不同纤维增韧环氧沥青混合料性能

为探究不同种类纤维(玄武岩纤维、玻璃纤维和聚酯纤维)对环氧沥青混合料抗开裂和耐疲劳性能的提升效果,在混合料配比设计的基础上,采用车辙试验、低温小梁试验、浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验等对其进行路用性能测试。通过冲击试验,探究纤维对环氧沥青混合料的三种增韧效果:在环氧沥青混合料中添加纤维可以不同程度提高其路用性能;低温性能再加入纤维后,提升效果较为明显;添加玄武岩纤维路用性能优于玻璃纤维和聚酯纤维。

钢渣热阻沥青路面的抗车辙性能研究

为了研究钢渣替代天然集料对沥青混合料高温抗车辙性能的影响,首先,用钢渣等体积替代玄武岩粗集料制备了不同钢渣掺量沥青混合料,对其热物性参数进行了测试,并通过室内等效热辐射试验对钢渣沥青混合料降温效果进行评价;其次,采用数值模拟方法分析了不同钢渣掺量沥青路面面层对温度场分布的影响,并利用单轴静载蠕变试验获取沥青混合料蠕变参数,建立基于上述温度场的车辙分析模型,对钢渣沥青路面的抗车辙性能进行评价。结果表明,钢渣的掺入使沥青混合料的导热系数降低,比热容增大,变化幅度最大可以达到40%以上;随着钢渣掺量增大,路表温度小幅度上升,而中下面层温度逐渐降低,其中4 cm深度处降温效果最为明显;当钢渣掺量为100%时,温度相较于纯玄武岩沥青路面降低了3.4℃,而75%掺量沥青混合料钢渣的车辙变形量最小,相较于玄武岩沥青混合料下降幅度达到43%,可有效提高路面抗车辙性能。

基于残余砂浆附着特征的再生混凝土硫酸盐传输模型

已有再生混凝土计算模型未充分考虑残余砂浆附着特征,导致模型中缺少新砂浆-原生骨料界面过渡区,道路工程混凝土硫酸盐传输模型与实际情况不符。本工作根据瓦拉文公式将三维骨料体积转换为二维平面圆形,并根据图像分析法测得的残余砂浆附着特征将不同粒径的骨料分割成残余砂浆和裸露骨料两部分,随后利用蒙特卡罗方程将分割后的再生骨料于混凝土体系中随机投放,构建了再生混凝土的六相数字化模型。通过再生骨料截面面积确定、再生骨料数据库建立等过程,提出六相混凝土数字化模型中再生骨料残余砂浆附着特征的表达方法。基于Fick第二定律,结合孔隙率对再生混凝土中各相扩散系数的影响分析,提出再生混凝土中各相扩散系数方程。通过有限元软件实现了六相再生混凝土的二维可视化,建立了六相再生混凝土硫酸根离子传输模型。通过将试验测试值与模型计算值进行对比,得出试验结果与计算结果总体吻合度良好,理论计算结果与实验所测离子传输深度的变化规律是一致的,建立的基于残余砂浆附着特征的再生混凝土硫酸盐传输模型具有一定的合理性。

不同钢渣掺量AC-16沥青混合料性能研究

研究将钢渣应用于道路建设中的可行性和钢渣沥青混合料性能特点,揭示混合料性能随钢渣掺量不同的变化规律。将钢渣0%、25%、50%、75%掺量代替石灰岩集料制备钢渣沥青混合料,采用高温单轴贯入试验、低温劈裂强度试验、冻融劈裂强度试验、间接拉伸疲劳试验,分别针对不同钢渣掺量下沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性与疲劳性能展开相应研究。试验结果表明,钢渣各项性能指标均满足规范要求,可以作为集料制备沥青混合料,掺加钢渣后沥青混合料各项性能均有不同程度提高。随着钢渣掺量的提高沥青混合料各项性能变化规律不同,建议钢渣掺量控制在50%左右,以达到沥青混合料综合性能最优。

