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歐美大地 公司新聞
要點回顧:基于AMPT的瀝青混合料黏彈性連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)模型及應(yīng)用高級培訓(xùn)班紀(jì)實
發(fā)布時間:2023-07-17 瀏覽次數(shù):22397 來源:歐美大地

2023年7月10-11日,歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司繼參展第13屆道路與機(jī)場路面技術(shù)國際會議(ICPT)后,又與第13屆道路與機(jī)場路面技術(shù)國際會議(13th ICPT)組委會在北京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合主辦了“基于AMPT的瀝青混合料黏彈性連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)模型及應(yīng)用高級培訓(xùn)班”。此次培訓(xùn)班我們有幸在北京工業(yè)大學(xué)王超教授的幫助下,邀請了美國北卡羅來納州立大學(xué)的Y. Richard Kim教授在2天的時間內(nèi),從理論到應(yīng)用,全面的介紹了基于AMPT的瀝青混合料性能評價體系。并邀請長安大學(xué)吳永暢老師進(jìn)行了專業(yè)的翻譯,讓所有學(xué)員能夠完整、準(zhǔn)確的接收Kim教授傳授的知識。

此次活動是歐美大地自2019年在廣州推廣BMD平衡混合料設(shè)計與性能評價方法活動后,時隔3年疫情,再次舉辦的,面向未來的新一代瀝青路面技術(shù)的學(xué)術(shù)推廣活動。此次會議共有全國各地50名左右學(xué)員參加,在2天的培訓(xùn)中,再一次為中國道路工程研究水平的進(jìn)步撒下了希望的種子。


圖1:培訓(xùn)班會后合影


在Kim教授的講授中,讓我們體會最深的是:整套“基于AMPT”的瀝青混合料性能評價體系是非常務(wù)實的,創(chuàng)建這套體系的目標(biāo)就是在工程中能夠應(yīng)用。制件盡可能簡單,試驗時間盡可能短,所需要的設(shè)備盡可能少、價格盡可能低,操作盡可能簡單,并有基于同一個理論的體系的,從設(shè)計,到評價,以及最終工程驗收的指標(biāo)體系。為了達(dá)到這種目標(biāo),目前已經(jīng)開發(fā)了AMPT瀝青混合料性能試驗儀的硬件,F(xiàn)lexTM軟件套裝(包括FlexMATTM指標(biāo)計算工具,F(xiàn)lexPAVETM分析工具和FlexMIXTM配合比設(shè)計工具)以及AASHTO試驗方法。



圖2:PASSFlexTM系統(tǒng)流程

在整套體系中,AMPT是其中的核心設(shè)備。目前,我國已引進(jìn)AMPT瀝青混合料試驗儀30套左右,但仍停留在研究領(lǐng)域,試驗功能多數(shù)只使用了動態(tài)模量和流值試驗功能。(這是由于早期設(shè)備功能,及試驗方法不完善所導(dǎo)致的)如今,在完整的體系框架中,AMPT可以更完整的瀝青混合料的性能進(jìn)行評價,完成表1中的工作。


表1:AMPT在性能規(guī)范體系中的應(yīng)用范圍



這其中,有幾點是值得我們關(guān)注的:

循環(huán)直接拉伸疲勞試驗(或S-VECD試驗,即簡單黏彈性循環(huán)損傷試驗)。

目前,我國在評價瀝青混合料的疲勞壽命時,首選的試驗方法是棱柱體小梁四點彎曲疲勞試驗(JTG E20-2011 T0739)。這種基于應(yīng)變的疲勞性能模型獲得一條完整的疲勞曲線應(yīng)選擇3個或以上的試驗水平,且疲勞壽命次數(shù)宜覆蓋幾千次到幾百萬次的范圍。由于這種試驗方法所需的時間實在太長了,所以在實際的工程中是幾乎很少實用的,多數(shù)情況下用于比較不同材料的疲勞性能,證明新材料的耐疲勞性能比原有的更好。(一個類似的情況是法國標(biāo)準(zhǔn)的瀝青混合料設(shè)計方法也由于試驗時間太長而推廣困難)

注釋:

① 基于應(yīng)變的疲勞性能模型:


k1k2k3是需要通過試驗求解的。


相比之下,基于S-VECD模型的循環(huán)疲勞試驗只需要在3個溫度條件下測量混合料的動態(tài)模量,選用1個測試溫度,1個試驗頻率以3種應(yīng)變幅值來進(jìn)行疲勞試驗,整套試驗只需6次試驗,可以在2天內(nèi)完成,加上2-3天的試驗準(zhǔn)備(混合料拌和,成型,鉆芯,切割,粘貼等工作)以及1-2個小時的數(shù)據(jù)處理和分析,所有工作可以在5天內(nèi)完成,是真正有前途在工程上進(jìn)行應(yīng)用的疲勞壽命試驗方法。


表2:傳統(tǒng)疲勞試驗方法與循環(huán)直接拉伸疲勞試驗的比較


注釋:

② 輪碾壓實儀需要能夠成型長邊400mm甚至更長(切割)的車轍板試件,這意味著一般實驗室中原有的輪碾壓實儀無法滿足要求。(國內(nèi)傳統(tǒng)輪碾壓實儀專為成型300mm×300mm車轍板設(shè)計)

小尺寸試件試驗。

以往,我們在開展動態(tài)模量和直接拉伸疲勞試驗研究時,通常選用的試件尺寸是直徑100mm,高度150mm(130mm)的圓柱體試件。但根據(jù)代表性體積單元研究的結(jié)果,我們在集料最大公稱粒徑≤19.0mm時,可以選擇使用小試件來進(jìn)行動態(tài)模量和直接拉伸疲勞試驗。因此,國內(nèi)各單位可以借鑒,并開展小試件試驗的相關(guān)研究。


