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沥青混合料及沥青砂浆的黏弹性能试验沥青路面设计理论近二十年来迅速发展的主要标志，一是层状体系理论和计算方法的深入研究，并将其成果应用到路面设计中；二是对路面材料进行深入研究，进一步揭示了其物理力学性质，为沥青路面设计提供了强度标准和参数[i]。
一般情况下，沥青混合料属于典型的黏弹性材料，其力学参数受时间和温度的影响较大，而采用单条件模量参数—抗压回弹模量显然不能真实反映路面材料的力学性能。
为了使沥青路面的设计参数更加符合路面结构的实际工作状态，需对沥青混合料进行黏弹性能试验，确定其黏弹性参数，继而应用其进行沥青路面设计。
考虑到沥青路面工作在较宽的时间和温度范围内，因此必须采用多种试验方法才能将考察的区域完全包含。
沥青混合料的黏弹性能试验主要分为以时间为变量的蠕变试验和松弛试验，以及以频率为变量的动态模量试验。
由于松弛试验对仪器设备要求较高，因此一般通过蠕变试验求得蠕变柔量，再根据蠕变柔量与松弛模量的关系进行变换求得松弛模量。
为此，本文将对沥青混合料及沥青砂浆进行蠕变试验和动态模量试验，得到其不同工况下黏弹性参数变化规律。
1 沥青混合料及沥青砂浆试件1.1 试验材料试验采用辽河AH-90#沥青，粗集料和石屑采用辽宁本溪的石灰岩，砂子和矿粉产地为辽宁辽阳。
沥青混合料选择三种级配类型，密级配AC-13、AC-16和间断级配SAC-16，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)推荐的级配范围进行设计，级配组成见表 3.1。
由于本文细观研究的需要，分别采用与AC-13、AC-16沥青混合料中细集料( 2.36mm)比例相同的集料与沥青组成沥青砂浆，集料级配见表3.2。
1.2 最佳沥青用量的确定(1)沥青混合料沥青用量是影响沥青混合料性能的重要因素。
沥青混合料最佳沥青用量的确定方法主要有马歇尔试验方法和Superpave设计方法，前者属于经验性方法，其与后者相比，方法简单且易于掌握，因此目前应用较为广泛。
沥青混合料的黏弹性能沥青混合料具有依赖温度和荷载作用时间的黏弹性状，这种特性直接影响着路面的使用性能，尤其是高温车辙和低温开裂。
为了设计性能优越的沥青混合料以提高路面的使用寿命，国内外学者对沥青混合料的黏弹性能进行了大量研究。
沥青混合料的黏弹性参数是表征其黏弹性能的重要标志。
在早期的研究中，由于缺乏专门的设备来有效地测定和计算沥青混合料的黏弹性参数，常用图解法来预估其性能参数，即50年代中期Van der poel建立了估算各类沥青在较大范围温度和荷载作用时间条件下的劲度模量诺漠图[i]。
随着研究的深入及试验设备条件的提高，研究人员更多的采用试验方法来确定其黏弹性参数。
目前，试验方法主要分为：蠕变试验、松弛试验和动态模量试验[ii]。
为了更方便于工程应用及力学分析，一些学者开始将流变学理论应用于沥青混合料的黏弹性研究。
Monismith C.L.应用流变理论对沥青混合料的黏弹性能进行研究，证实可以用四参量黏弹性流体Burgers模型来模拟沥青混合料的黏弹性质[iii]。
Antoni Szydlo通过蠕变试验获得Burgers模型参数，应用有限元方法对路面车辙进行预估，分析结果得出其中两个参数值对沥青混合料的车辙深度起着至关重要的作用[iv]。
A.R.Abbas应用广义Maxwell模型表征沥青混合料的剪切性能，并用试验结果对模型适用性进行了验证[v]。
在国内，长沙理工大学郑健龙等人对沥青混合料黏弹性参数的研究较为深入。
1995年，郑健龙应用Burgers模型来描述沥青混合料的黏弹性动态特性，通过引入指数型损伤函数，提出了应用该模型分析沥青混合料疲劳过程的方法[vi]。
