第５期黄晓明，等：沥青混合料高温性能试验方法３
１．２试验参数确定
为了具备１．１节所述的优点，局部三轴试验的压
头、底座和试件尺寸参数应满足以下条件：
（１）满足应力应变均匀条件：Ｓ嘶。忙。．，：扰基本
均匀，即ＳⅦ。忙跎处衰减不多，ｄ为压头和底座的直
径；
（２）提供足够围压：ｒ＝ｄ／２一Ｄ／２范围内ｄ。。仍足
够大，而仃…，：肌已经衰减到足够小，Ｄ为试件的直径；
盯¨为沿径向的正应力，其方向见图２中坐标，符合右
手坐标系。
ｃ一［二二二二二工二二二二
ｄ蜥姻一√２［（ｄ１一盯２）２＋（盯２一叮３）２＋（ｄ３一盯１）２］
称为Ｍｉｓｅｓ应力；吼主应力，ｉ＝１、２、３。
为了达到上述条件，该试验重要的参数是确定压
头和底座直径ｄ、试件直径Ｄ和试件高度日。其中，ｄ
的确定要考虑集料的尺寸效应，至少应当是公称最大
粒径的３倍以上，故先拟定ｄ为６０ｍｍ，并且希望ｄ值
尽可能大，以消除尺寸效应。但是，当ｄ较大或Ｄ较
小时，压头以外的混合料无法提供足够的侧限约束，这
与实际路面情况不相符，因此宜选择直径较大的试件，
故依据成型方法，拟定Ｄ为１５０ｍｉｌｌ。目前常用路面面
层实际厚度一般在４～８ｃｍ之间，同时考虑集料颗粒
的尺寸效应，故选定试件的厚度日为８０ｍｎｌ。下面通
过ＡＢＡＱＵＳ有限元的方法，分别计算不同ｄ值为６０、
７５、８０、９０ｍｎｌ时，圆柱形试件内部应力分布与大小，以
确定ｄ的合理值，有限元模型参数如表１所示。
表１压头与试件尺寸有限元计算参数表
Ｔａｂ．１Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ
ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｐｌａｔｅｍａｎｄｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
弹性参数弹性模量Ｅ／ＧＰａ泊松比单元类型
沥青混合料钢制压头荷载条件接触条件
０．２２０Ｏ．３５ｃ３Ｄ８Ｒ（８节点三维２１０Ｏ．３３减缩积分实体单元）压头上端面施加均布１．０ＭＰａ应力
试件与压头接触面为光滑接触，仅传递压应力
根据弹性和粘弹性力学空间理论，空间体在受外荷载作用下，应力分布与弹性模量及粘弹性参数无关，与泊松比有关；但是，位移和应变与弹性模量、粘弹参数及泊松比都有关。本算例假定泊松比不变，虽然弹性模量随温度变化而变化，但不影响应力分布，故取某一温度下的模量即可，试验采用较高温度下的模量。计算得到在压头边缘，＝ｄ／２和试件边缘ｒ＝Ｄ／２处Ｍｉｓｅｓ应力对试件中最大应力衰减比例如表２所示。由表２可见，随压头直径的增大，，．＝ｄ／２处Ｍｉｓｅｓ衰减程度先减小后增大；而ｒ＝Ｄ／２处Ｍｉｓｅｓ应力衰减程度逐渐减小。其中，ｄ为７５ｍｌｎ时，压头下部应力衰减程度最小，同时试件边缘处的应力衰减得也足够大，因而建议采用压头尺寸为７５ｍｍ。
表２ｒ＝ｄ／２和ｒ＝Ｄ／２处Ｍｉｓｅｓ应力对试件中
最大应力衰减比例
Ｔａｂ．２ＡｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆＭｉｓｅｓｓｔｒｕｔ，ｓａｔｒ＝ｄ／２ａｎｄ
ｒ＝Ｄ／２ｔｏｍａｘｉｍａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｓｐｅｃｉｍｅｎｓ，’压头直径ｄ／ｎ∞ｎ
Ｍｉｓｅｓ应力衰减比，％
：三！！！！三竺！！
６０４２
。８７
７５３２８４
８０３７８２
丝塑翌．在压头直径为７５ｎｌｍ时，应力可以满足基本均匀，可以推知应变也是基本均匀的。
图２显示了压头下部混合料的竖向应变分布云图。可以看出，竖向应变基本均匀；通过ＡＢＡＱＵＳ的Ｐｒｏｂｅｖａｌｕｅｓ功能得到压头下部混合料每一点的应变，然后计算得到平均应变值为０．２９５％（标准偏差Ｉｓ为０．０４３）；通过试件表面竖向位移（０．２３７ｍｉｌｌ）除以试件高度（８０ＩＴＩＢ）得到平均应变为Ｏ．２９６３％。可见，计算值与实测平均值相差很小，说明通过位移计算试件内部应变的方法是可行的，也即试件内部应变是基本均匀的。
图２压头下部混合料的竖向应变分布图（单位：ｘ１０。３）Ｆｉｇ．２Ｖｅｒｔｉｃａｌｓｔｒａｉｎｏｆｔｈｅａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｕｎｄｅｒｔｈｅ
ｌｏａｄｉｎｇｐｌａｔｅｎｓ（ｕｎｉｔ：ｘ１０—３）
为了进～步验证围压是否足够，沿圆柱形试件的半径方向，可验证正应力在四周混合料内是否足够大而在边界上衰减趋于零。通过有限元计算得到，当压头直径为６０ｔｏｎｉ和７５ｔ啪时，混合料试件分别在距中心轴４５ｍｍ和５２ｎ１ＩＩｌ附近提供了分别为６３ｋＰａ和５６ｋＰａ的最大围压，并且在试件的边缘（ｒ＝Ｄ／２）处径向正应力分别衰减到５．４ｋＰａ和８．３ｋＰａ；而当压头直径为８０ｍｎｌ和９０ｌｌｌｎｌ时，由于压头外围的混合料区域较小，混合料试件所能提供的最大围压仅仅２２．５ｋＰａ和１２ｋＰａ，同时在试件的边缘仍有８．８ｋＰａ和１０．５
ｋＰａ的
第５期黄晓明，等：沥青混合料高温性能试验方法
５
图３三轴试验装置图
Ｆｉｇ．３
Ｔｅｓｔｅｒｏｆｔｒｉａｘｉａｌ
ｔｅｓｔ
图４局部三轴试验装置图
Ｆｉｇ．４
Ｔｅｓｔｅｒｏｆ讲ｕｔｉａｌｔｒｉａｘｉａｌ
ｔｅｓｔ
往往较大，达到６％一９％１９］；因此，在控制总的沥青混合料质量（１３．２ｋｇ）的前提下，增加了车辙板成型过程中的压实次数，最终依据不同混合料类型选择压实次数为２４次（ＡＣ类）或２６次（ＳＭＡ类），并
在成型后脱模，实测每一个车辙板的空隙率，保证其
空隙率在４％。测量后的车辙板在室内自然风干，然后放入试模内保温并进行车辙试验。另外，车辙板厚度采用６０ｍｌｎ，每组车辙试验平行试验两次取平均值。车辙试验中其余参数均采用《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（Ｊｒ玎０５２—２０００）中的标准车辙试验（Ｔ０７１９－１９９３）的值。
８
６
邋４
。２
００
０１
３试验结果对比分析
３．１
三轴试验与局部三轴试验结果对比分析由于进行温度和应力的全组合试验，因此试验结
果较多，图５仅显示了ＡＣ２０在６０ｃｃ下三轴试验和局部三轴结果，其余试验所得永久应变曲线相似。可以发现，两种试验所得的永久应均变符合３阶段变形规
律，因此可以采用文献［１０］中的模型来分析沥青混
合料的变形规律及试验方法的优劣。变形起始阶段的迁移期和变形恒定发展的稳定期分别采用式（１）和
式（２）表示：
ｅ，＝删，
（１）ｅｐ＝￡凡＋ｃ（Ｊ７、ｒ—Ｆｓ），
（２）
式中，Ｃ为稳定期斜率，反映了稳定期变形增大的速率；￡ｎ＝ａ（Ｆ。）６是稳定期起始点的永久应变。
；§：
ｌ００
ｌ０００
２０００
３０００
Ｎ／ｃｙｃｌｅｓ
（ａ）三轴试验ｉ§；
ｌ００
６００
ｌ２００
ｌ８００
Ｎ／ｃｙｃｌｅｓ
（ｂ）局部三轴试验
图５ＡＣ２０沥青混合料永久应变
№．５