表3:大小試件的試驗效率對比


注釋:

③ S-VECD試件為進(jìn)一步提高試件在不同高度上平均空隙率的一致性,要比動態(tài)模量試件的高度更小。

④ 能夠代表材料性能的試驗最小尺寸要求。


應(yīng)力掃描車轍試驗

我們評價瀝青混合料的抗車轍性能一般都是使用車轍試驗。但車轍試驗是一種經(jīng)驗試驗方法,與我們發(fā)展基于力學(xué)模型的試驗方法發(fā)展思路相悖;同時,在某些情況下,這種經(jīng)驗性的試驗方法可能會得到與實際情況相反的試驗結(jié)果,對工作產(chǎn)生錯誤的指導(dǎo)。例如:SMA是具有非常好的抗車轍性能的,但在進(jìn)行國標(biāo)車轍試驗時,車轍深度反而會變大。因此,Kim等人開發(fā)了基于力學(xué)模型(如圖14)的應(yīng)力掃描車轍(SSR)試驗方法,通過改變應(yīng)力水平和溫度來模擬不同層位的變形,并累計得到總的永久變形量。該方法目前已經(jīng)形成了美國的暫行試驗標(biāo)準(zhǔn)AASHTO TP134。



圖3:應(yīng)力掃描車轍試驗原理

試驗分別在兩種試驗溫度下進(jìn)行,使用加載-松弛的波形進(jìn)行循環(huán)加載。加載時間為0.4s,變形恢復(fù)時間在高溫時選用3.6秒,低溫時選用1.6秒。圍壓選用69kPa,軸向偏應(yīng)力分別選用483kPa,689kPa和896kPa三種,通過記錄軸向應(yīng)變來進(jìn)行計算分析。


圖4:應(yīng)力掃描車轍試驗的加載形式


CONTROLS

關(guān)于AMPT瀝青混合料性能試驗儀

AMPT瀝青混合料性能試驗儀最早由澳大利亞IPC公司在2002年開始研發(fā),最初的名稱為SPT簡單性能試驗機(jī),在開發(fā)完成后,更名為AMPT瀝青混合料性能試驗儀并沿用至今。意大利CONTROLS集團(tuán)在2014年收購澳大利亞IPC后,繼承了AMPT的產(chǎn)品線并進(jìn)行了進(jìn)一步發(fā)展,目前形成AMPTPRO(液壓)和AMPTQUBE(電動)兩種型號。(AMPTQUBE旨在通過更低的價格覆蓋更多的用戶群體)



圖5:AMPT的發(fā)展歷程

目前,全美已有AMPT近200臺,美國FHWA,F(xiàn)AA,北卡,NCAT,TTI等路面研究的權(quán)威機(jī)構(gòu),絕大多數(shù)的交通部都是CONTROLS-IPC的AMPT用戶。NCHRP,AASHTO等相關(guān)課題研究,試驗規(guī)范,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編寫,以及軟件的開發(fā)幾乎都是以CONTROLS-IPC的AMPT為基礎(chǔ)的。AMPT的試驗數(shù)據(jù)可以存儲為符合FlexMATTM計算程序要求的格式,直接導(dǎo)入進(jìn)行計算分析。后續(xù)直接與FlexPAVETM設(shè)計軟件和FlexMIXTM配合比設(shè)計軟件對接。因此,可以說:選用CONTROLS-IPC的AMPT,可以保證時刻與美國的最新研究成果對接,保持先進(jìn)的研究水平。


目前兩個版本的AMPT主要技術(shù)規(guī)格如下:

型號

AMPTPRO

AMPTQUBE

圖片



動力

液壓

電動

加載能力

靜態(tài) 19kN

動態(tài) 17kN

靜態(tài) 10kN<0.1Hz

動態(tài) 15kN≥0.1Hz

控溫范圍

-10℃~+70℃

+2℃~+60℃

圍壓大小

0~225kPa

試驗方法

AASHTO T378 動態(tài)模量和流值

AASHTO T400 S-VECD 簡單黏彈性循環(huán)損傷疲勞

AASHTO TP132 動態(tài)模量(小試件)

AASHTO T411 S-VECD 簡單黏彈性循環(huán)損傷疲勞(小試件)

AASHTO TP134 SSR應(yīng)力掃描車轍

AASHTO T393 SCB常溫半圓彎曲

AASHTO TP131 IDT間接拉伸動態(tài)模量

ASTM WK26816/Tex-248-F Overlay罩面層反射裂縫

AASHTO TP116 iRLPD遞增荷載永久變形

產(chǎn)品彩頁下載


結(jié)語

此次AMPT的技術(shù)培訓(xùn)活動得到了所有學(xué)員的一致高度認(rèn)可。我們也非常高興能夠幫助國內(nèi)用戶提高專業(yè)水平,充分挖掘設(shè)備潛能,促進(jìn)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的更新。同時,與用戶共同舉辦此類技術(shù)推廣活動也是我們的興趣所在,希望有機(jī)會與其他用戶再次開展類似的技術(shù)推廣活動。



圖6:AMPT技術(shù)培訓(xùn)班授課中

注明:

  1. 本文的圖片素材來自于Y. Richard Kim教授的授課教材,NCHRP研究報告,AASHTO試驗規(guī)范,以及CONTROLS-IPC的產(chǎn)品宣傳材料。

  2. 如需了解更多技術(shù)文件的詳細(xì)內(nèi)容,請與歐美大地聯(lián)系。

  3. 有關(guān)AMPT的更多資料,視頻,技術(shù)規(guī)格等材料可以在歐美大地官網(wǎng)進(jìn)行下載。