文摘

阻尼沥青混合物(坝)开发了抵抗振动和噪声由交通荷载引起的,在这个过程和最终的设计目标是增加阻尼。然而,尽管优化其阻尼特性,粘弹性性质还不清楚。在目前的研究中,两个大坝的设计基于open-graded (OG)聚合结构,随后和粘弹性性能评估的动态力学测试。大坝的结果表明,该混合料配合比设计方法能满足机械需求中指定的标准;检测到大坝相角更高和更低的刚度模量与传统的混合物相比,和抗疲劳性能很好,但抗车辙可能面临的挑战。

1。介绍

今天,复杂的交通网络已经成为城市化的象征。交通便利丰富了人们的生活。然而,交通诱导振动从交通网络是在每个城市,从而影响城市居民的生活条件,会导致睡眠障碍,和正变得越来越严重1- - - - - -4]。振动是降低也敏感的场景医院、科研实验室、高科技产业(5- - - - - -7]。此外,道路交通引起的振动产生噪音的频率低于1000赫兹(8]。

相关的问题尤其当路面表面是不均匀的石头路面或人工疙瘩(5,9]。离散、周期和随机不规则路面和车辆本身缺陷导致车辆和道路之间的动态交互部队。道路交通造成的振动是一个全球关注的环境问题。振动机制影响着人们日常的生活质量和夜间小时。这样的烦恼不应被低估,因为它可以与人类疾病的原因(2,3]。交通诱导振动可以危及历史建筑的完整性和稳定性。振动是降低也敏感的场景医院、科研实验室、高科技产业(5- - - - - -7]。

为了减轻交通诱导振动的影响,正在调查各种预防策略。限制交通流量和速度,振动筛选利用掩埋式障碍,和开发隔离系统代表提出的一些方法(5]。路面工程领域的粘弹性材料的阻尼特性包括在沥青混合物正在接受调查,以减少振动。根据Hanazato研究et al。10),路面材料的阻尼的增加可以减少地面振动到加载区域并在相应的周边地区。这个进步是至关重要的减少振动,提高生活质量和保护建筑物的稳定性11]。

影响沥青混合料的组成对阻尼性能评估在一些研究领域的人行道和铁路轨道路基工程(12- - - - - -21]。结果强调,使用面包屑橡胶(CR)生命的终结轮胎(英语教学)沥青混合物提供了一个更高的阻尼比传统的反应。Biligiri [22)使用noise-damping相角作为指示性的特点。作者继续调查的影响路面材料的阻尼性能结论的橡胶混合物的多余的粘结剂,高孔隙度、和橡胶夹杂物提供足够的额外viscodamping效应,高噪声吸收潜力,和更高的声振阻尼能力。李等人所做的研究。23)与自由衰减振动测试的方法得出结论,阻尼比的沥青砂浆梁试样增加面包屑橡胶量的增加,面包屑橡胶颗粒的加入可以提高阻尼性能更好的使用在吸收能量和振动衰减。小王和Hoeg14)也报告说,橡胶含量从30%到80%的增加阻尼增加了约20%浪费粒状橡胶和作混合物。在铁路轨道路基工程,利用阻尼材料的橡胶混合物作为替换已被调查的玄武岩的基础上(24]。在这项研究中,一个共振柱试验的刚度和阻尼系数进行了测量与不同的橡胶橡胶改性沥青混合物准备内容。研究结果强调,rubberized-mixtures可用于高速列车铁路轨道路基的基础,以减少振动因其阻尼特性。2018年,黄和同事(25,26)提出了一个理论模型来预测道路路面的阻尼比专门设计来减轻交通诱导振动。人行道上由所谓的阻尼沥青混合物(坝)之间的界面粘结剂和基础层。根据模型结果,达到降低土壤表面振动加速度的轮距,更高的阻尼性能的沥青混合料相比,传统的一个是必需的。

