Highway Engineering道路工程 国外沥青混凝土路面新型研究 樊文胜 ,徐建平 ,时 宁 (1.江西交通咨询公司,江西南昌330008;2.江西省交通科学研究院,江西南昌330038) 摘要:介绍国外沥青混凝土路面新型研究方法,并着重介绍了运用这些研究方法取得的最新研究成果。这些研究方法和 成果,可为国内沥青混凝土路面科研、设计和施工提供借鉴。 关键词:沥青混凝土;粘弹性体;DEM;氧化动力学;体视学;x射线计算层析;DIP ̄:6t成像技术;红外光谱分析技 术:荧光显微镜分析技术:NCAT 中图分类号:U416.0 文献标识码:A 文章编号:1002—4786(2013)09—0045—03 New Research Methods 0f Foreign Asphalt Concrete Pavement FAN Wen-sheng ,XU Jian-ping ,SHI Ning ̄ (1.Jiangxi Transport Consuhation Company,Nanchang 330008,China;2.Transportation Research Institute of Jiangxi Province, Nanchang 330038,China) Abstract:New re search methods of asphalt concrete pavement abroad are given in this article,especially the latest research results obtained by these new methods.These methods and results are helpful for the research, design and construction of asphalt concrete pavement at home. Key words:asphalt concrete;viscoelastic body;DEM;oxidation kinetics;stereology;X-Ray CT;DIP;in— frared array detector analysis technology;fluorescence microscope analysis technology;NCAT <>●<>●<>●(>●o●o●o●<>●<>●(>●<)●<)●<’●<>●<)●<)●<)●<>●o ㈨ < >●(> Oo●0 ㈤.n-n.n…… …一 … [2]Brule B.Paving asphalt polymer blends relation— ships between composition stuctrure and properties [7】汪Et灯.沥青混合料桥面铺装防水粘结层研究 [D】.西安:长安大学,2008. [J].Journal of Association of Asphalt Paving Technol— ogists,1988,57(1):41-46. [8]李强,王玉臣,陈显宏.橡胶沥青防水粘结层 在高速公路中的应用 公路交通科技:应用技术 版,2008。(8):62—63,73. [3]Yu Jianying,Liu Baoju,Xue Lihui.Study on rela- tionship between microstructure and properties of [9】邓锡信.SBS改性沥青粘结防水层施工技术应用 【JJ.公路与汽运,2005,(5):38—40. modiifed bitumen[J].Journal of Wuhan University of Technology(Mater.Sci.Ed.),1995,10(3):47—52. [10]张继东,陈春.混凝土桥面铺装防水粘结层施 工工艺 公路交通技术,2010,(6):2l一23. [4]Collins J H_Improved performance of paving as- phalts by polymer modiifcation[J].Journal of Associa— tion of Asphalt Paving Technologists,199 1,60(1): 43—79. [1 1]张春生.橡胶粉沥青的试验研究及其工程应用 fD1.长春:吉林大学,2004. [12]林梦.橡胶沥青应力吸收层路用性能研究[D]. 南京:南京航空航天大学.2008. 作者简介:魏忠(1963一),男,宁夏中宁人,高级工程师, 主要从事公路养护管理与工程施工管理工作。 收稿日期:2013—03—06 [5]沈金安.