基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究

内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。研究-10℃时不同RAP掺量(0、25%、50%、75%、100%,质量分数)对再生沥青混合料SCB试件应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)的影响。研究结果表明:无RAP掺入的SCB试件具有较好的断裂性能;随着RAP掺量增大,应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)均减小,表明RAP的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能;采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致;相比于集料同分布模型,集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大,表明集料分布状态对开裂结果有一定影响;当计算样本足够多时,这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致,可有效评价再生沥青混合料断裂性能。

冻融循环下纤维增韧型环氧沥青混合料损伤演化

为了研究季冻区玄武岩纤维增韧型环氧沥青混合料的性能劣化规律,首先,通过沥青黏温曲线分析和直接拉伸性能测试,初步确定纤维长度和掺量,并对比纤维改性前后的环氧沥青混合料(EAC)的路用性能,进一步确定最佳纤维长度和掺量,形成玄武岩纤维增韧型环氧沥青混合料(FEAC)的设计流程。随后,进行低温弯曲试验,测试不同冻融损伤程度沥青混合料的弯拉强度、弯拉应变、弯曲劲度模量和弯曲应变能密度。研究结果表明:6%(质量分数)玄武岩纤维掺量的FEAC具有较好的高温性能和低温抗裂性,并保持了与EAC相当的水稳定性。随着冻融循环次数的增加,EAC和FEAC的弯拉强度、弯曲劲度模量和弯曲应变能密度逐渐降低,而弯拉应变的变化趋势则与之相反。相较于EAC,FEAC表现出更高的弯拉强度、弯拉应变和较低的弯曲劲度模量。FEAC和EAC的弯曲应变能密度冻融损伤变化均呈现明显的3段式性能下降。S形逻辑函数能够有效地描述冻融循环的损伤变化规律,其中模型参数a、k和x c显示出玄武岩纤维对延缓环氧沥青混合料冻融损伤增长具有积极作用。

废机油残留物再生剂对老化沥青动态力学性能和组分迁移的影响

目前,再生沥青的研究主要集中在老化沥青性能的恢复上,而对老化后再生沥青性能变化的研究较少。本研究以自制的两种废机油残留物再生剂(REOB1、REOB2)对老化基质沥青进行再生,并对再生沥青进行短期老化(TFOT)和长期老化(PAV)。采用动态剪切流变仪(DSR)和薄层棒状色谱仪(TLC-FID)分析再生沥青及其老化后的动态力学性能和化学组分变化情况。结果表明,两种REOB再生剂均能使老化基质沥青的性能恢复至原样沥青水平,并且REOB2再生剂与老化基质沥青的相容性优于REOB1再生剂;采用CAM模型对沥青复数模量、相位角主曲线进行拟合,并以原样沥青主曲线为参考,对老化与再生沥青拟合数据进行归一化处理,发现两种REOB再生剂均可以恢复老化基质沥青的复数模量和相位角。在二次老化过程中,RA+REOB再生沥青的归一化复模量指标(NCMI)在低频和中频范围内逐渐增大,即使经过长期老化,其复模量仍低于长期老化的基质沥青;而归一化相角指标(NPAI)在中频范围内的下降幅度明显大于低频范围和高频范围内的下降幅度,RA+REOB1再生沥青经过PAV老化后的NPAI低于长期老化后的基质沥青;随着老化程度的加深,RA+REOB再生沥青的化学组分从芳烃组分向胶质迁移,REOB1再生沥青经PAV老化后轻组分损失最大。

钢渣沥青混合料在道路工程中的应用

为了总结钢渣在道路工程领域的研究现状,推动钢渣沥青混合料的应用,把握其发展现状并梳理发展需求,综述了国内外钢渣沥青混合料的应用与研究进展。通过对钢渣沥青混合料的制备与施工工艺进行总结分析,围绕钢渣掺量变化,分析其对沥青混合料路用性能的影响,归纳出目前钢渣沥青混合料的优势与不足。最后,分别对钢渣沥青混合料的经济效益、体积膨胀性和环境影响进行综合评估,旨在为钢渣沥青混合料的深入研究与应用提供启示和借鉴。结果表明:钢渣沥青路面具有路用性能优越、服役寿命长、绿色环保等优势,在多个工程实践中得到了验证;在制备钢渣沥青混合料时,级配、原材料种类以及制备工艺的差异均会对混合料性能产生关键影响;在施工过程中,由于钢渣的特殊性,需严格控制运输、摊铺以及碾压阶段的温度与均匀性;钢渣掺量对沥青混合料的路用性能有显著影响,适当掺入钢渣可提升沥青混合料的水稳定性、高温稳定性、抗疲劳性以及抗滑性,但会降低体积稳定性,综合考虑各项指标后建议钢渣适宜掺量范围为40%~50%;在钢渣沥青混合料的推广应用中,应综合评估不同地区的经济效益,并选择合适的钢渣处理工艺,以进一步改善钢渣的应用性能、提高处理效率并降低成本,为工程建设带来更好的灵活性和可持续性。