ＰｅｒｍａｎｅｎｔｓｔｒａｉｎｏｆＡＣ２０ａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｓ
采用斜率ｃ和流动次数Ｒ等参数来分析比较不
同试验方法所得结果的规律性和稳定性。如果试件没有试验到破坏期，则厅用５０００次来表示。由图６可见，三轴试验和局部三轴试验结果回归出的模型参数体现了相同的变化规律。ｃ值随温度和应力水平的增大
而增大，反映出沥青混合料在高温和重载下表现出较快的变形。ｎ也都随温度和应力的增大而减小，说明沥
青混合料在高温重载下会较早的进入破坏期。三轴试
验和局部三轴试验得到相同的混合料变形规律，说明局
部三轴试验是可以用于研究沥青混合料高温变形规律的，其所得结论的规律性与传统试验方法是一致的。
５４
亡３
２ｌ
偏应力水平／ｋＰａ
平均Ｍｉｓｅｓ应力，ｋＰａ偏应力水ＷｋＰａ
平：ｌ匀Ｍｉｓｅｓ应，Ｊ／ｋＰａ（ａ）三轴试验
（ｂ）局部三轴试验
（ｃ）三轴试舱
（ｄ）局部三轴试验
＋４０℃ＡＣ２０＋４０℃ＳＭＡｌ３．－－－１１＃－６０℃ＡＣ２０＋６０℃ＳＭＡｌ３
图６三轴和局部三轴试验回归参数变化规律图
ｒｉｇ．６
Ｍｏｄｅｌ
ｐａｒｍｒ陀ｔｅｒｓ咒粤酬ｂｙ
ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｒｉａｘｉａｌｔｅａｔ
ａｎｄｐＩｎｉａｌｔｒｉａｘｉａｌ
ｔｅｓｔ
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
赢
垩～Ｌ一∞∞∞∞∞Ｏ●
咖咖咖咖咖。一
６公路交通科技第２５卷
３．２实测车辙与计算车辙对比分析
３．２．１车辙试验有限元建模与计算
已有研究表明ｎＬｌ２］，ＡＢＡＱＵＳ中的蠕变模型可以
成功地模拟沥青混合料的永久变形性质。因此，数值
模拟采用此模型，其方程为：
￡。＝船４ｔ“，（３）
式中，∈。为蠕变应变速率（单位时间产生的蠕变应变
量）；盯为单轴等效偏应力；ｔ为荷载累计作用时间；Ａ、
ｍ、ｎ为与材料性质和温度有关的参数（Ａ＞０，ｎ＞０，
一１≤ｍＧ０）。
两种试验方法中的偏应力水平均选取了３个，即
４００、７００、ｌ０００ｋＰａ；将半正弦波荷载应力转换为等效
静载偏应力，即乘２Ｉｎ倍，得到２５４．６、４４５．６、６３６．６
ｋＰａ。根据０．１ｓ加载、０．９ｓ间歇的周期，荷载累计作
用时间为０．１×Ｎ，单位为秒。将试验数据按照上述方
法转化并取对数后，使用多元线性回归方法，得到
ＡＣ２０和ＳＭＡｌ３在６０℃下的蠕变模型参数Ａ、ｍ、ｎ的
值列于表６。
表６蠕变模型参数表（６０℃）
Ｔａｂ．６ＰａｒａｍｅｔｅｍｏｆｃｒｅｅｐＩ玳ｄｅｌａｔ６０℃
材料类型
三轴试验局部三轴试验
蠕变模型标准相关性蠕变模型标准相关性参数差ｓ系数ｒ参数差ｓ系数ｒ
根据车辙试验实际要求，有限元模型尺寸为长３００ｍｍ、宽３００ｍｌｎ、高６０ｔｕｎａ。橡胶车轮的接触压力为７００ｋＰａ。车轮行走距离为２３０ｍｍ，车轮宽度为５０ｍｍ；因而，均布压力分布在２３０ｌｎｌＴｌ×５０ｌｌｌｍ的区域内。所建立的车辙有限元模型如图７所示。蠕变模型中的时间是荷载作用的总时间。因此要计算车辙试验中一点所受荷载作用的累积时间作为有限元蠕变加载步的总时间。根据试验规程，车辙试验总时间为３６００ｓ。车轮沿一个方向行驶一次，对于车辙板表面一点而言，车轮荷载有效作用时间为车轮覆盖于其上的时间，即为车轮走完其沿行驶方向长度的时间。设车轮沿行驶方向所覆盖的长度为ｚ。根据接触压力计算公式：ｍ×ｇ＝Ｐ×Ａ＝Ｐ×（ｄ×Ｚ），其中，ｍ为车辙仪总配重，７８奴；ｇ为重力加速度，９．８ＩＩｌ，ｓ２；Ｐ为接触压力，７０００００Ｐａ；ｄ为车轮宽度，０．０５ｍ。计算得到Ｚ＝２１．８４ｍｍ；因此，车轮行驶一次后车辙板上一点所受荷载作用时间与车轮行驶一次的总时间之比为１／２３０。则在整个车辙试验中，车辙板上某一点受荷载总时间为３６００×ｌ／２３０＝３４２ｓ。此即作为有限元中蠕变步的总时间。
图７车辙试验有限元模型
ｎｇ．７Ｆｉｎ沁ｅｌｅｍｅｍｍｏｄｅｌｏｆｍｔｔｅｓｔ３．２．２计算车辙与实测车辙对比分析
分别将基于三轴试验和局部三轴试验结果回归参数的有限元计算车辙与实际车辙试验的实测车辙进行对比，图８分别绘出了ＡＣ２０和ＳＭＡｌ３沥青混合料实测车辙与计算车辙的对比结果。
Ｅ
Ｅ
馨
讲
０６００Ｉ２００ｌ８００２４００３０００３６００
时间／ｓ
（ａ）ＡＣ２０
０６００Ｉ２００ｌ８００２４００３０００３６００
时问／ｓ
（ｂ）ＳＭＡｌ３
图８ＡＣ２０和ＳＭＡｌ３实测车辙与计算车辙对比图
Ｈｇ．８ＤｉｆｆｅｍｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｍｅａｓｕｒｅｄｍｔａｎｄｃＭｅｕｌａｔＭ
ｎｎｏｆＡＣ２０ａｎｄＳＭＡｌ３
由图８一可以发现一个相同的规律，即基于局部三轴试验回归参数的有限元计算车辙量与实测车辙量更加接近，永久变形速率也更加接近；而基于三轴试验Ｏ
５
０
５
Ｏ
５
Ｏ
３
２
２
，
●
Ｏ
Ｏ
Ｏ
６
２
８
４
Ｏ
：
Ｏ
Ｏ
Ｅ｛器计
沥青混合料高温性能试验方法
作者：黄晓明， 张裕卿， HUANG Xiao-ming， ZHANG Yu-qing
作者单位：东南大学,交通学院,江苏,南京,210096
刊名：
公路交通科技
英文刊名：JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT
年，卷(期)：2008,25(5)
被引用次数：5次
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/199410088.html,/Periodical_gljtkj200805001.aspx
沥青混合料及其力学性能分析 摘要：目前我国高等级公路主要采用沥青路面结构形式，沥青混合料性能的好 坏直接影响到公路的服务功能和使用年限。现代重载交通要求沥青混合料具有优 良的高温稳定性和其它性能；为提高沥青混合料的性能、实现混合料性能的优化，近年来先后出现了大量的新材料和新理论。本文首先对沥青混合料的级配构成原 理进行了分析，其次对其力学性能做出了分析。 关键词：沥青混合料力学性能级配构成 1引言 随着生产力的发展，现代道路工程的特点反映出愈来愈鲜明的功能化。为了 满足日趋复杂、高效的现代化生产过程和日益上涨的生活水平所提出的各种功能 要求，道路工程的使命愈来愈艰难。从这个意义上看，现代道路工程面临着一场 革命作为道路工程中广泛使用的一种复合材料，沥青混合料是由沥青、矿粉、集料、等多种具有不同力学特性、不同几何形状尺寸的材料所构成的具有多相结构 的非各向同性材料。本文主要对沥青混合料及其力学性能进行了研究，希望能够 为沥青混合料的技术发展提供帮助。 2新型沥青混合料的级配构成原理分析 2.1沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA） 沥青玛蹄脂碎石（简称SMA）是一种由沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青 玛蹄脂混合料填充于间断级配的矿料骨架中所形成的沥青混合料。