沥青与沥青混合料的路用性能[M].北 京:人民交通出版社。2001. [6]杨人凤,杨晨光,赵颖超.橡胶沥青碎石防水 封层技术研究[J].公路,2009,(6):59—62. 2013年5月第9期I 45 道路工程Highway Engineering 美国等西方发达国家在20世 纪80年代后期已经完成州际高速 基于沥青流变学和粘弹性材 型是一种有效的能够模拟显示压 料能量耗散分析原理建立的恢复 率和疲劳寿命预测模型l 3l,能够 确定沥青胶结料的粘性恢复情 况,并用一种定量分析的方法确 定在不同荷载和气候环境下沥青 实状态的方法:另外离散元模型 可以应用于沥青混合料优化设计。 运用DEM模型研究SMA沥青 公路网的建造,近些年针对沥青 路面早期破损严重、耐久性不足 的问题开展了系列研究.取得了 混合料的永久变形特征,采用动 态蠕变试验.借助图像处理技 术,能够更好地比较实际数据与 模拟数据的区别。试验结果表 明.DEM模型能够较好地模拟 较多的研究成果。沥青路面早期 破损严重、耐久性不足现在亦成 材料修复的效果,另外该模型还 可以进一步分析沥青与集料界面 的粘结性能,从而为沥青路面再 为我国沥青路面发展亟需解决的 问题。近两年来国外重要期刊发 表的沥青混凝土路面方面较有影 响的论文,提出了一些新型的研 究方法,本文在此做出总结,以 期能够启发国内从事该领域研究 生设计提供指导。 2离散单元法(DEM) SMA混合料的永久变形。 3 高分子聚合物化学理论的应用 沥青是由不同分子量的碳氢 离散单元法(DEM)一般认 为是Cundall于1971年提出来的, 化合物及其非金属衍生物组成的 黑褐色复杂混合物,国外也有较 多的研究人员采用高分子聚合物 化学反应理论对其进行研究。 采用有机化学反应中氧化动 力学的理论,可以深入地分析沥 的T作人员。 1粘弹性体理论模型法 它是一种显示求解的数值方法。 离散单元法也像有限单元法那 样,将区域划分成单元。但是单 元因受节理等不连续面控制.在 以后的运动过程中,单元节点可 以分离,即一个单元与其邻近单 元可以接触,也可以分开。单元 之间相互作用的力可以根据力和 沥青是一种典型的粘弹性材 料.由其胶结而成的沥青混凝土 也呈现较好的粘弹性材料性质。 基于粘弹性体理论的模型是针对 青老化方面的机理。研究证实, 沥青胶结料的氧化程度与形成酮 整体路面结构动态荷载下的动力 响应及沥青路面疲劳寿命预测等 复杂问题的较好研究方法之一。 类化合物的数量及粘度的增大有 较好的相关性。后期研究证实, 位移的关系求出,而个别单元的 运动则完全根据单元所受的不平 衡力和不平衡力矩的大小按牛顿 运动定律确定。 基于Kelvin—Voigt粘弹性模 型,采用一种能够测量弹性力的 形成的醇类化合物与酮类化合物 在增大沥青粘度方面几乎具有相 同的作用,在高含量硫沥青中, 这是导致沥青老化的主要作用。 含有多磷酸化合物(PPA)的 沥青会随着时间的增加变硬的现 检测设备,能够分析普通沥青和 高聚物改性沥青的各种性能,并 通过轮载试验发现低应变状态下 的沥青混凝土抗剪强度与抗车辙 能力密切相关,沥青材料中的粘 性性质对沥青路面抵抗车辙起决 定性的作用.对于高聚物改性沥 青而言,其弹性性质对抵抗车辙 也起重要作用l”。 粘弹性模型可以用来研究沥 青路面内部在表面动态荷载下的 采用离散单元法能够很好地 模拟沥青混合料压实过程。研究 人员通过分析 种不同类型的沥 青混合料的多种压实状态.并将 象能够通过化合物化学反应的原 理进行阐释。多磷酸化合物与集 料中的氢氧化钙接触能够发生化 学反应。多磷酸化合物与氢氧化 钙在实际路用环境中发生了化学 反应.并通过取样试验证实生成 的是磷酸钙盐,这是导致含有多 磷酸化合物沥青随着时间的增加 变硬的主要原因。 模型推算结果与实验室静压效果 进行比较,证实了DEM模型对 分析沥青混合料的压实有较好的 实用性 。 运用DEM方法也可以模拟 SUPERPAVE的旋转压实成型。 DEM模型基于C++程序语言的可 视模块,模拟了不同集料级配、 动力响应问题。采用基于两个褶 合积分建立的多层弹塑性体模型 进行解析计算。该模型依托国外 有限元软件Abaqus开发,计算结 果能较好地反映FWD落锤式弯 沉仪在路面内部形成的动力学 响应l2I 旋转次数、旋转角度等压实模型 参数,通过室内旋转压实试验修 正了离散元的旋转压实模型,最 终能够得到完全模拟显示压实状 况的离散元模型,证实离散元模 4高新设备检测的应用 4.1 体视学" ̄(Stereology Method) 通过体视学方法可以研究混 合料内部空隙分布,分析不同空 隙分布情况的试件性能,能反映 46 l交通标准化 Highway Engineering道路工程 沥青混合料中空隙分布对其性能 的影响。