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材料导报 2021年第6期35卷 6086-6092页

作者：朱月风司春棣乔亚宁李彦伟石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北省交通安全与控制重点实验室石家庄铁道大学交通运输学院中国矿业大学力学与土木工程学院河北省交通规划设计院交通运输行业公路建设与养护技术材料及装备研发中心

为研究新沥青标号和用量对回收沥青路面材料（rAP）再生沥青混合料性能的影响,分别选取70#和90#道路石油沥青,以最佳新沥青掺量（OAC）为基准,分别制备OAC、OAC+0.5%和OAC-0.5%,rAP掺量分别为0%、20%和40%的再生沥青混合料。通过沥青混... 详细信息

为研究新沥青标号和用量对回收沥青路面材料（rAP）再生沥青混合料性能的影响,分别选取70#和90#道路石油沥青,以最佳新沥青掺量（OAC）为基准,分别制备OAC、OAC+0.5%和OAC-0.5%,rAP掺量分别为0%、20%和40%的再生沥青混合料。通过沥青混合料动态模量试验、疲劳试验、低温圆盘拉伸试验和冻融循环试验分析了不同沥青混合料的性能;接着,为更好地区分不同再生沥青混合料的抗裂性能,萃取得到不同再生沥青混合料中的沥青,对沥青进行高温DSr频率扫描试验,应用g-r常数分析不同沥青的抗裂性能。结果表明:当新加沥青较软、掺量较高,而rAP掺量较低时,再生沥青混合料的抗疲劳开裂能力及抗低温抗裂能力更强;反之,当新沥青较硬,rAP掺量较高时,再生沥青混合料的硬度较高,有较好的抗车辙能力。当新加沥青为70#沥青,掺量为OAC-0.5%、40%rAP时,再生沥青混合料低温性能不满足要求。水稳定性分析表明,一次冻融循环用于评价再生沥青混合料的水稳定性具有一定局限性;两次冻融循环试验表明,再生沥青混合料的水稳定性比新沥青混合料差。沥青g-r常数分析表明,低标号沥青的rAP掺量较高时,萃取的沥青更接近开裂标线,更易发生开裂行为。

关键词：沥青标号 rAP 最佳沥青用量抗裂性能 g-r常数

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变应力重复荷载作用下沥青疲劳性能及损伤机制研究

变应力重复荷载作用下沥青疲劳性能及损伤机制研究

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作者：邓冠森华南理工大学

学位级别：硕士

由于连续荷载引起的沥青路面疲劳破坏主要发生在沥青胶结料-集料界面（粘附性破坏）或沥青胶结料的内部（内聚性破坏）,为提高沥青路面使用寿命,需要从胶结料层面研究沥青在复杂多样的道路荷载下的疲劳响应,作为研究沥青混合料整体疲劳... 详细信息

由于连续荷载引起的沥青路面疲劳破坏主要发生在沥青胶结料-集料界面（粘附性破坏）或沥青胶结料的内部（内聚性破坏）,为提高沥青路面使用寿命,需要从胶结料层面研究沥青在复杂多样的道路荷载下的疲劳响应,作为研究沥青混合料整体疲劳性能的依据。本研究对沥青胶结料进行了变应力疲劳试验,探究更加贴合实际路况的沥青胶结料疲劳损伤演化机制。改变应力幅值和加载次数等试验条件,总结胶结料试样疲劳性能参数的变化规律,分析其疲劳寿命,所采用的研究方法可用于完善现有的沥青疲劳评价体系。本研究在沥青胶结料线黏弹性区间内外分别选取两种不同大小的应力进行常应力时间扫描,为变应力疲劳试验的荷载设计提供依据。在线黏弹性区间内的小应力下,沥青试样的模量衰减和相位角增长都发生在加载后期;而在大应力下,沥青试样在加载初期就产生大量的模量衰减。对试样断裂面的分析结果表明小应力下试样的失效主要是疲劳开裂导致的,而在大应力下则以塑性流动损伤为主导。证实沥青胶结料在不同幅值应力作用下的损伤演化过程存在较大差异。在常应力试验的基础上设计变应力时间扫描试验。分析试验得到的流变参数,发现在改变应力幅值后,胶结料试样呈现出模量值回升等损伤恢复现象。采集试验结束后试样的断裂面,测量不同类型损伤区域的宽度,结果表明随着大应力的加载次数的增加,断裂面边缘流动区宽度减小,内部塑性流动区面积增大,同时断裂面表面更为平坦,法向应力对试样的影响减弱,胶结料的损伤类型产生了明显变化。统计分析两阶段变应力下的疲劳寿命,发现在小-大加载模式下,试样第二阶段的剩余疲劳寿命n2大于大应力单独作用时的疲劳寿命Nf2,因为加载初期施加一定循环次数的小应力对胶结料的耐疲劳性能有改善作用,称作“锻炼效应”。在应力转换阶段,应力幅变化引起疲劳裂纹发展路径改变,使得胶结料的两阶段疲劳寿命之和n1/Nf1+n2/Nf2大于1,超过了Miner线性准则的预测值。采用两阶段寿命模型拟合试样的疲劳寿命曲线,计算得到的模型预测值较为精确,验证了该模型评价变应力疲劳试验的适用性。本研究在试样的能量耗散与损伤累积过程之间建立了联系,有助于深入探究胶结料的损伤演化机制。采用耗散能比、累积耗散能比、耗散能变化率和g-r常数n×g_n*等指标作为疲劳失效判据,分别计算不同应力水平下试样的疲劳寿命,对各耗散能疲劳指标的适用性进行评价。耗散能量比和累积耗散能比等评价指标在非线黏弹性区间外的大应力作用下失效,而耗散能变化率和g-r常数n×g_n*在各应力水平的疲劳试验中均能准确判定试样的疲劳寿命,适用的应力范围更广。在变应力疲劳试验中采用耗散能变化率和g-r常数作为疲劳失效判定指标。在小-大加载模式下,试样的第二阶段疲劳寿命过短,导致g-r常数曲线无法达到峰值,不能准确判断试样的疲劳寿命,但在大-小加载模式中g-r常数仍然适用。无论是小-大还是大-小的加载模式下,根据耗散能变化率曲线都可以确定试样的疲劳失效点,建议在针对沥青胶结料的变应力疲劳试验中采用耗散能变化率作为试样的失效判据。

关键词：沥青胶结料变应力损伤演化机制流变参数断裂面耗散能 g-r常数

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