增加大坝的阻尼特性的一种方法是使用更高容量的沥青橡胶(AR)相比,热拌沥青(协会)准备与传统面包屑橡胶改性剂(CRM)粘结剂(27]。出于这个原因,大坝的设计来适应范围足够数量的基于“增大化现实”技术而增加阻尼,同时保持足够的稳定性和阻力。使用OG总可以让大量的孔隙结构矿物骨料(vma),并提供总联锁的角的玄武岩骨料,满足大坝的设计范围(26]。传统上,这样总体结构设计实现的孔隙体积压缩混合物在20 - 25%之间提供足够的排水系统和噪音吸收。可用的大型VMA需要充满AR增加有效的沥青(的体积V_是矿物骨料,沥青不吸收),薄膜的厚度代表的砂浆(沥青+填料),外套矿石粗和细骨料(28]。

更高的VMA和价值观V_是可能会增加混合物的耐久性提供更高的抗疲劳强度和较低的氧化易感性(29日]。然而,过度的活页夹内容可能影响混合物在高温下的稳定性恶化他们的发情的电阻(30.]。因此,疲劳和车辙性能的分析大坝目前未知。的橡胶的粘弹性和nonrubberized沥青混合物分析了前面的文学。然而,由于AR包含在大坝越高,其粘弹性之间的差异和传统沥青混合物还不清楚。

2。研究目标

本研究的研究目的是关注的粘弹性性质的评估水坝用于阻尼层道路人行道,与测试方法的动态机制。动态模量、相位角和主人曲线疲劳参数,和发情的参数将作为粘弹性分析的因素分析。同时,为了验证的可行性提出了大坝、混合料配合比设计方法的基本力学性能也将特征并与规范的要求。

3所示。实验测试

3.1。材料

基于“增大化现实”技术生产根据所谓的湿法(WP)混合笔50 - 70基础沥青20%的CRM是用作粘结剂。CRM粒子的分级图1。

干混法构成玄武岩的粗骨料,天然砂和矿物填料。给出了骨料的物理性质表1。

3.2。混合设计

open-graded (OG)混合物称为参考混合物混合(ref)被选为出发点的设计专用混合阻尼层。名义上的最大大小(NMS)总量是8毫米,按照优化设计的阻尼层厚度3厘米(26]。OG组合进行了优化和评估在先前的研究中,显示所需的机械性能。从混合裁判,两座水坝(分别命名为1和2混合,混合)被设计在目前的研究。它们含有更高的沥青含量相比,混合ref(+ 9.8%和+ 15.0%重量的混合骨料混合1和2,分别)。混合粘结剂的数量已经增加的填料。ref和大坝的聚合等级(1和2)混合图所示2。

表2介绍了体积重量参数和相应的参数(如果可用)混合ref,混合1和2混合。1和2有更高的混合填料相比,混合(表的引用2)(分别为+ 9.8%和+ 15.0%重量)。必须指出的是,填料和粘合剂已经增加了维护相同的D / P(1∼)的混合比例ref。这方面是相关的,因为它表明,粘结剂的数量最大化,保持相同的填充体积分数的乳香。给出了混合的横截面图3。

3.3。实验程序和方法

实验程序分为两个阶段:评价混合料配合比设计性能和动态力学性能特征。

3.3.1。混合料配合比设计属性

混合料配合比设计属性评估手段的间接抗拉强度(其)测试。下面给出实验计划的细节。其测试对100毫米直径压缩样本(使用国网公司根据EN 12697 - 31)。国网公司的过程中,应该注意的是,传统的回转数50是用于混合ref和混合1。然而,对于混合2,回转的2的数量已经可以满足压实要求选择防止过度压实导致沥青溢出的模具。混合和压实温度保持在180°C,和两个条件的样本测试通过使用三个复制为每个条件。第一个是干燥的条件,进行干燥样品在25°C条件根据EN 12697 - 23所示。第二个是湿条件,进行在样品25°C条件在40°C水浴按照EN 12697 - 12 72个小时。