郑健龙(1996)通过裂缝梁纯弯曲试验来研究沥青混合料的延迟开裂性能，结果表明：沥青混合料具有黏弹性流体特征，裂缝在沥青混合料中的扩展表现出明显的黏弹塑性断裂特征，且证实研究沥青混合料断裂参数时，简单热流变材料的本构模型依然适用[vii]。
《Superpave沥青混合料动态黏弹性模型及约束试件温度应力试验研究》篇一一、引言随着道路工程的发展，Superpave沥青混合料因其优异的性能被广泛应用于道路建设。
然而，在复杂的路况与多变的气候条件下，沥青混合料的性能表现受多种因素影响，尤其是其动态黏弹性特性和温度应力。
为了更准确地掌握Superpave沥青混合料的性能，本文将对其动态黏弹性模型及约束试件温度应力进行试验研究。
二、Superpave沥青混合料动态黏弹性模型1. 动态黏弹性模型概述沥青混合料的动态黏弹性模型是描述其力学性能的重要工具。
该模型能反映沥青混合料在受外力作用时，其应力与应变之间的动态关系以及材料在反复荷载作用下的变形恢复能力。
2. 模型建立与验证通过采用先进的流变仪对Superpave沥青混合料进行动态剪切流变测试，可以获取其动态剪切模量、相位角等关键参数。
根据测试结果，建立动态黏弹性模型，并利用实际路面的受力情况对模型进行验证和优化。
三、约束试件温度应力试验研究1. 试验设备与原理采用先进的应力控制式或应变控制式的疲劳试验机，通过设置不同的温度和加载条件，模拟道路在不同环境下的应力变化。
约束试件的制作需保证其尺寸精确、形状规则，以便于准确测量温度应力。
2. 试验过程与结果分析在不同温度条件下，对Superpave沥青混合料试件进行加载和卸载操作，记录其应力-时间曲线和应变-时间曲线。
通过分析这些曲线，可以得出沥青混合料在不同温度下的应力响应和变形特性。
同时，结合动态黏弹性模型，进一步研究温度对沥青混合料性能的影响。
四、结果与讨论1. 动态黏弹性模型的应用通过建立的动态黏弹性模型，可以预测Superpave沥青混合料在不同温度和荷载条件下的力学性能，为道路设计和施工提供理论依据。
此外，该模型还可以用于评估沥青混合料的老化性能和耐久性。
2. 约束试件温度应力的影响试验结果表明，温度变化对Superpave沥青混合料的应力响应和变形特性有显著影响。
沥青胶浆的线性粘弹性分析摘要：动态剪切流变实验是用于表征沥青混凝土和沥青胶浆的线性粘弹性特性（沥青混凝土的填料粒径小于75?m）。
这项研究着力于利用微观力学以及基于流变学的模型来评估石灰石与消石灰这两种填料对沥青胶浆表现性能的影响。
在多种微观力学模型中，选用最合适的一种来表征沥青胶浆（复合材料）的粘弹性特征。
由于微观力学模型是为弹性材料建立的，那么为了运用这些模型就有必要采用弹性――粘弹性对应原则。
为了解释胶浆中填料的影响，本文也采用了一些最合适的基于流变学原理的模型。
最后选择了nielsen模型，因为这个模型引入了两个流变学参数来解释填料效应：广义爱因斯坦系数和最大填料填充率系数。
在底颗粒体积浓度的的范围内，微观力学模型的预测数据与实验实测数据显示了很好的一致性。
流变模型能成功的预测石灰石填料的刚化效应，当其体积填充率达到25%时。
然而消石灰的刚化效应需要对其表面所存在的大量相互作用有更具体的理解，这是高粘合剂的特性。
CE数据库标题：粘弹性特性；沥青混凝土；微观力学；流变学；线性分析。
引言Anderson和Goetz（1973年）、Harris和Stuart（1995年）、kavussi和Hicks （1997年）、cooleyetal（1998年）等人已经认识到填料在沥青混合料中的重要性。
砂浆的质量以及沥青粘合剂和填料的组合影响沥青混合料的整体机械性能和稳定性。
由于填料的细度和表面特性，其效果基本上基于体积填充效应以及填料和沥青之间的相互作用。