其4.75mm以 上的集料含量在70%-80%左右，同时小于0.075mm的填料含量通常达到10%，而0.6-4.75mm的颗粒通常仅有10%左右，而AC-I型混合料的0.6-4.75mm的颗粒通 常达30%。因此SMA混合料是典型的由填料填充在粗集料形成的骨架空隙中形成的骨架密实结构。 2.2多碎石沥青混凝土（SAC） 多碎石沥青混凝土（SAC；）是由我国沙庆林院士于1988年提出的一种沥青 混凝土结构形式。其定义为；4.75mm以上的碎石含量占主要部分的密实级配沥 青混凝土。 SAC是在总结我国传统的工型和II型沥青混凝土的有缺点的基础上提出的。 我国传统的工型沥青混凝土空隙率为设计3-6%，因此耐久性好、透水性小，但表面构造深度较小；同时由于细集料试用较多，粗集料悬浮于沥青和细集料所组成 的密实体系中，因此混合料的稳定性随温度的增加下降明显，从而易出现车辙等 病害。 2.3大粒径沥青混凝土（LSAM） 根据以有的研究成果，LSAM的的典型特点是颗粒尺寸大、粗集料含量高、粗集料接触程度高和主骨架稳定性高。LSAM中粗集料的排列特征和级配对混合料 的体积特征有着较大的影响，甚至起着决定性的作用，也即粗集料间必须充分形 成石一石接触的骨架特征。对于LSAM的骨架特征有两个重要指标；骨架稳定度 和骨架接触度。 2.4SuperPAVE沥青混合料 SuperPAVE推荐的级配采用了0.45次方级配图，此级配图是以Fuller最大密 实度理论（n=0.45）为基础，即此图的对角线即为最大密实度线，级配曲线越靠 近对角线，混合料的密实度越大。为便于级配的选择和创新，SuperPAVE摒弃了 传统的对各个筛孔的通过率都严格控制的方法，而改为仅对关键筛孔（如公称最
中国石油大学（华东）油田化学基础实验报告 班级：石工1412 学号：姓名：教师：范鹏 同组者： 实验日期： 2016.9.28 实验一、钻井液常规性能测试 一、实验目的 1、掌握六速旋转粘度计的使用方法以及钻井液表观粘度、塑性粘度和动切力的测定和计算方法； 2、掌握静滤失仪的使用方法以及钻井液滤失量、pH值和泥饼厚度的测定方法； 3、掌握钻井液膨润土含量的实验原理和测定方法； 4、掌握钻井液密度的测定方法； 5、掌握钻井液漏斗粘度的测定方法； 二、实验装置 钻井液：400ml 高速搅拌机六速旋转粘度计打气筒失水仪滤纸量筒秒表钢板尺 PH试纸亚甲基兰溶液酸式滴定管玻璃棒 三、实验步骤 1、用高速搅拌器高速搅拌钻井液10min。 2、使用六速旋转粘度计测定并计算钻井液表观粘度、塑性粘度和动切力； 3、使用打气筒滤失仪测定钻井液滤失量、泥饼厚度和pH值； 4、测定并计算钻井液膨润土含量； 5、学习并掌握测定钻井液密度的方法； 6、学习并掌握测定钻井液漏斗粘度的方法。
四、实验数据记录与处理 1.数据记录 实验二无机电解质对钻井液的污染及调整 污染实验数据班级汇总表
2.数据处理 本组实验所得数据处理结果: 表面粘度AV=0.5 x Ф600=0.5x12=6 mPa.s 塑性粘度 PV=Ф600-Ф300=12-7=5 mPa.s 动切力YP=0.511 x （2 x Ф300-Ф600）=1.022 Pa 钻井液膨润土含量= 泥甲V 01.0V ?×70100 ×1000=14.3×泥 甲V V =14.3× 2 6 5?=40.04 g/l （1）基浆： 表面粘度AV=0.5 x Ф600=0.5x11=5.5 mPa.s 塑性粘度 PV=Ф600-Ф300=11-7=4 mPa.s 动切力YP=0.511 x （2 x Ф300-Ф600）=1.533 Pa （2）加量0.25g/100ml CaCl 2 泥浆： 表面粘度AV=0.5 x Ф600=0.5x16=8 mPa.s 塑性粘度 PV=Ф600-Ф300=16-12=4 mPa.s 动切力YP=0.511 x （2 x Ф300-Ф600）=4.088 Pa （3）加量0.50g/100ml CaCl 2 泥浆： 表面粘度 AV=0.5 x Ф600=0.5x18=9 mPa.s 塑性粘度 PV=Ф600-Ф300=18-15=3 mPa.s 动切力YP=0.511 x （2 x Ф300-Ф600）=6.132 Pa （4）加量0.75g/100ml CaCl 2 泥浆： 表面粘度 AV=0.5 x Ф600=0.5x19=9.5 mPa.s
沥青混合料的疲劳试验及其影响因素 摘要：疲劳特性的研究方法概括起来包括两种即现象学法和力学近似法。应用现象学法主要是进行疲劳试验，得出疲劳寿命与施加应力或应变的关系。力学近似法是将应力状态的改变作为开裂、几何尺寸及边界条件、材料特性及其统计变异性的结果来考虑，并对裂缝的扩展和材料中疲劳的重分布所起的作用进行分析，从而它有助于人们认识破坏的形成和发展的机理。 关键词：沥青混合料疲劳特性现象学法力学近似法 1 概述 路面使用期间，在气侯环境因素和车轮荷载的重复作用下，损伤逐渐累积，路面结构强度逐渐下降，当荷载作用次数超过一定次数之后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过性能下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。这是由于材料内部存在缺陷或非均匀性，引起应力集中而出现微裂隙，应力的反复作用使微裂隙逐渐扩展、汇合，从而不断减少有效的承受应力的面积，造成材料的刚度和强度逐步下降，最终在反复作用一定次数后导致破坏。材料抵抗疲劳破坏的能力，可用达到疲劳破坏时所能经受的重复应力大小(或称疲劳强度)和作用次数(称为疲劳寿命)来表示。疲劳破坏是当前沥青路面破坏的主要形式之一。沥青路面的耐久性是指沥青路面在使用过程中承受各种外界因素的作用，其性质能保持稳定或较小发生变化的特性。沥青混合料的抗疲劳性能是评价沥青路面耐久性的一个重要指标。 2沥青混合料的疲劳试验 疲劳破坏作为沥青路面的三大破坏形式之一，人们对其试验研究方法给予了很大的关注，归纳起来可以分为四类：一是实际路面在真实行车荷载作用下的疲劳破坏试验，如美国的AASHO试验路，历时三年才完成；二是足尺路面结构在模拟行车荷载作用下的疲劳试验，包括环道试验和加速加载试验，如南非的重
SMA与Sup沥青混合料性能指标对比