重复拉伸试验证实了不 均匀空隙分布较多的试样比空隙 分布均匀的试验抵抗疲劳开裂的 进行回收沥青混凝土热拌再生 后与新胶结料的相容状况研究, 结果表明新添加的沥青与回收利 用的沥青混合料相容状况不理想。 4.5 荧光显微镜(Fluorescence 沥青}昆合料材料试验往往都 是针对材料某一方面的性能研 究。沥青路面在实际使用过程中 经受十分复杂的荷载环境,综合 归纳起来有以下四种材料性能受 影响:非线性、热变性、疲劳性 和触变性。快速加载现场试验法, 能力有较大的下降。试件浸水 时,空隙分布不均匀的试件更容 易受水损害。沥青路面施工时, 温度分布不均匀是导致其内部空 隙分布不均匀的的重要原因。 Microscope) 采用荧光显微镜分析技术能 够看出高分子聚合物在沥青中的 分布形态,再结合动态剪切流变 仪能够研究SBS高分子改性剂在 沥青中分布形态对沥青改性效果 的影响。通过荧光显微镜观察急 速冷却后的SBS改性沥青,确定 了SBS高分子体的分布形态.然 后进行动态剪切流变试验,进而 得出不同SBS分布形态对SBS改 性沥青性能的影响。研究结果显 是能够综合考虑这四种因素的路 面材料循环加载试验。能够更好 4.2 x射线计算层析(X—Ray CT) X射线计算层析技术结合体 视学法是研究沥青混合料级配组 成的一种新尝试。利用x射线计 算层析无损获取混合料体截面图 像,分析这些切片图像,并基于 这些切片图像运用体透视学方法 建立三维混合料内部集料级配分 布,通过引入一个修正系数C用 于修正体透视学理论模型中集料 粒径的假设与实际使用集料粒径 的不同。 4.3 DIP数值成像技术 地反映路用材料的实际使用性能。 NCAT环形路面试验场。为各种 沥青路面设计方案提供快速加载 现场试验,整条道路设计轴载量 将在2年的时间内加载完,每天 有5辆加载试验车绕试验场进行 试验加载,每周一暂停路面加 载,进行路面使用状况测评, 每季度钻取路面芯样,进行室 内性能评测.全面评价各种路面 设计结构在现场使用中性能衰变 状况 6结语 示,SBS高分子体的分布形态只 对改性沥青的弹性性能有影响, 而对车辙变形起决定性作用的是 改性沥青的粘性行为.SBS高分 子体在沥青中的形态对改性沥青 的疲劳寿命影响较大。 5试验模拟法 采用DIP数值成像技术能够 研究集料形状特征,例如长宽 本文总结了国外近两年较多 采用的新型研究方法,理论研究 比、延伸率、光整平滑度、形态 因子、正圆度、形状系数和球面 室内设计试验,是指为研究 沥青混合料材料某一方面的性 能,在现有的试验方法不能满足 试验要求时。往往通过设计一种 新型的试验方法开展相关研究。 领域包括基于粘弹性力学模型的 有限元模型法.较好模拟沥青路 面现场施工的离散单元模型法, 以及基于高分子聚合物化学理论 的方法;x射线计算层析法、体 视学法、DIP数值成像技术、红 度等,进而可以研究集料形状与 沥青混凝土力学性能之间的关 系。采用一个分析图像的JAVA 程序分析集料面积、周长、长度 和角度等几何学的特性,通过进 行不同形状集料的马歇尔稳定度 流值试验,发现粗集料形状对沥 为研究沥青材料的抗剪切强度对 沥青路面车辙的影响,研究人员 设计了一种室内评估沥青材料抗 剪强度的方法…。该方法基于一 种称为弹力计的检测设备和一个 经典的弹塑性模型,可以用于分 析普通沥青和高聚物改性沥青的 外光谱成像仪和荧光显微镜技术 等高科技设备在多个沥青混凝土 研究中得到广泛深入的应用;另 外,设计典型试验和采用快速加 载现场试验的研究方法也开始逐 步推广应用。 参考文献 青混凝土的力学性能影响较大。 进一步的研究是关于采用DIP进 行集料质量保证和集料质量控制 程序进而保证混凝土质量的措 复杂力学行为:再用这些沥青做 成沥青混凝土板进行轮载试验。 根据轮载试验结果和沥青材料的 施。另外,加强图像分析程序的 开发也是重要的研究方向。 4.4 红外光谱成像仪(Infrared Array Detector) [1]Chia-Ming Wu,Cheng-Chiao Lee,Jia-Chong Du,etc.Develop— ment of Acoustical Predictinn Mod. el for Asphalt Pavements Using 抗剪切强度试验结果。分析沥青 材料的弹塑性性能与沥青路面车 辙之间的关系。 通过红外光谱分析技术可以 Grey System Approach[J】.Road 2013年5月第9期I 47 交通发展研究Transport Development Research 城市交通的形成与发展 研究 ^ 叶尔丰 。陈大山 (1.