后者与材料的物理化学作用有关，可以解释沥青-填料系统界面的具体相互作用。
克劳塞尔。
（1978）通过对填料几何形状、尺寸和表面活性的物理化学机理进行敏感性分析，对不同泥浆系统的物理化学特性进行了复杂的研究。
他们提出，物理化学特性与填料-沥青界面的吸附强度有关。
他们发现，表面活性越高，沥青-填料界面的附着力越强，固定沥青的用量将相对增加。
LeSueur和little（1999）表明，作为填料，熟石灰与aad-1沥青组合的性能与aam-1沥青的性能非常不同。
沥青粘弹性理论及实验数据分析翟文卿;栗振锋;任丽超;邢继星;庞瑾瑜【摘要】A kind of matrix asphalt is chosen to analyze the Superpave Asphalt temperature sensitivity by HR-3 experimental system,and the temperature sensitivity mainly in the low temperature range is studied using the software of origin analysis.The results show that the slope of rut factor 5℃ as the evaluation index in the low temperature range has obvious advantages,which could help increase the temperature sensitivity of asphalt.%选用一种基质沥青70#通过HR-3实验系统分析了Superpave沥青的温度敏感性,运用Origin软件进行详细分析,主要研究中低温区间的感温性.结果表明,在中低温区间采用沥青车辙因子5 ℃时的变化率作为评价指标具有明显优势,为提高沥青温度敏感性提供帮助.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】5页(P233-237)【关键词】Superpave;温度敏感性;评价指标【作者】翟文卿;栗振锋;任丽超;邢继星;庞瑾瑜【作者单位】太原科技大学交通与物流学院,太原 030024;太原科技大学交通与物流学院,太原 030024;太原科技大学交通与物流学院,太原 030024;山东高速轨道交通集团坪岚铁路管理处,山东日照 276800;山西省太原市交通科学研究院,太原030006【正文语种】中文【中图分类】U416.217经济的快速发展使得Superpave沥青路面越来越普及,其良好的耐久性和路面使用性能在我国道路建设中发挥重要的作用。
线性粘弹性测量操作方法线性粘弹性是一种将应力和应变之间关系描述为线性的材料特性。
线性粘弹性测量是通过施加外部力并观察材料响应来评估材料的粘弹性能。
以下是线性粘弹性测量的一般操作方法：1. 选择测量设备和样品：选择适当的设备来测量材料的粘弹性。
常用的设备包括动态力学分析仪(DMA)和拉伸试验机。
同时，选择合适的样品形状和尺寸，确保样品符合测量要求。
2. 准备样品：根据测量要求准备样品。
例如，对于DMA，将样品切割成合适的形状和尺寸，然后进行充分的清洗和干燥，确保没有杂质和水分。
3. 设定实验条件：根据材料特性和研究目的，设定合适的实验条件。
这包括应用的载荷大小、频率、温度等。
确保所选的条件能够准确地反映材料的线性粘弹性。
4. 进行动态力学分析：将样品固定在DMA的夹具上，并将夹具放置在测试仪器中。
然后，通过施加正弦波形的载荷，在一定范围内引起样品的形变。
同时，使用感应式位移传感器或扭转轴测量应变，以及使用负荷传感器测量应力。
5. 数据采集和分析：通过数据采集系统记录实时应力和应变。