性好，综合性能有明显改善的沥青面层混合料。同时，由于沥青马蹄脂的粘结作用，使低温变形能力和水稳定性有较大改善。SMA的空隙率很小（3%～4%）几乎不透水，混合料受水的影响很小。由于粗集料比例占70%以上，路面压实后表面形成较大孔隙，构造深度大，使抗滑性能提高。Superpave沥青混合料较传统的密实悬浮类混合料的抗车辙性能有了明显的改善，这一设计方法的最大亮点即为引用了混合料的体积性质作为设计的关键标准，同时旋转压实的成型工艺也较传统的马歇尔击实成型的方法更能模拟实际路面车轮的搓揉作用。 组成成分（1）粗集料：SMA混合料依靠 粗集料的石石接触和紧密嵌挤 而形成骨架结构（SMA-13和 SMA-16为大于的集料，SMA-10 为大于的集料）。粗集料是SMA 质量控制的关键，必须使用石 质坚硬、表面粗糙、形状接近 立方体的优质破碎石料。粗集 料针片状颗粒含量是个重要指 标，要求不大于15%，石料压碎 值要求不大于25%。 （2）细集料：SMA中小于的细 集料比例较少，通常仅为10%～ 15%。细集料应采用机制砂或轧 制的石屑，质量要求坚硬、洁 净、无风化、无杂质。 （1）粗集料：粗集料应采用 石质坚硬、清洁、不含风化颗 粒、近似立方体颗粒的碎石， 粒径应满足规范要求，应采用 反击式破碎机轧制的碎石，具 有 2 个破碎面颗粒的含量不 少于75%。 （2）细集料：采用坚硬、洁 净、干燥、无风化、无杂质并 有适当颗粒级配的人工轧制 的玄武岩、辉绿岩或石灰岩细 集料。其级配规格应符合规范 要求，天然砂的含量不宜大于 集料总量的15%。 （3）矿粉：沥青混合料的矿 粉必须采用石灰岩或岩浆岩 中的强基性岩石等憎水性石 料经磨细得到的矿粉，原石料 中的泥土杂质应除净。矿粉应 干燥、洁净，能自由地从矿粉 仓流出。不得将拌和机回收的 粉尘作为矿粉使用。 （4）沥青：采用SBS 改性沥 青，应符合PG70-22 标准。建 议采用优质进口沥青，60℃动 力粘度≥180。
10.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性——这三个你仔细看一下吧 10.2.1 沥青混合料的强度特性 表征沥青混合料力学强度的参数是：抗压强度、抗剪强度和抗拉（包括抗弯拉）强度。一般沥青混合料均具有较高的抗压强度，而抗剪和抗拉强度则较低。因此，沥青路面的损坏，往往是由拉裂或滑移开始而逐渐扩展。 1、抗剪强度(shearing strength) 沥青混合料的剪切破坏可按摩尔一库仑原理进行分析。材料在外力作用下如不产生剪切破坏，则应具备下列条件： τmax< σ tg φ+c （2-4） 式中：τmax — 在外荷载作用下，某一点所产生最大的剪应力； σ — 在外荷载作用下，在同一剪切面上的正应力； c — 材料的粘结力； φ — 材料的内摩阻角； 在沥青路面的最不利位置取一单元体，设其三个方向的主应力为σ1、σ2和σ3，且σ1>σ2>σ3。由于单元体中最不利的剪切条件取决于σ1和σ3，故仅根据σ1和σ3分析单元体的应力状况。图2-17为单元体应力状况的摩尔圆。 图2-17 应力状况摩尔圆图 图2-18 三轴剪切实验装置 1-压力环；2-活塞；3-出水口；4-保温罩；5-进水口；6-接压力盒；7-试件；8-接水银压力计 从图2-17可得： ()φσστcos 2131-= （2-5） ()φφφσσσ2231sin cos 21tg c -+= （2-6）
将式(2-5)、(2-6)代人式(2-4)得： ()()[]c ≤+--φσσσσφsin cos 213131 （2-7a ） ()c tg ≤--φτσφτmax max cos (2-7b) 式(2-7a)或(2-7b)为沥青路面材料强度的判别式。 式左端称为活动剪应力，当活动剪应力等于粘结力c 时，材料处于极限平衡，若大于粘结力c ，材料出现塑性变形。 根据式(2-7a)或(2-7b)可求得沥青路面材料应具有的c 和Φ值。 c 和Φ值可通过三轴剪切试验取得。三轴剪切试验的装置如图2-18所示。 三轴剪切试验所用试件的直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件的高与直径之比应大于 2。矿料最大粒径小于25cm 时，试件直径为10cm ，高为20m 。试验时，将一组试件分别在不同侧压力下以一定加荷速度施加垂直压力，直至试件破坏。此时测得的最大垂直压力，即为沥青混合料的最大主应力σ1 ,侧压力即为最小主应力σ3(σ1=σ3)。根据各试件的侧压力和最大垂直压力给出相应的摩尔圆，这些圆的公切线称为摩尔包线，切线与τ轴相交的截距即为粘结力，切线的斜率即为内摩阻角Φ（见图2-19)。 由于温度对沥青混合料的抗剪强度有很大的影响，故试件应在高温条件(65℃或50℃)下进行测试。 粘结力c 和内摩阻角Φ值，也可根据无侧限抗压和轴向拉伸试验取得的抗压强度和抗拉强度来计算： 抗压强度 ??? ??+=242φπctg R （2-8） 抗拉强度 ??? ??+= 242φπtg c r （2-9） 从式（2-8）或（2-9）可得： ??? ??+-=r R r R －1sin φ （2-10） Rr c 5.0= （2-11）
2011年第8期（总第210期） 黑龙江交通科技 HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI No．8，2011（Sum No．210） 浅析沥青混合料的技术性能和标准 攸立准 （衡水公路工程总公司） 摘 要：在工程实践中，会出现各项性能要求之间的矛盾情况，有时会顾此失彼，因此在设计和施工过程中要因地制宜，抓住主要矛盾，深入细致地对各项性能指标的影响因素按照工艺施工阶段进行质量控制。下面简要对沥青混合料的技术性质和标准进行阐述。关键词：沥青混合料；技术性质；标准；要求中图分类号：U416.217 文献标识码：C 文章编号：1008－3383（2011）08－0069－01 收稿日期：2011－04－28 1高温稳定性 1.1车辙的形成机理及影响因素 （1）失稳型车辙 这类车辙是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，内部材料流动，产生横向位移而发生，通称集中在轮迹处。 （2）结构型车辙 这类车辙是由于路面结构在交通荷载作用下产生整体 永久变形而形成， 主要是由于路基变形传递到面层而产生。（3）磨耗型车辙 由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨耗和自然环境匀 速下持续不断的损失而形成。分析以上原因， 影响沥青路面车辙的因素主要有集料、结合料、混合料类型、荷载、环境等。此 外，压实方法会直接影响混合料的内部结构，从而产生车辙。1.2混合料稳定性的评价方法 影响沥青混合料高温稳定性的主要因素有沥青的用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料的尺寸、形状等。提高路面的高温稳定性，可采用提高沥青混合料的粘结力和内摩擦阻力的方法，增加粗骨料含量可以提高沥青混合料的内摩阻力。适当提高沥青材料的粘度，控制沥青与矿料比值，严格控制 沥青用量，均能改善沥青混合料的粘结力。这样可以增强沥 青混合料的高温稳定性。 1.3沥青路面车辙的防治措施 对于失稳型车辙，可以通过以下方法减缓：确保沥青混合料中含有较高的经过破碎的集料；集料中要含有足够的矿粉；大尺寸集料要具有较好的表面纹理和粗糙度；集料级配中要含有足够的粗颗粒；沥青结合料要有足够的粘度；集料颗粒表面的沥青膜要具有足够厚度，确保沥青与集料间的粘聚力。 