国外SCB(半圆弯抗)试验方法在沥青混合料中的研究与应用

SCB试验方法原用于评价岩石的性能,后引入到沥青混合料研究中,采用SCB试验可以进行静态弯拉、静态断裂和动态疲劳等多种试验,由于试验装置简单,试件来源多样,越来越多的研究者开始关注并采用这一方法进行沥青混合料研究。该文主要介绍了SCB试验方法在国外的研究和应用。

冻融循环条件下的沥青混合料半圆弯拉试验

在-20~20℃的冻融循环条件下,利用自行设计的半圆弯拉试验,研究了分别进行0,6,12和18次冻融循环后,SBS质量分数(w(SBS))分别为0,4%,5%和6%的沥青混合料AC-16,AC-20和SMA-16的层底抗拉强度和抗拉应变的影响.结果表明:冻融循环次数相同时,随w(SBS)的增加,沥青混合料的层底抗拉强度和抗拉应变先逐渐增大再逐渐减小;当w(SBS)为5%时,3种级配沥青混合料均表现良好的层底抗拉强度和抗拉应变;AC类沥青混合料的层底抗拉强度和抗拉应变均优于SMA类;季节性冰冻区采用w(SBS)为5%的AC-16沥青混合料可更好地减缓路面开裂.

基于半圆弯拉试验的多聚磷酸改性沥青混合料低温性能改善研究

基于改善多聚磷酸(PPA)改性沥青混合料低温抗裂性能,室内采用半圆弯拉试验(SCB试验)探讨复合改性沥青或混合料中添加纤维方式的改善效果;并针对纤维改善方案,分析了纤维类型和纤维掺量对PPA改性沥青混合料低温性能的影响及显著性。结果表明:PPA改性沥青混合料中使用复合改性沥青或添加纤维均可改善其低温抗裂性能,相应方案的改善效果优劣依次为PPA/SBR复合改性沥青、PPA/SBS复合改性沥青和PPA/玄武岩纤维,但对于采用Shell-70沥青制备的PPA改性沥青混合料而言.PPA/SBS复合改性沥青和玄武岩纤维两种方案对应的改善效果差异不大;纤维改善PPA改性沥青混合料低温性能的效果与纤维类型和纤维掺量密切相关,其中纤维掺量的影响相对较大;玄武岩纤维、聚酯纤维和木质素纤维以复合方式添加.基本能够达到与玄武岩纤维相同的改善效果。使用复合纤维达到了改善低温性能和降低成本的双重目的,从而为改善PPA改性沥青混合料的低温性能提供一种新的尝试。

半圆弯拉试验与间接拉伸试验的比较

该文对表征热拌沥青混合料抗拉强度的半圆弯拉试验和间接拉伸试验结果采用数值分析方法进行了对比分析。半圆弯拉试验可以显著减少加载带下的永久变形,与间接拉伸试验相比,它更适用于评价热拌沥青混合料的抗拉性能。研究结果表明,半圆弯拉试验与间接拉伸试验完全可以相比较和转换,半圆弯拉试验可以替代间接拉伸试验来评价沥青混合料的强度性能。

采用半圆弯拉试验对再生混合料抗裂性能的研究

该室内试验研究的目的是采用半圆弯拉(SCB)试验来评价旧沥青路面材料(RAP)对沥青混合料抗裂性能的影响。研究对4种不同RAP含量的沥青碎石混合料进行两种SCB试验,即弯拉试验和断裂试验。结果显示:RAP含量的增加会增大SCB抗拉强度,但同时也会显著降低沥青混合料破坏后的韧性。RAP含量的增加还会降低沥青混合料的J积分,从而降低其抗裂性能。短期老化和长期老化的沥青混合料在评价RAP影响时表现出了相同的趋势。

沥青混合料半圆弯拉疲劳试验

基于半圆弯拉的试验方法,在多因素条件下比较了沥青混合料的疲劳性能。沥青混合料类型采用SMA-13,SMA-20,ATB-25三种,分别在-5,25,60℃三种温度,5,10,15 Hz三种频率,0.3,0.5,0.7三种应力比以及0%~3%,3%~6%,6%~9%三种空隙率的多因素条件下进行正交方案设计,在正交试验下进行半圆试件弯拉疲劳试验。并对三种级配的试验数据进行直观分析和方差分析,比较不同因素对混合料疲劳寿命的影响,然后采用多元线性回归方法回归50%,90%,95%三种保证率的疲劳方程。研究结果表明,不同试验因素对沥青混合料的疲劳寿命有不同的影响;不同的混合料类型,受因素影响大小也有区别,疲劳寿命的大小表现为SMA-20〉SMA-13〉ATB-25。