其是在干燥(_d)和湿(它的_w)条件下,两个条件值之间的比例是衡量的防潮性混合物作为抗拉强度的损失由于水的影响(间接抗拉强度比,ITSR)。

3.3.2。动态力学测试

测量的动态力学性能不同的混合物根据AASHTO TP 79 - 12标准,使用沥青混合料性能测试(阿姆普特)。过程评估的动态力学性能,试样在特定的测试温度是受到控制的不同频率的正弦(半正矢)压应力。应用压力和轴向压力测量确定作为时间的函数,用于计算动态模量和相位角。

在目前的研究中,两个标本在目标空隙准备根据AASHTO PP60标准。对于每个混合物,superpave回转压缩机(国网公司)试样直径150毫米和180毫米的高度是首先根据要求准备AASHTO T312标准,呈现在图4。测试样品然后锯和国网公司的空心试样直径100毫米,高150毫米,以确保表面光滑和均匀以最小或任何表面上的违规行为后锯切过程。应该注意每一个混合物的质量应根据国网公司标本高度决定,G_毫米和目标孔隙率(§3.2测定)。

试样仪器是由所谓的标准glued-gauge-point系统,呈现在图5。标距长度应确认为70毫米±1毫米,这是测量两个计量点的中心位置。总共有六个计点连接到本研究的样本。三个相同的水平表面应变仪连接每隔120°考虑样品的横截面。

提出了动态模量系统图6,测试方法来描述程序测量下面的动态模量和相位角。

聚四氟乙烯板,厚度0.25毫米被选为end-friction减速器和切割成大小略大于加载滚筒。样品应与压板按订单组装:底部装入滚筒,聚四氟乙烯板,样本,聚四氟乙烯板,装入滚筒。应该注意的是,顶部装载滚筒应确保在加载过程中自由旋转。

测试条件包括温度、加载频率、应变水平,限制报道在表3。

动态模量主曲线( )和相位角(δ)开发的适用性的时间——温度叠加原理(TTSP) [31日]。水平变化因素的计算是通过WilliamLandelFerry (WLF方程): 在哪里α_T是这种转变的因素;C₁和C₂确定模型参数,以适应数据;T_裁判参考温度(选为20°C在当下研究);和T是测试温度。动态模量( )和相位角(δ)数据建模,使用修改后的克里斯坦森的安德森Marasteanu应承担(CAM)模型(32]。

的凸轮模型的主曲线是由方程(2): 在哪里动态模量和吗E_e是平衡模量代表加载频率时的刚度模量趋向于0。的水坝,其价值是取决于最终的总联锁,当粘结剂(或胶粘剂)结果的贡献可以忽略不计;是玻璃模量,它代表了加载频率时的刚度模量趋于无穷。它的值代表了在高频区域水平渐近线;f_r降低频率;f_c是一个位置参数的维数的频率。它被称为交叉频率,这是一个当储能模量( )等于损耗模量( );米_e和k是无量纲的形状参数。

相位角主曲线也可以通过凸轮模型方程(3): 在哪里δ相角和吗δ_米相角值吗f_d。的混合物,它代表了最大和相角值f_d是位置参数与尺寸的频率。它的频率δ_米发生;f_r是降低频率。相角的测量是至关重要的,因为它代表了一种测量内部阻尼。高的相角值意味着内部摩擦,因此更多的耗散行为下加载(更多的粘性行为)。另一方面,较低的相角值表示一个更粘弹性材料的弹性响应,这表明加载周期下储存能量的能力就越高。

4所示。结果与讨论

4.1。混合料配合比设计属性

其测试结果进行干燥,wet-conditioned样本表4。每个混合的复制和测试使用。混合料配合比设计属性,包括其与ITSR混合物的值,符合规范在干燥和潮湿条件下,清楚地表明,任何问题与设计大坝产生的开裂敏感性和水分。同时,混合料配合比设计方法的可靠性专门用于大坝可以验证。