在测试期间，对于每个应变振荡周期，记录多个数据点以获取准确的应力-应变关系曲线。
然后，使用适当的软件对数据进行处理和分析，例如校正数据、计算应力松弛和应变增量等。
6. 数据解释和结果分析：根据采集的数据和进行的分析，解释材料的粘弹性特性。
这可能包括应力-应变曲线的斜率表示材料的弹性模量，储存模量和损耗模量表示材料的能量储存和耗散能力等。
对于不同频率和温度下的实验结果进行对比和分析。
7. 结果报告和解释：根据分析结果编写实验报告。
包括实验条件、样品属性、测试结果等。
同时，解释所得的结果并进行讨论，与已有数据进行比较，批判性地评估实验的准确性和可靠性。
8. 重复实验和验证：为了提高实验结果的准确性和可重复性，进行多次实验并验证结果。
如果需要，修改实验条件和样品处理方法，确保实验结果的可靠性和稳定性。
总的来说，线性粘弹性测量操作是一个复杂的过程，包括选择适当设备和样品、准备样品、设定实验条件、进行动态力学分析、数据采集和分析、结果解释和报告等步骤。
沥青胶浆的线性粘弹性分析摘要：动态剪切流变实验是用于表征沥青混凝土和沥青胶浆的线性粘弹性特性（沥青混凝土的填 ）。
这项研究着力于利用微观力学以及基于流变学的模型来评估石灰石与消石灰料粒径小于75m这两种填料对沥青胶浆表现性能的影响。
在多种微观力学模型中，选用最合适的一种来表征沥青胶浆（复合材料）的粘弹性特征。
由于微观力学模型是为弹性材料建立的，那么为了运用这些模型就有必要采用弹性——粘弹性对应原则。
为了解释胶浆中填料的影响，本文也采用了一些最合适的基于流变学原理的模型。
最后选择了Nielsen模型，因为这个模型引入了两个流变学参数来解释填料效应：广义爱因斯坦系数和最大填料填充率系数。
在底颗粒体积浓度的的范围内，微观力学模型的预测数据与实验实测数据显示了很好的一致性。
流变模型能成功的预测石灰石填料的刚化效应，当其体积填充率达到25%时。
然而消石灰的刚化效应需要对其表面所存在的大量相互作用有更具体的理解，这是高粘合剂的特性。
CE数据库标题：粘弹性特性；沥青混凝土；微观力学；流变；线性分析。
引言沥青混合料中填料的重要性已经被Anderson和Goetz(1973)，Harris和Stuart(1995)，Kavussi和Hicks（1997），Cooley et al.（1998）等人研究过。
胶浆的质量，沥青粘合剂与填料的结合度，影影响着沥青混合料的整体力学性能以及稳定性。
由于填料的细度及表面特性，其效果基本上市基于体积填充效果以及填料与沥青之间的相互作用。
后者与材料的物理化学作用有关，这种作用能解释沥青填料系统界面具体的相互作用。
Craus et al.(1978)通过对作为填料几何，大小，表面活性的函数的物理化学机制进行的敏感性分析，对不同的胶浆系统的物理化学特性进行了复杂的调查研究。
他们提出物理化学方面的特性与填料沥青界面的吸附强度有关。
他们发现表面活性越高沥青填料界面的粘着力越强，固定沥青的量也会相对增加。
Lesueur和Little（1999）表示作为填料，消石灰与AAD-1沥青结合时的表现性状和与AAM-1沥青结合时非常不同。
他们推测消石灰会与AAD-1沥青的丰富丰富极性成分反应，却与分散程度较高的AAM-1沥青表现出相对惰性。
消石灰与不同沥青间表现出的这种不同的相互作用最终被Hopman et al.(1999)和Buttlar et al.(1999)写入文献中。
然而填料在路面混合料中的作用相当复杂任然不能完全解释清楚。
为了解释沥青胶浆中填料的力学影响，有必要对它们的粘弹性材料特性比如蠕变柔或者弹性模量进行评估，因为沥青胶浆在很广的温度范围内都是属于粘弹性材料。
虽然已经做了相当多的实验用于解释胶浆系统的刚化效应，但还几乎没有一种是运用基于严格的力学的方法。