半圆弯拉试验评价沥青混合料低温性能指标选取

通过低温弯曲流变仪试验(BBR)计算了多种沥青的低温连续分级,依据半圆弯拉试验(SCB)结果计算了断裂韧性、断裂能、J积分三个指标,分析了断裂韧性、断裂能与切缝深度的关系,最后通过三个指标与BBR试验得到的沥青低温连续分级进行相关性分析,得出在SCB试验中断裂能指标最适合用来评价沥青混合料低温性能。

沥青混合料半圆弯拉强度与间接拉伸强度对比分析

强度是与沥青混合料路用性能密切相关的一项指标,采用半圆弯拉试验评价沥青混合料弯拉强度是一种新型试验方法。基于三维有限元模型建立半圆试件底部中心点应力公式,在考虑试件切割损耗情况下得到的应力系数更符合实际。采用半圆弯曲和间接拉伸2种试验方法对AC-9.5和AC-16两种沥青混合料在4个温度下进行强度试验,试验结果表明,半圆弯曲试验更适合于评价沥青混合料的抗拉性能,半圆弯拉强度与间接拉伸强度有一定的相关性,二者的转换关系与温度相关。

基于3D-ILC含偏心内裂纹半圆弯拉断裂特性研究

断裂力学是各行业的基础学科之一。半圆弯拉(SCB)试验为该领域经典试验,目前含裂纹的SCB研究多为底部切口等表面裂纹或穿透型裂纹研究。内裂纹和内部类裂纹缺陷是材料的固有属性,但是对于SCB内裂纹扩展规律研究较少。基于3D-ILC(三维激光疲劳内裂纹)技术,分析了表面无任何影响的情况下凭空生成任意参数的纯内裂纹,在SCB试样中生成内裂纹,对含内裂纹试样进行SCB试验,分析了裂纹生长过程、应力双折射规律、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹扩展面、破坏形态、宏微观断口特征,开展数值模拟,得到裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与物理试验一致。结果表明:(1)基于3D-ILC的SCB内裂纹及Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型扩展断裂规律明显,3D-ILC为断裂力学中的内裂纹问题研究提供了有力工具;(2)应力云纹在内裂纹处显示应力集中,SCB整体云纹在内裂纹处发生明显变异;(3)SCB试样从预制裂纹处发生压剪型起裂,发生Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹扩展,分为光滑区和撕裂区,持续生长转变为动态断裂进而破坏,动态断口存在裂纹分叉出现雾化区、羽毛区特征;(4)根据M积分和最大周向应力准则,对试样进行了数值模拟,得到了试样内裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与试验结果一致。结论与成果对断裂力学领域的SCB试验、内裂纹、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂问题、裂纹扩展路径模拟问题的研究,具有重要意义。

基于SCB试验的玄武岩纤维混合料抗裂性能

基于半圆弯拉试验,采用断裂能量、柔性指数等指标来评价玄武岩纤维对沥青混合料抗裂性能的影响。结果表明:对于不同沥青种类混合料,玄武岩纤维对SBS改性沥青混合料抗裂缝扩展性能的增强略优于基质沥青混合料的,但抗裂缝发展速度得到大幅提升;对于不同最大公称粒径混合料,玄武岩纤维对细粒径混合料的抗裂缝扩展性能的增强效应优于粗粒径混合料的,而玄武岩纤维对细粒径混合料的抗裂缝发展速度的增强效应不如粗粒径沥青混合料的;对于不同集配的混合料,玄武岩纤维对连续级配的沥青混合料的抗裂缝扩展性能和抗裂缝开展速度的增强效应均优于间断型级配的沥青混合料的。总体而言,玄武岩纤维可以较大幅度地提高沥青混合料的抗开裂能力,并降低开裂时裂缝发展速度。