江苏淮安交通勘察设计研究院,江苏淮安223001;2.淮阴工学院交通工程学院,江苏淮安223003) 摘要:针对"3前我国城市的“交通病”,分析了城市交通的形成过程,重点探讨了生产力、城市化、环境和资源等因素对 -城市交通发展的影响,展望了我国城市交通发展的趋势,并结合先进的交通管理和技术方法,给出了解决城市交通问题的若 干建议。 关键词:城市交通;交通管理;城市化;机动化 中图分类号:U491.12 文献标识码:A 文章编号:1002—4786(2013)09—0048—03 Formation and Development 0f Urban Trafic fYE Er—feng .CHEN Da—shan (1.Jiangsu Huai an Traffic Survey&Design Institute Co.,Ltd.,Huai an 223001,China;2.Faculty of Transportation Engineering, Huaiyin Institute of Technology,Huai an 223003,China) Abstract:This paper introduces the existing problems and formation process of urban trafic in China,ana—f lyzes the impact of productive force,urbanization,environment and resources on the development of urban trafic.f Then,the development prospect of China urban traffic is given.In addition,considering the advanced trafic man—f agement technology,some suggestions for solving urban traffic problem are provided. Key words:urban trafic;traffic management;urbanization;motorization f1 当前城市交通面临的问题 1.1 交通拥堵严重 近三十年来,我国社会经济发展迅猛,城市居 民出行结构发生了重大的变化。与此同时,城市机 近几年来,我国的机动化水平明显加快,交通 出行总量增长明显。机动车数量的高速增长和高强 动车保有量在近十年发生了“井喷”式发展,交通需 求内涵进~步扩展,即社会需要“量”上有保障、 “质”上有提升的交通服务。虽然我国城市交通有了 长足发展,但目前深受以下“交通病”的困扰。 度的使用,给城市交通带来巨大压力,主要表现 为:主干道路平均车速下降,延误增加,交通拥堵 常常由孤立的一个路口演变为由一点迅速蔓延到周 边区域的拥堵,路网中部分区域交通拥堵问题突 Materials and Pavement Design, Kheiry,A A Mirghasemi.Model- ing of the permanent deformation characteristics of SMA mixtures Age Hardening Revisited[J].Road Materials and Pavement Design, 2010,I l(4):783—805. [2】Jingsong Chen,Baoshan Huang, Feng Chen,etc.Application of dis- crete element method to Superpave 2011,12(4):795—819. 基金项目:江西省交通运输厅重点工 程科研试验项目(2012C0026) 作者简介:樊文胜(1961一),男,江 西南昌人,高级工程师,本科,主要 从事工程建设管理工作。 收稿日期:2012—12—06 using discrete element method【J1. Road Materials and Pavement De. gyratory compaction[J].Road Ma・ terials and Pavement Design,20 1 2, sign,2012,13(1):67-84. [4l J Claine Petersen,Ronald Glaser. Asphah Oxidation Mechanisms and the Role of Oxidation Products on l3(3):1-21. 【3】Mansour Fakhri,Pezhouhan T 48 I交通标准化