝土粘弹性特性试验研究

为研究水工沥青混凝土的粘弹性特性,开展不同温度和应力条件下的弯曲蠕变试验。利用Burgers模型作为水工沥青混凝土粘弹性力学行为的本构模型,通过最速下降迭代方法对试验数据进行非线性拟合,得到不同试验条件的拟合曲线和Burgers模型参数,分析参数的变化规律。利用Origin多项式拟合功能建立参数随着温度和应力变化的函数关系式,预测水工沥青混凝土蠕变行为。试验结果表明,利用最速下降法优化Burgers模型能够较好地拟合试验曲线,拟合相关系数均大于0.996,特别是在稳定蠕变阶段,拟合曲线与试验曲线最为接近;在应力保持不变的情况下,Burgers模型中各参数随着温度升高而降低;在温度保持不变的情况下,参数E1、E2在整体上随着应力的增大而增大,参数η1、η2随着应力的增大而降低。

基于冻融循环蠕变特性的沥青路面车辙试验研究

为了研究冻融循环对沥青混合料路面车辙的影响,对AC-13、ATB-25和AC-20共3种不同类型的混合料进行冻融后的弯曲蠕变试验和车辙试验,研究蠕变速率及车辙评价指标随着冻融循环次数增加的变化规律。结果表明:冻融循环后蠕变速率εs与动稳定度DS逐渐降低,车辙深度RD则逐渐增加,并且三者的相关性很好;冻融循环降低了混合料的高温稳定性,导致车辙加重。因此蠕变速率可以作为预估冻融循环作用下车辙发展规律的有效参数。