基于半圆弯拉试验的煤样抗拉及断裂性能研究

为研究准静态加载条件下煤的抗拉及断裂性能,采用巴西圆盘劈裂法和半圆弯拉法对煤样进行抗拉性能对比测试;并开展不同切缝深度的半圆弯拉煤样断裂性能测试分析,探讨平面应变断裂韧度K_(IC)和J积分断裂韧度对评价煤的断裂性能的适用性,研究切缝深度对半圆弯拉煤样的2种断裂韧度测定结果的影响;并结合受载过程中煤样表面应变监测和破坏后试样的工业CT扫描图像分别对煤样受载变形特征和破坏后裂纹展布规律进行分析。研究表明:半圆弯拉试验更适于测定煤的抗拉强度;当量纲一化的切缝深度β=0.28时半圆弯拉煤样平面应变断裂韧度K_(IC)离散度最小;煤样的J积分断裂韧度离散度更小,且更适用于评价煤的断裂性能。

土工布应力吸收层对沥青路面性能影响试验评价

为分析铺设土工布应力吸收层对沥青路面性能的影响,保证土工布应力吸收层合理使用,文章采用双层车辙板试件模拟实际路面结构形式,通过直剪试验、车辙试验、半圆弯拉试验、三点弯曲疲劳试验和加压渗水等室内试验,分析了铺设土工布前后复合沥青混合料的路用性能。研究表明:沥青路面中设置土工布应力吸收层后比普通路面结构层间的黏结能力和抗车辙性能均有所降低,但合理选择黏层油洒布量可最大限度地降低其不利影响;含土工布夹层试件低温破坏需要较高的断裂能,土工布应力吸收层对路面结构低温抗裂性能增强作用显著;疲劳回归模型表明土工布应力吸收层可改善路面结构抗疲劳特性,有利于延长路面的使用寿命;同时土工布应力吸收层可有效阻止高压路表水的下渗,大大减少了路面内部的水损害。

应力吸收层沥青混合料的半圆弯拉试验参数

针对应力吸收层组成材料及结构受力的特殊性,探索一种与之相匹配的低温抗裂性能的评价方法具有重要意义。在比较分析已有的沥青混合料低温抗裂试验方法的基础上,得出半圆弯拉试验方法用于评价应力吸收层混合料低温性能的合理性及优越性。采用三维有限元方法,建立带缺口的半圆弯拉试验模型,进行各试验参数下的应力分析。结果表明:试件的最佳厚度为50mm,底部拉应力基本上趋于稳定,受外部影响不大;随缺口宽度的增加,缺口处底部拉应力逐渐减少,基本上成线性关系,缺口宽度的最佳尺寸1.5mm;随缺口深度的增加,缺口处底部拉应力逐渐增大,在小于20mm时成线性增加,支座间距宜为0.8倍试件直径。

压实黏土抗拉强度测试新方法研究

为研究压实黏土的抗拉强度特性,将SCB(半圆弯拉)试样运用到压实黏土抗拉强度测试的试验中,分别采用SCB试样和传统的土梁试样进行三点弯曲抗拉强度试验,研究了黏土干密度对其抗拉强度的影响。结果表明:随着干密度的增大,基于土梁试样和SCB试样测得的土体抗拉强度均逐渐增大;土梁三点弯曲试样峰值荷载与SCB试样峰值荷载比值在1.3~1.6之间,而SCB试样测出的抗拉强度与土梁试样测出的抗拉强度比值在2.0~2.4之间,说明SCB试样对荷载的响应比土梁更加敏感;对比土梁弯曲试样,SCB试样具有制样快、数据稳定等优势,可以作为测试黏土抗拉强度的一种方法。

基于断裂试验的再生沥青混合料中温抗裂性能

文章基于半圆弯拉(semi-circular bending,SCB)试验方法,在25℃条件下,对不同再生沥青路面(recycled asphalt pavement,RAP)材料掺量、不同级配以及长期老化条件下的再生沥青混合料进行了断裂试验,得到不同沥青混合料断裂能,并采用柔性指数对不同沥青混合料的中温抗裂性能进行了评价。结果表明:不同再生沥青混合料的断裂能数值较为接近,不能很好地表征沥青混合料的抗裂性能;而柔性指数体现了材料的固有断裂属性;再生沥青混合料的抗裂性能受RAP掺量及混合料老化的影响较大,随着RAP掺量的增加及混合料的长期老化,沥青混合料的抗裂性能均有不同程度降低,在实际应用中应对再生材料的用量加以控制,并注重老化后的抗裂性能。