基于微观力学的方法是一种预测填料刚化效应的有效用的方法之一。
传统来说，微观力学被用于预测有效的符合材料性质，这些性质是以复合材料中各组份的性质；各组分的相对比例以及几何信息如相角、形状、方向等这些为基础的。
微观力学模型已经在符合材料的混合设计中被证实是非常有用的，在这些设计过程中能够鉴定微量特征以及表现宏观特性。
在颗粒复合材料力学领域，已经为弹性材料建立了一些不同的用于分析的微观力学模型。
采用弹性——粘弹性对应原则，这些弹性模型可应用于粘弹性问题。
Hashin(1965,1970)和Christensen(1969)进行的一系列研究探讨了将弹性问题的解决方法应用于粘弹性问题的可能性。
最近，为了探讨沥青胶浆的强化机制Buttlar et al.(1999)引入了中微观力学模型。
另外一种用于量化胶浆刚化效应的方法是基于流变学的途径，考虑由于颗粒的聚集、颗粒分散度以及颗粒大小等引起的流变行为的变化。
大多数的流变模型源于爱因斯坦方程（Einstein1906)而且基本上都遵循相似的途径引入到微观力学的模型中。
Shashidhara和Romero(1998)、Shashidharet al.(1999)从许多的基于流变的模型中选择了广义Nielsen 模型来探讨沥青混合料中填料的刚化效应。
他们用两个流变参数：广义爱因斯坦以及最大填料填充率，研究了不同因素的影响包括：粒径、级配，颗粒的形状，分散度以及在胶浆刚化潜力基础上的混合状况。
这两个参数在确定沥青混合料尤其对于石基质沥青的性能上是很有效果的。
在这项研究中，沥青粘合剂中的填料的刚化效应通过微观力学或者流变模型表征。
将选用的弹性模型通过运用线性粘弹性理论转化为粘弹性的解法。
动态剪切流变仪用于测试两种SHRP-级的粘合剂AAD-1和AAM-1（由于他们成分具有多样性而被选取）的线性粘弹性材料性能，它们将与石灰石填料或者消石灰填料在不同的体积分数下混合。
石灰石被选为填料是由于它被广泛的使用，而选用消石灰是因为其代表一种特殊的可控制的填料类型，这两者可进行比较。
由于消石灰通常被用于改进沥青的保湿性，它已被认为是一种有效的能引起相互作用填料（Lesueur 和Little 1999)，且能够减少由于裂纹的发展而产生的疲劳破坏。
如果替代一些其他的填料，消石灰被认为是可能最终能改进混合料整体性能的一种填料。
DSR （动态剪切流变实验）数据将与选用的预测模型得到的预测数据进行对比。
力学的体积填充效果及在沥青系统中的其他相互作用机制会在线性粘弹性理论的基础上进行讨论，理论模型的应用性及其限制条件也将进行进一步讨论。
作为使用用于检测材料特性的DSR 剪切试验的基础，作者们细致的探讨了Marasteanu 和Anderson(2000)的研究，在他们的研究中，他们呢给出了在线性粘弹性区域内适用于测试的数值区间。
另外，本文作者使用DSR 评估了沥青粘合剂咋非线性弹性数值区间内的性能，他们发现应力依赖性对粘合剂复合材料、添加料类型、温度、加热速率以及这些因素之间的相互作用高度敏感。
目标本论文的目的为：1. 运用可在文献中查找的弹性微观力学模型来预测胶浆（符合材料）源自于各成分而表现出的特性。
2. 适当的采用弹性-粘弹性对照原则将弹性微观力学的解决方式运用于粘弹性的沥青胶浆。
3. 解释微光力学/流变模型中产生的沥青胶浆的性能偏差。
这些偏差可能与“附加力”物理化学的相互作用有光。
消石灰与沥青间的这些相互作用已经被证实（Lesueur 和Little 1999)4. 推荐一种促进我们对填料-沥青在胶浆中的相互作用的理解。
理论背景线性粘弹特性如果一种材料对应的反应系数R 与输入I 成正比，那么它被称作是线性粘弹性材料，同时线性叠加原理成立。