对于结构型车辙通过以下方法可以减缓：确保基层设计满足工程实践要求；基层材料满足规范要求，含有较多经破碎的颗粒；混合料内含有足够的矿粉；基底应充分的压实，工后不产生附加压密；路基压实后应满足规范要求；磨耗型车辙可通过交通管制、改善混合料级配来防治。2低温抗裂性 沥青混合料随着温度的降低，变形能力下降。路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的正常使用。因此，要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性。 沥青混合料的低温裂缝是由混合料的低温脆化、低温缩裂和温度疲劳引起的。混合料的低温脆化是指其在低温条 件下， 变形能力降低；低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成的；对于温度疲劳，因温度循环而引起疲劳破坏。 沥青路面低温开裂受多种因素制约，就沥青材料选择和 沥青混合料设计而言，应注意以下几点：注意沥青的油源，在 严寒地区采用针入度较大， 粘度较低的沥青，但同时也应满足夏季的要求；选用温度敏感性小的沥青有利于减少沥青路面的温度裂缝；采用吸水率低的集料，粗集料的吸水率应小于2%；采用100%轧制碎石集料拌制沥青混合料；控制沥青用量在马歇尔最佳用量0．5%范围内对裂缝影响小，但同时也应保证高温稳定性；采用应力松弛性能好的聚合物改性沥 青；掺加纤维， 使用改性沥青。3耐久性 3.1沥青路面的水稳定性 经常会看到，路面在水损害后会出现松散、剥离、坑洞等病害，严重影响路面的使用。沥青路面的耐久性主要依靠沥青与集料之间的粘附程度，水和矿料的作用破坏了沥青与集料之间的粘附性，是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。而影响沥青与集料间粘结力的因素包括沥青与集料表面的界面张力、沥青与集料的化学组成、沥青粘性、集料的表面构造、集料的空隙率、集料的清洁度及集料的含水量、集料与沥青拌和的温度。 3.2沥青路面的耐老化性 另一个影响沥青混合料耐久性的是热老化。沥青材料在拌和、摊铺、碾压过程中以及沥青路面的使用过程中都存在老化问题。老化过程可分为施工中的短期老化和道路使用中的长期老化。 （1）沥青短期老化 沥青短期老化可分为三个阶段。 ①运输和储存过程的老化。沥青从炼油厂到拌和厂的热态运输一般在170?左右，进入储油罐，温度有所降低。 调查资料表明，这一过程中沥青老化非常小 。②拌和过程的热老化。加热拌和过程中，沥青是在薄膜 状态下受到加热，比运输过程中的老化条件严酷的多。沥青混合料拌和后，沥青针入度降低到拌和前沥青针入度的 80% 85%。因此，拌和过程引起的沥青老化是严重的，是沥青短期老化的最主要阶段。 ③施工期的老化。沥青混合料运到施工现场摊铺、碾压完毕，降温至自然温度，这一过程中裹覆石料的沥青薄膜仍处于高温状态。沥青混合料在摊铺、碾压和降温期间，沥青热老化进一步发展。 （2）长期老化 混合料中的沥青长期老化是一个漫长而复杂的过程，具有如下特点。 ①沥青路面在使用早期针入度急剧变小，随后变化缓慢，大体发生在 1 4年之间。②沥青老化主要发生在路表与大气接触部分，在深度0．5cm 左右的沥青针入度降低幅度相当大。 ③沥青混合料的空隙率是影响沥青老化的主要原因。④当路面中的针入度减小到35 50之间时，路面容易产生开裂，针入度小于25时路面容易产生龟裂。4抗滑性 用于高等级公路沥青路面的沥青混合料，其表面应具有一定的抗滑性，才能保证汽车高速行驶的安全性。 沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料为表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量等因素有关。为提高路面抗滑性，配料时应特别注意矿料的耐磨光性，应选择硬质有棱角 的矿料。沥青用量对抗滑性影响也非常敏感， 沥青用量超过最佳用量的0．5%， 即可使抗滑系数明显降低。另外，含蜡量对沥青混合料行滑性有明显影响，我国 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052－93）的《重交通量道路路用石油沥青技术要求》提出，含蜡量应不大于3%，在沥青来源有困难时对下面层路面可放宽至4% 5%。 · 96·
《钻井液工艺原理》综合复习资料 一、概念题 二、填空题 1、钻井液的主要功能有（）、（）、（）、（）等。 2、一般来说，钻井液处于（）状态时，对携岩效果较好；动塑比τ0/ηp越（）或流性指数n越（），越有利于提高携岩效率。 3、粘土矿物基本构造单元有（）和（）。 4、井壁不稳定的三种基本类型是指（）、（）、（）。 5、在钻井液中，改性褐煤用做（）剂，磺化沥青用做（）剂。 6、油气层敏感性评价包括（）、（）、（）、（）和（）等。 7、一般来说，要求钻井液滤失量要（）、泥饼要（）。 8、现场钻井液常用四级固相控制设备指（）、（）、（）、（）。 9、影响钻井液滤失量的主要因素有（）、（）、（）、（）。 10、按API标准钻井液常规性能测试包括（）、（）、（）、（）、（）、（）。 11、聚合物钻井液主要类型有（）、（）、（）。 12、钻井液常用流变模式有（）、（）。 13、常见粘土矿物有（）、（）、（）等。 14、钻井过程可能遇到的复杂情况有（）、（）、（）等。 15、钻井液的基本组成（）、（）、（）。 16、钻井液的流变参数包括（）、（）、（）、（）和（）等。 17、在钻井液中，钠羧甲基纤维素用做（）剂，铁铬盐（FCLS）用做（）剂，氢氧化钠用作（）剂。 18、现场常用钻井液降滤失剂按原料来源分类有（）、（）、（）、（）。 三、简答题 四、计算题 1、使用范氏六速粘度计，测得某钻井液600rpm和300rpm时的读数分别为：Ф600=29，Ф300=19，且已知该钻井液为宾汉流体。 ⑴计算该钻井液的流变参数及表观粘度； ⑵计算流速梯度为3000S-1时钻井液的表观粘度。 2、用重晶石（ρB=4.2g/cm3）把400 m3钻井液由密度ρ1=1.20g/cm3加重到ρ2=1.60g/cm3，并且每100kg重晶石需同时加入9L水以防止钻井液过度增稠，试求： ⑴若最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？ ⑵若最终体积为400 m3，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？ 3、用重晶石（ρB=4.2g/cm3）把200 m3钻井液由密度ρ1=1.10g/cm3加重到ρ2=1.50g/cm3，并且每100kg重晶石需同时加入9L水以防止钻井液过度增稠，试求： ⑴若最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？ ⑵若最终体积为200 m3，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？ 五、论述题