减少它的_干混合的混合值1和2,而混合_裁判可以归因于沥青的高容量,它可以减少骨料嵌锁影响抗拉强度。另一方面,更高的粘结剂(填料)往往会增加聚合物胶粘剂膜涂层的厚度。这将导致更高的混合ITSR值1和2相比,混合混合ref。除此之外,超过足够的阻力取决于使用的橡胶粘结剂,减少水分的敏感性,几项研究已证明(33,34]。

4.2。动态模量和相位角

动态模量主曲线( )和相位角(δ)给出了混合物的数据7和8,分别。主曲线是在两个复制。结果显示一个可接受的变化与两个样本之间的平均变异系数在10%以下的所有情况。上的转变因素优化动态模量主曲线和被应用于相位角主曲线。凸轮模型提供了一个足够的精度模型的原始数据R²系数在97%以上(模量)和95%(相角)混合物。

至于动态模量的三个混合物,混合ref显示了最高水平刚度的降低频率的范围(图7)。这方面预计由于不同成分之间的混合物。OG混合物在协议的高刚度与抗拉强度值(表4),取决于高骨料嵌锁提供了一个薄层砂胶。事实上,混合ref和两座水坝的区别是明显的低频区域的总结构比乳香更重要。水平渐近线之间的区别在这个区域的多个订单的大小。混合混合1和图2显示类似的水平刚度的中间值和低的频率范围1混合成为硬在较低温度(高频)和混合2硬在更高的温度下(低频)。

的形状δ主曲线是典型的混合物。在低频段,响应更控制的总体框架,因此,它更有弹性。弹性性质而言,三个混合物没有多大差别,由于类似的骨架结构。在中频区域,响应是由骨料骨架和乳香显示可见的时间依赖性(粘弹性)。在这样的地区,峰值可能代表了阈值的影响两个成分之间。右边的高峰,乳香阶段控制更多的响应。在左边,反之亦然。混合2显示了峰值频率高于混合1和混合ref。在这种情况下,更高的粘结剂使混合物更temperature-susceptible和峰值转向更高频率(或更低的温度)。换句话说,混合2显示了较高的阻尼以较低的温度。然而,无论频率、混合混合1和2显示相角值始终高于混合ref,展示一个更好的减轻振动机制的能力。 At the very high frequencies, the mastic becomes stiffer and more elastic lowering the phase angle. While at the intermediate region, the response is controlled by both the constituents (aggregate and binder) showing visible viscoelastic behaviour. The values of the phase angle support were the main scope of the mix design, that is, increasing the damping response of mixtures, Mix 1 and Mix 2, shows consistently higher phase angle values than the reference mixture. Higher phase angle values indicate a more viscous response under loading with a consequent higher dissipation of energy dissipation.

4.3。Fatigure阻力

疲劳是最常见的一种沥青路面损害。一般来说,裂缝的发生和传播总是与外部负载造成的能量损失。疲劳参数(E∗×罪δ)是一种有效的参数描述沥青混合料的疲劳性能。疲劳参数的值为所有混合物(在5°C, 20°C, 31°C)呈现在图9。

混合ref显示最糟糕的三个温度条件下抗疲劳损伤,表明大坝更容易比传统的疲劳损伤。事实上,损耗系数越高的大坝(图8)是不导电的疲劳性能,但较低的刚度模量(图7)在整个温度和加载频率范围导致较低的疲劳参数。在任何情况下,获得的结果清楚地表明没有问题与疲劳损伤的两种混合。

在5°C,混合的疲劳参数1和混合ref和高于混合2是相似的。这可能是由于高的橡胶粘结剂混合2中获得更高的阻尼特性。随着频率的增加,混合ref的疲劳参数基本上是在一个恒定的水平,而大坝(1和2)混合显示一个下降的趋势。这是因为低频促进混合物变得僵硬和更容易在低温疲劳裂纹。自从ref混合粘结剂含量较低,其粘弹性不明显但接近弹性,所以它的疲劳参数显示基本上恒定的水平。