橡胶粉改性沥青混合料力学性能试验研究

通过小梁弯曲试验和半圆弯拉试验对胶粉改性沥青混合料的力学特性进行了研究,为其进一步的应用提供理论及试验依据。

盐冻融循环对玄武岩纤维沥青混合料抗裂性能及微观结构的影响

针对玄武岩纤维沥青混合料开展半圆弯拉试验(SCB)和核磁共振试验(NMR),研究盐冻融循环作用下玄武岩纤维对沥青混合料抗裂性能的影响。结果表明:冻融循环会降低沥青混合料的抗裂性能,氯盐会加速混合料的性能劣化。玄武岩纤维的掺入可以提升沥青混合料的抗裂性能,盐溶液冻融循环20次后,相较于未掺纤维沥青混合料,玄武岩纤维沥青混合料试样的断裂韧度和断裂能高出47.5%和40.1%。核磁共振结果显示,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料中小孔隙劣化转变为大孔隙,这是沥青混合料抗裂性能下降的主要原因。玄武岩纤维可以发挥增韧阻裂作用,阻碍小孔隙的劣化从而抑制大孔隙的形成,增强了沥青混合料的抗裂性能。

沥青混合料粘弹塑性断裂参数的研究

沥青混合料是一种典型的粘弹塑性材料.文中通过半圆弯拉试验,采用J积分理论和延迟开裂时间评价其延迟开裂性能,测得在不同荷载水平和不同试验温度下沥青混合料的延迟开裂时间,以及不同试验温度下的断裂韧度,研究其裂缝起裂规律.结果表明,裂缝的起裂表现出明显的粘弹塑性特征,采用J积分理论和延迟开裂时间评价沥青混合料的断裂性能时,简单的流变本构关系依然适用.

采用J积分对沥青混合料抗裂性能进行评价

沥青混合料是一种由集料、胶浆和孔隙组成的非均质材料,一般被认为是一种粘弹性材料,其力学行为介于弹性和塑性之间,采用弹塑性断裂力学更适合评价沥青混合料的抗裂性能.J积分理论可以避开分析裂纹尖端附近复杂的应力应变场,物理意义明确,可以有效的评价沥青混合料的抗裂性能,断裂韧度JC可以很方便的采用预切缝的半圆弯拉试验直接获得.为了评价材料本身特性对断裂韧度JC影响,在MTS试验系统上进行了3种级配的沥青混合料的断裂韧度试验.采用基于数字图像处理技术的有限元方法对半圆弯拉试验进行了模拟,并将数值模拟的结果与试验的结果进行了对比分析.结论表明,断裂韧度JC可以作为一有效的评价沥青混合料抗裂性能的指标.

数字图像散斑技术的玄武岩纤维沥青混合料长期抗裂性能分析

针对传统的测试方法难以对纤维沥青混合料长期抗裂性能评价的问题,将两种类型纤维(木质素纤维和玄武岩纤维)干法掺入SMA-13沥青混合料中,制备不同老化程度的纤维增强沥青混合料试件。通过半圆弯拉试验对纤维沥青混合料的抗裂性能进行测试,同时采用数字图像散斑技术分别计算实时裂纹扩展长度和平均裂纹扩展速率参数,评价纤维类型对沥青混合料抗裂性能的影响。通过扫描电子显微镜试验分析纤维在混合料中的强化机制。研究结果表明:不同老化程度下,玄武岩纤维沥青混合料的抗裂性能优于木质素纤维沥青混合料;玄武岩纤维加入混合料中可以显著减缓裂纹扩展速率,延长了试件断裂时间;玄武岩纤维在混合料中形成固定的三维网状结构,有助于混合料的强化。在未老化、短期老化和长期老化阶段,BFSMA-13的V值分别为LFSMA-13的V值的53.53%、48.35%和53.94%。同时,V值与FI指数的相关性较好,两者的线性相关系数R达到了0.9。