沥青及沥青混合料疲劳性能影响因素 作者：林敏 来源：《装备维修技术》2020年第07期 摘要：近年来，随着我国经济和科技的不断进步，人们对日常生活水平的质量要求越来越高。建筑作为人们日常生活和工作必不可少的一部分，人们对其质量要求也存在着定的关注。为了更好地保证沥青混合材料在使用中的抗疲劳性能，逼着对相关的沥青混合料进行了分析。分析研究发现，不同类型的沥青混合料疲劳寿命是与其应力之间有一定的联系。应力比增加，那么滤镜混合材料疲劳寿命就会随之减少。除此之外，还有一系列的研究发现，都有了一定的结果。 关键词：沥青混合料;疲劳性能;影響因素 在一些桥梁路面的基础施工过程中，沥青材料的使用是必不可少的。但是近年随着行车荷载力等方面的因素，很多沥青路面的强度与以前相比发生了明显的变化。不仅容易出现疲劳破坏，还导致路面的使用寿命及使用性能都得到了破坏。因此，对于我国相关企业和管理部门而言，研究影响沥青混合料疲劳性能的因素，并解决其疲劳寿命带来的影响是一项迫在眉睫的任务。笔者通过研究资料和实际情况，对多种沥青混合料的疲劳性能进行了相应的研究，通过研究认为ARAC—13在自愈合作用后疲劳寿命是最长的。此外，笔者还针对不同的行车荷载和温度作用下沥青路面的疲劳性能，并也对此进行了分析和整理。本次分析和整理主要的目的是为了提高今后沥青混合料在使用中的疲劳性和使用寿命，研究结果仅供参考。 一、原材料和混合料配合比 1、原材料技术性质 （1）沥青 根据实际情况，选取了一项路面工程进行研究。在研究中，选取70号沥青和SBS改性沥青进行加护性质的相关测定。研究结束后我们发现，70号沥青技术性质，无论是在针入度、延度、软化点还是闪点方面均符合相关的规定和标准值。而SBS改性沥青技术在这些方面也与70号沥青技术并无太大的区别。这也叫从一定程度上证明70号沥青在工程建筑使用阶段是符合相关规定和标准的。 （2）粗集料 所谓的粗集料指的是采用玄武岩的材料，这种材料的公称粒径分为两种，分别是5～10和10～15。经过研究分析粗集料的技术性质发现，5～10的针片状测试值与10～15的针片状测
钻井液常规性能测定 一.密度的测定 1、按安全检查表内容检查仪器，确保仪器安全可靠。 2、将钻井液加热到所需温度。 3、在密度计的杯中注满钻井液，盖上杯盖慢慢拧动压紧。 4、用手指压住杯盖小孔，用清水冲洗并擦干样品杯。 5、把密度计的刀口放在底座的刀垫上，移动游码直到平衡，记录读值。 6、将密度计冼净擦干备用。 二.测定马氏漏斗粘度 1、按安全检查表内容检查仪器，确保仪器安全可靠。 2、将漏斗悬挂在墙上，且保证垂直；量杯置于漏斗流出管下面。 3、用手指堵住漏斗流出管下口，将搅拌均匀的泥浆倒入漏斗至筛网底；放开手指，同时启动秒表，待泥浆流满量杯达到它的边缘时，按停秒表。秒表所示时间即为泥浆粘度，单位为s。 4、使用完毕，将仪器洗净擦干。 三.流变的测定（ZNN-D6六速旋转粘度计） 1、按安全检查表内容检查仪器，确保仪器安全可靠。 2、使用前检查读数指针是否对准刻度盘“0”位，落下托盘，装配好内、外筒。 3、将搅拌均匀的泥浆倒入样品杯至刻度线、将样品杯置于托盘上，上升托盘使液面至外筒刻度线，拧紧托盘手轮。 4、调整变速手把和转速开关，迅速从高到低进行测量，待刻度盘稳定后，分别读取各转速下刻度盘的偏转格数。 5、测量完毕，落下托盘，卸下外筒，将内、外筒及样品杯洗净擦干。 四.钻井液失水的测定 1、按安全检查表内容检查仪器，确保仪器安全可靠。 2、用手指堵住泥浆杯底部小孔，将搅拌均匀的泥浆倒入杯内至刻度线处，按顺序放入“O”型密封圈、滤纸、杯盖和杯盖卡，将杯盖卡旋转90°并拧紧旋转手柄。 3、将组装好的泥浆杯组件倒置嵌入气源接头并旋转90°；将量筒置于失水仪下方并对准滤液流出孔。 4、调节气源压力至0.7MPa，打开气源手柄并同时启动秒表，收集滤液于量筒之中。 5、当秒表指示为30min时，将悬于滤液流出孔的液滴收集于量筒之中并移开量筒，此量筒中液体体积即为滤失量。 6、关闭气源手柄，放出泥浆杯中余气；卸下泥浆杯组件，倒去泥浆并洗净擦干。 五.钻井液泥饼粘滞系数的测定（NZ-3A型泥饼粘滞系数测定仪） 1、按安全检查表内容检查仪器，确保仪器安全可靠。 2、打开机盖，调节滑板及平衡脚，使水平泡居中；接通电源，按下“清零”键。 3、将泥饼平放在滑板上，滑块纵向轻轻地放在泥饼上，静置1min。 4、按一下“电机”键，使滑板转动，当滑块开始滑动时，再按一下“电机”键，滑板停止转动，此时，显示窗中的数值即为泥饼摩擦角，单位为o，查其显示角度值的正切值,正切值为泥饼的摩擦系数。 5、使用完毕，切断电源，取下滑块和泥饼，擦净仪器，盖上机盖。 六.含砂量的测定 1、按安全检查表内容检查仪器，确保仪器安全可靠。 2、将待测钻井液注入含水量砂量管中至“钻井液”刻度线处，再注入水至“水”刻度线处，用手指堵住含砂量管口，剧烈摇动。
第七章沥青混合料的组成设计 沥青混合料从颗粒均匀预涂沥青的沥青涂层碎石(coated stone)到沥青玛碲脂(mastic asphalt)其成分变化无穷。然而，沥青混合料大体上可以分为沥青混凝土(asphalt)和沥青碎石(macadam)两大类。 沥青混凝土与碎石的主要区别如下： ●沥青混凝土的集料级配一般由颗粒大致均匀的粗集料加上大量的细集料和很 少量的中等大小的集料组成。 ●沥青混凝土的强度与砂／填料／沥青成份的劲度即沥青砂浆有关；为了砂浆 要有足够的劲度，制造沥青混凝土时要用比较硬的沥青和含量高的填料；至于沥青碎石的强度，主要是依靠摩擦和集料颗粒间的机械互锁力，因此可以用较软等级的沥青。 ●由于沥青混凝土含的填料比例很大，也即是集料有大幅的表面积要用沥青裹 覆，因而沥青用量较高；而沥青碎石含细小的集料少，因此用以裹覆集料的沥青少量也够了；沥青碎石内的沥青主要功能是在压实时作为润滑剂和在使用过程中粘结着集料颗粒。 ●沥青混凝土的空隙率低，基本上不透水并且用予繁重交通的道路上非常耐 久；沥青碎石的空隙率相对较高而具透水性，并不如前者耐久。从沥青涂层碎石到沥青玛蹄脂各种沥青合料中，使用的沥青等级愈来愈硬，沥青、矿料和砂的含量增加，粗集料含量减少。 图7-1 各种沥青混合料的典型级配曲线
§7．1道路沥青混合料的种类与性质 7．1．1沥青混凝土 用不同粒径的碎石、天然砂、矿粉和沥青按一定比例以及最佳密实级配原则设计、在拌和机中热拌所得的混合料称沥青混凝土混合料。这种混合料的矿料部分应有严格的级配要求。它们经过压实后所得的材料具有规定的强度和孔隙率时称作沥青混凝土。沥青混凝土的强度和密实度是一般沥青混合料中最大的，但它们在常温或高温下都具有一定的塑性。沥青混凝土的高密实度使得它水稳性好，因此有较强的抗自然侵蚀能力，故寿命长、耐久性好，适合作为现代高速公路的柔性面层。从国外以及国内的工程实践来看，以沥青混凝土作为高等级公路或城市道路的路面材料已经相当普遍。 由于沥青混凝土的胶结料主要为沥青，沥青是一种对温度十分敏感的材料，这就导致了沥青混凝土的性质（主要为力学性能）受温度的影响十分突出（这也是沥青混合料最大的特点），如它们的劈裂强度随温度的变化可从零下温度的几兆帕到高温的零点几兆帕而不同。 沥青混凝土的分类从广义来说，可包括沥青玛碲脂(MA)、热压式沥青混凝土(HRA)、传统的密级配沥青混凝土(HMA)、多空隙沥青混凝土(PA)、沥青玛碲脂碎石(SMA)以及其它新型的沥青混凝土。 传统沥青混凝土、SMA和多空隙沥青混凝土典型级配曲线的比较见下图： 图7－2 三种典型混凝土级配比较 上图中，曲线1为传统沥青混凝土，孔隙率3％；曲线2为SMA，孔隙率3％；曲线3为多孔沥青混凝土、孔隙率20％。就孔隙率而言，当马歇尔设计孔隙率小于4％（或路面实际孔隙率小于8％）时，它已形成较为密实的结构，水不易进入沥青混凝土，整个结构的耐久性较好；或者路面实际孔隙率大于15％