在20°C和31°C,随着频率的增加,三种混合物的疲劳参数都会增加。随着频率的增加,三种混合物的疲劳参数都会增加。这是因为温度升高时,混合物展览时间特点高加载频率增加混合物的相位角,从而增加了疲劳参数。此外,更高的水坝也可能受益于抗疲劳性能的橡胶沥青的加入,已证实在先前的研究35- - - - - -37]。

4.4。发情的阻力

发情的参数E∗/罪δ代表了对沥青混合料的永久变形。高复杂的动态模量和相位角低有利于沥青混合料的高温性能,减少高温流动变形,增加了抗永久变形。图10介绍了三种沥青混合料的车辙参数5°C, 20°C,分别和31°C。

随着频率的增加,三种混合物的发情的参数增加。这是因为缩短加载时间意味着混合物变得更加强了和抵抗永久变形的能力被提高。所有曲线的演化趋势是相似的,但应该注意的是,在高温条件下(20°C和31°C),发情的参数差异大坝和传统沥青混合物是更加明显。

与混合ref相比,大坝(混合混合1和2)显然发情的参数较低,说明其抵抗车辙的能力比传统沥青混合物的要弱。这可以解释如下:砂浆涂层膜厚大水坝的总量减少骨料的粒间接触骨架,从而减少混合物的稳定性,这加剧了发情的阻力。因此,尽管大坝导致被有效地吸收振动时采用道路人行道和跟踪床,能够抵抗车辙的评估需要发达国家和相关机制应该分析在未来。

5。结论

粘弹性分析关于所谓的大坝,旨在减少交通诱导振动提出了本文。大坝的混合料配合比设计方法是基于概念,大量的橡胶粘结剂(湿法)在沥青混合物中增加阻尼响应减少动态载荷作用下振动机制,而过度的活页夹的内容肯定会影响设计的粘弹性性质混合物。专注于粘弹性性质,以下的结论可以基于动态机械测试:

大坝混合物的混合料配合比设计性能满足规范要求,没有裂缝和水损害的风险。提出的混合料配合比设计方法用于大坝是可行的。大坝的抗拉强度的降低是由于沥青的高容量减少总联锁。而更高的粘结剂和填料在大坝乳香涂膜的厚度增加总量,它提高了水分的敏感性。

混合ref显示了最高水平刚度的频率范围,与抗拉强度值和在协议取决于骨料嵌锁越高,提供了一个薄层砂胶。大坝和混合裁判之间的刚度差异明显的低频区域总结构比乳香更重要。混合混合1和图2显示类似的水平刚度的中间值和低的频率范围1混合成为硬在较低温度(高频)和混合2硬在更高的温度下(低频)。

相位角主曲线大坝显示典型的传统的混合物。在低频区域,大坝和传统的混合显示类似的趋势,因相似的骨架结构。在中频地区,相角控制骨料骨架和乳香显示可见的时间依赖性;因此,更高的粘结剂使混合物更temperature-susceptible和峰值转向更高频率(或更低的温度)。大坝显示相角值始终高于参考混合物,表明一个更在外载荷作用下粘性响应随之更高耗散的能量耗散。

大坝显示良好的抗疲劳损伤,这可能是由于刚度模量越低。在低温范围内,随着频率的增加,混合ref的疲劳参数基本上是在一个恒定的水平,而大坝显示减少的趋势;在高温范围时,随着频率的增加,三种混合物的疲劳参数都会增加。

发情的参数结果,大坝的抗车辙能力较弱的比传统的沥青混合料,造成砂浆涂层膜厚大水坝的总量减少骨料的粒间接触骨架,从而减少混合物的稳定性。在未来,更多的评估抗车辙能力需要开发和相关机制分析。一些措施,以提高抗车辙也应提高。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国矿业大学的教师创业资助和技术(批准号102520282)。作者感谢的同事比萨大学的实验。