这些线性要求可以用以下两个等式从数学上予以陈述：{}{}:I R I R αα= 同质化 （1）{}{}{}{}:2121n n I R I R I R I I I R ++=+++ 叠加 （2）其中α=任意常数；符号{}表示对应值R 是输入值I 的一个函数，无论何时，当以时间为变量的对应值R 满足这两个关系式时，这一特性就定义为线性粘弹性特性。
对于非老化线性粘弹性材料，包括非老化沥青，应力应变的本构关系通过卷积积分表示。
在于剪切卷积关系这种情况中用以下等式解释：⎰∂∂-=t d t G t 0)()(ξξλξτ （3）⎰∂∂-=t d t J t 0)()(ξξτξγ （4） 其中 τ=时间依赖性的切应力；γ=时间依赖性的切应变；G （t ）=剪切松弛模量；J （t ）剪切蠕变柔；ξ为积分变量。
粘弹性理论允许粘弹性问题通过拉普拉斯变换转换，从而它们在数学上等同于弹性问题。
对于剪切问题，转换等式是γτG ~= （5）τγJ ~= （6） 其中f f =的拉普拉斯变换；f f s f ==~的卡松变换；s=拉普拉斯变量注意到应力或者应变在时间域内的函数值可以用经拉普拉斯变换的应力或者应变结果以及经卡松变换的弹性模量或者蠕变柔结果通过拉普拉斯逆变换分别计算出来。
由于拉普拉斯逆变换的封闭形式有时候无法实际获得，可以运用一种替代方法Schapery 直接发（Schapery1962）ts s f t f /56.0)(~)(→= （7） 等式（7）在拉普拉斯域的任何一种关系可以紧紧依靠替换时间变量，将0.56/t 替换拉普拉斯变量s ，就可以完成逆代换。
粘弹性材料的特性，包括弹性模量或者蠕变柔作为时间的函数，决定于实验数据。
在材料性能与时间之间的数据点图需要一个曲线拟合函数，来对正如等式（3）和等式（4）这样的本构方程中的线性粘弹性函数结果进行计算。
在众多候选的模型中，Prony 级数与实验数据的拟合最为精确而且相比其他模型更具备数学效果。
弹性模量和蠕变柔的Prony 级数表示如下：∑=-∞+=ni t i i e G G t G 1)/()(ρ （8）∑=--+=mk t k k e J J t J 1)/(0)1()(λ （9）式中=∞G 长期平衡模量；0J =初步符合； i G 和=回归常数；i ρ=弛豫时间；k λ=延迟时间；n 和m=模型中的缓冲基数。
在动态加载条件下，粘弹性材料通常产生频域动态特性比如存储模量，损耗模量，以及由于时间依赖性而在应力与应变中的相角。
存储模量和损耗性质的结合形式简化为一个复合模量（柔性）及一个动态模量（柔性）[][]22*)()()(ωωωG G G ''+'= （10）)()()(*ωωωG i G G ''+'= （11） [][]22*)()()(ωωωJ J J ''+'= （12） )()()(*ωωωJ i J J ''-'= （13）⎥⎦⎤⎢⎣⎡'''=⎥⎦⎤⎢⎣⎡'''=--)()(t a n )()(t a n 11ωωωωδJ J G G （14） 式中)(*ωG 和)(*ωJ =动态剪切模量和柔度；)(*ωG 和)(*ωJ =复杂剪切模量和柔度；)(ωG '和)(ωJ '=存储剪切模量和柔度；)(ωG ''和)(ωJ ''=损失剪切模量和柔度；δ=相角；ω=角频率。
一种可选择的方法来计算动态属性是源于Prony 级数阐述的静态属性的表达形式。
（15）（16）（17）（18）Prony 级数表达式中的参数决定于静态测试，存储及损失属性可能通过（15）—（18）式计算，从而对应的动态模量及柔度可以由（10）和（12）式计算出。
颗粒符合材料的微观力学模型微观力学是一门被用于从已知属性及复合材料各组分的几何相角确定复合材料有效特性的理论。
在复合材料中，从宏观的角度，各组份的对应值可以根据宏观参数，形状，及非均匀特性的体积分数，还有它们的本构属性进行计算。