材料的疲劳性能一、疲劳破坏的变动应力 材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力（或称循环应力）和无规则随 1 /2； min） 2 应力； ②不对称循环：σm≠0，-1
④波动循环：σm>σa，0 ②疲劳破坏属于低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命的预测显得十分重要和必要； ③疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织）十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）将降低材料的局部强度。二者综合更加速疲劳破坏 出现两个疲劳源。 （2）疲劳裂纹扩展区（亚临界扩展区）? 疲劳裂纹扩展区特征为断口较光滑并分布有贝纹线或裂纹扩展台阶。贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。近疲劳源区贝纹线较细密（裂纹扩展较慢），远 沥青混合料的特性 虽然沥青混合料中单个材料的性能对混合料的性能起十分重要的作用，但是，由于沥青混合料中沥青和集料组成统一的系统，其组合特性对沥青混合料的性能影响更大。沥青混合料性能指标包括永久变形、疲劳开裂、低温开裂、应力—应变特性、强度特性。 1．永久变形 永久变形是在重复荷载的作用下路面塑性变形的累积，它是一种不可恢复的变形。轮迹线上的变形一般认为主要有两个原因： 一是作用在土基、底基层、基层和沥青表面层的重复应力较大，虽然面层材料对减少这种类型的车辙起着很重要的作用，但一般认为路面车辙是路面的一种结构组合问题，对于路面面层很薄的结构层车辙较为严重，主要是因为面层太薄而导致，作用在路基顶面的应力较大；对于路面结构在水的作用下土基较为软弱的情况，主要是由于土基的累积变形而引起。路面软化产生的车辙见图9-7。 二是路面面层在重复荷载的作用下的累积变形，这种累积变形是由于沥青面层抵抗重复荷载的抗剪强度较小，一般这种车辙是由于沥青面层的强度太弱。路面的永久变形是由于面层和土基两个原因总和引起。沥青软化产生的车辙见图9-8。 沥青路面的车辙主要是因为在荷载的作用下产生的很小但不可恢复的永久变形累积引起的。沥青混合料的剪切应力将导致垂直变形和侧向流动，当荷载作用足够的次数以后，路面的累积永久变形不断增加，车辙就出现。路面出现车辙以后，由于在辙槽内的水将导致水溅或结冰而影响行车安全。 当沥青稠度低、加载时间长或温度较高时，沥青混合料表现为弹—粘一塑性体，应力重复作用下将会出现较大数量的累积变形。 对沥青混合料永久变形特性的研究，可利用静态蠕变（单轴受压）试验或重复三轴压缩试验进行。前一种试验较简单，而后一种试验同实际受力状况相符，但二者所得到的累积应变一时间关系的规律基本一致，因为重复应力下塑性应变的逐步累积实质上也是一种蠕变现象。 密实型沥青碎石混合料经受重复三轴试验的结果表明，塑性应变量承重复作用次数而增加，温度越高，塑性应变累积量越大。许多试验结果表明，在同一 中国石油大学油田化学实验报告 实验日期:成绩: 班级:学号:姓名:教师: 同组者: 钻井液常规性能测试 一、实验目的 1、掌握六速旋转粘度计的使用方法以及钻井液表观粘度、塑性粘度和动切力的测定和计算方法； 2、掌握静滤失仪的使用方法以及钻井液滤失量、pH值和泥饼厚度的测定方法； 3、掌握钻井液膨润土含量的实验原理和测定方法； 4、掌握钻井液密度的测定方法； 5、掌握钻井液漏斗粘度的测定方法； 6、掌握钻井液固相含量的测定方法和实验原理。 二、实验原理 1、六速旋转粘度计的工作原理、使用方法及粘度和切力的计算 （1）六速旋转粘度计的结构和工作原理 六速旋转粘度计（图1）是以电动机为动力的旋转型仪器。被测液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度，依据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转为内筒转角的测量。记录刻度盘的表针读数，通过计算即为液体表观粘度、塑形粘度和动切力。 图1 六速旋转粘度计及变速拉杆 （2）六速旋转粘度计的使用方法 ①接通电源，拨动三位开关至高速位置，待外筒转动后，将变速拉杆的红色球形手柄（手柄位置与转速的选择如图1）放置在最低位置，此时外筒转速即为600rpm。观察刻度盘是否对零（若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧）、外筒是否偏摆（若偏摆，应停机重新安装外筒）。检查调速机构是否灵活可靠。 ②将刚高速搅拌过的钻井液倒入泥浆杯中至刻度线（此处钻井液的体积为350ml），立即置于托盘限位孔上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托盘手轮。迅速从高速（600rpm）到低速（3rpm）依次测量。待刻度盘读数稳定后，记录各转速下的读数Ф。 ③实验结束后，关闭电源，松开托盘手轮，移开泥浆杯，倒出泥浆。左旋卸下外转筒，将外转桶和内筒清洗后擦干，将外转筒安装在仪器上。 （3）粘度和切力的计算方法 表观粘度A V＝0.5×Ф600，单位：mPa.s； 塑性粘度PV＝Ф600－Ф300，单位：mPa.s； 动切力YP＝0.511×（2×Ф300－Ф600），单位：Pa。简略计算时，可将0.511替换为0.5。 2、静滤失仪的工作原理、使用方法及滤失量、pH值和泥饼厚度的测定 材料的疲劳性能 一、疲劳破坏的变动应力 材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力（或称循环应力）和无规则随机变动应力两种。 1、表征应力循环特征的参量有： ①最大循环应力：σmax； ②最小循环应力：σmin； ③平均应力：σm=（σmax+σmin）/2； ④应力幅σa或应力范围Δσ：Δσ=σmax-σmin，σa=Δσ/2=（σmax-σmin）/2； ⑤应力比（或称循环应力特征系数）：r=σmin/σmax。 2、按平均应力和应力幅的相对大小，循环应力分为： ①对称循环：σm=（σmax+σmin）/2=0，r=-1，大多数旋转轴类零件承受此类应力； ②不对称循环：σm≠0，-1 ③脉动循环：σm=σa>0，r=0，齿轮的齿根及某些压力容器承受此类应力。σm=σa<0，r=∞，轴承承受脉动循环压应力； ④波动循环：σm>σa，0 沥青混凝土高温性能指标概述 李清霞姚辉宁 （山东公路建设集团济南 250012） 摘要：通过对沥青混合料高温性能指标研究过程的回顾，先后介绍了从实际出发模拟车辙变形的试验，通过对路面结构应力的分析，获取混合料的抗剪切性能的试验，以及从设计模量本身出发，研究混合料模量与混合料性能的试验。 关键词：高温性能车辙剪切模量 1、背景 自从道路工程师使用沥青混凝土铺筑路面后，就在寻求评价沥青混合料高温性能的简单方法。历史上最广泛使用的马歇尔法，采用成型的圆柱体试件在60℃温度下抵抗荷载的能力评价混合料稳定性，但是其击实的成型方法并不能的模拟路面碾压成型过程，评价指标马歇尔稳定度也有很高的变异性，与路用性能并不存在好的相关性。 从上世纪70年代到80年代，一种新型混合料路用性能高温指标评价方法出现，即车轮在成型的板状沥青混合料上行驶，观察其沥青混合料的变形情况，这一时期，出现了很多该原理下的轮式试验测试设备，如轮辙仪，法国车辙仪(French Laboratory Rutting Tester)、诺丁汉车辙仪（Nottingham tester）、汉堡车辙仪（Hamburg Wheel Rut Tester）、沥青路面分析仪（APA）等。 图1法国车辙仪图2汉堡车辙仪 这些试验设备可以对试件所处环境进行模拟，如温度、湿度等，具有一定的实际意义，但是得到的轮辙变形结果如轮辙深度、相对变形量、动稳定度等只是一种经验指标，并且试验结果受到很多限制，如车轮形状、试件形状、试件与试模的边际效应等。因此必须从力学原理上研究车辙的产生机理，并使用相应的技术手段提高混合料的抗车辙能力。 2、力学分析 沥青混合料的细观力学模型 通过试验方法可以直接研究沥青混合料的力学性能，但周期较长、耗费大量的人力和材料。为此，相关研究人员更寄望于建立细观力学模型对其力学性能进行预测，以及量化各项因素对其力学性能的影响。关于沥青混合料细观力学模型的研究主要有路易斯安那州立大学(Louisiana State University)的Guoqiang Li研究团队和田纳西大学(The University of Tennessee)的Baoshan Huang研究团队，这两位学者及其团队的研究成果基本引领了当今世界在沥青混合料细观力学模型领域的发展潮流，而两支团队之间的合作更是代表着沥青混合料细观力学模型的未来发展趋势。 1999年，Li等在Christensen and Lo三相球模型的基础上，考虑了中间过渡层的作用，提出了水泥混凝土有效体积模量预测的细观力学模型[i]。Li等(1999)在弹性力学和细观理论的基础上，提出了更符合水泥混凝土细观结构的四相球模型，并用该模型来预测水泥混凝土的杨氏模量，对影响因素进行了分析[ii]。随后，Li研究团队将细观力学模型的应用转向沥青混合料领域。 1999年，Li等提出了沥青混合料的三相球模型，将沥青视为基体，集料为夹杂相，忽略空隙的影响作用，对沥青混合料的弹性模量进行预测，由于缺乏试验结果，并没有对该模型预测结果的准确性进行分析[iii]。2005年，团队成员Li 和Metcalf将沥青混合料视为粗集料和沥青砂浆组成的两相复合材料，进一步将沥青砂浆看成由细集料和沥青胶浆(沥青与矿粉组成)组成的两相复合材料，由此提出了预测沥青混合料的弹性模量的两步法，结果表明预测值与试验值较为接近[iv]。2005年，Huang研究团队与Li进行合作，对含有中间过渡层(Intermediate transition layer, ITL)的沥青混合料细观结构进行探讨，研究表明ITL可以减少界面的应力—应变集中现象，并通过室内试验和有限元分析对ITL的真实存在性作了初步验证[v]。2007年，Huang等在已有研究成果的基础上，提出了含有ITL的沥青混合料细观力学模型，并分析了ITL的模量对于沥青混合料弹性性能的影响，但该模型的预测精度还有待进一步验证[vi]。 尽管上述细观力学模型可以用来预测沥青混合料的力学性能，但都仅限于弹性范畴，将弹性细观力学模型过渡至黏弹性范围便成为一个必然的研究课题。Shu 和Huang(2007,2008)将沥青混合料视为两层材料，即沥青胶浆裹附的集料夹杂在 中国石油大学钻井液工艺原理实验报告 实验日期：2012.03.26 成绩： 班级：班学号：姓名：教师： 同组者： 实验二钻井液滤失造壁性测定 一．实验目的 1.掌握常用API钻井液仪器的使用和校正方法。 2.掌握钻井液静滤失量及瞬时滤失量测定实验。 3.了解钻井液降滤失剂对钻井液滤失量的影响。 二．实验原理 在滤失介质两端施加一定的压力差，在压力差的作用下，泥浆通过滤失介质发生滤失。 三．实验仪器 1.ZNS型打气筒失水仪一台 2.马氏漏斗粘度计一个 3.ZNB型泥浆密度计一个 4. 高搅机一台 5. 秒表一只 6. 钢板尺一个 7. PH试纸一盒 8. 20ml量筒1个 9. 滤纸 10.待测泥浆约2000ml 11.降滤失剂500g 四．仪器使用要点 ①松开减压阀，关死放空阀，打气使气筒压力达1MPa 左右，然后顺时针旋转减压阀，直到压力表读数为0.7MPa 。 ②用手指堵住泥浆杯气接头小孔，倒入适量的泥浆，使液面与泥浆杯内刻度线平齐，放好干燥的密封圈，铺一张干燥的滤纸，将干燥的泥浆杯盖盖好旋紧。然后装入三通接头并卡好，放好量筒。 ① 逆时针旋转放空阀，当压力表指针开始下降或有进气声时，开始计时并及时打气使压力保持为0.7MPa 。 ② 分别记录7.5分钟和15分钟后（或其它时间点）的滤失量，取开量筒，顺时针转放空阀，把泥浆杯中余气放尽后，取下泥浆杯。打开泥浆杯，取下滤纸，放置在平整的桌面上，用钢板尺测量滤纸上泥饼的厚度。 ⑤假设瞬时滤失量为零，量筒中滤液体积的2倍即为API 滤失量。若瞬时滤 失量不为零，应先按下列方程组求出瞬时滤失量，然后按 计算 API 滤失量。 ③ 分别记录7.5分钟和15分钟后（或其它时间点）的滤失量，取开量筒，顺时针转放空阀，把泥浆杯中余气放尽后，取下泥浆杯。打开泥浆杯，取下滤纸，放置在平整的桌面上，用钢板尺测量滤纸上泥饼的厚度。 ⑤假设瞬时滤失量为零，量筒中滤液体积的2倍即为API 滤失量。若瞬时滤 失量不为零，应先按下列方程组求出瞬时滤失量，然后按 计算 API 滤失量。 五、实验步骤 1.用高速搅拌器高速搅拌泥浆10分钟。 2.测量泥浆的API 滤失量、泥饼厚度和pH 值 3.在钻井液中加入降滤失剂，重新测定钻井液的性能。 sp V V V -=5.7302sp V V V -=5.73025 .75.71515c sp sp V V c V V +=+ =沥青混合料的特性指标1
中国石油大学-钻井液常规性能测试
材料的疲劳性能
沥青混合料高温性能评价指标概述
沥青混合料的细观力学模型
钻井液滤失造壁性测定
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