导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合研究

针对沥青路面因车辆荷载、温度荷载等带来的裂缝扩展问题,采用碳纳米管-碳纤维制备导电沥青混合料,进行电-热愈合试验,分析沥青混合料裂缝愈合前后的电阻率值、断裂能、极限承载力和微观结构,研究导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合水平。结果表明,碳纳米管掺量在0.5%,1.0%时可以显著提高沥青混合料的自愈合能力;导电沥青混合料的自愈合水平与愈合前、后电阻率比值存在Sine函数关系;在50℃、20 min环境下小梁试件的极限承载力和断裂应变能得到最大限度的恢复。

玄武岩纤维对聚氨酯改性沥青混合料水稳定性提升研究

为解决聚氨酯改性沥青混合料水稳定性不良的缺陷,通过浸水马歇尔试验、冻融循环条件下的劈裂试验、低温弯曲试验,研究不同玄武岩纤维掺量下聚氨酯改性沥青混合料的抗水损害能力。结果表明:在冻融循环作用下,玄武岩纤维降低了沥青混合料水损作用造成的空隙率变化,增强了沥青间的粘附性,当纤维掺量为0.3%时,其提升作用最强,残留稳定度和劈裂强度比分别提升了10.9%、32.3%,有效降低了冻融循环引起的弯拉强度与弯拉应变的下降速率,增强沥青混合料之间的粘结力,聚氨酯沥青混合料的水稳定性能得到提高。

基于融雪效果的导电沥青路面电极优化设计

导电沥青混凝土结构设计过程中,电极的设计与优化是关键工作,决定着导电沥青路面的导电效率,影响路面融冰雪的效果。在前期试验研究的基础上,选择两种最具代表性的电极形式进行影响因素分析及优化方案设计,分别改变电极的间距、长度、材质进行实验,对比导电沥青试件的融雪效果。优化结果显示,选择铜作为电极材料,并综合考虑成本及后期对路面使用性能的影响,推荐最佳电极形式为单束铜电极,且间距为4 cm时沥青路面性价比及升温效果最佳。

基于加速加载试验的青川岩改沥青混合料疲劳性能研究

为评价青川岩改沥青混合料疲劳性能,该文设计了基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验系统的动轮载三点弯曲加载疲劳试验装置,对双层沥青混合料复合车辙试件进行轮胎碾压下的三点弯曲重复加载疲劳试验,结合沥青混合料小梁试件MTS弯曲疲劳试验,评价青川岩改沥青及复合改性沥青等对沥青混合料疲劳性能的改善效果。结果表明:青川岩改沥青提高了沥青混合料承受重复弯拉荷载的能力,改善了沥青混合料的抗疲劳性能,其抗疲劳性能优于青川岩沥青与SBS复合改性沥青、SBS改性沥青和基质沥青;基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验的动轮载三点弯曲重复加载疲劳试验,能更真实地模拟现场路面轮载作用,减少了小梁试件尺寸效应对疲劳寿命的影响,再现了轮载作用下路面结构的受力状况。

铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料性能与机理分析

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善改性浆液力学性能,掺入碱激发剂能提高改性浆液整体的反应程度,减小改性浆液析水率;综合考虑各项性能指标,选取改性浆液最佳配比,即水固比为1.0,铜尾矿掺量为30%(质量分数,下同),碱激发剂用量为4%,碱激发剂模数为1.6;相较于纯水泥浆液,改性浆液最佳配比黏度减小11.1%,流动度增大22.3%,析水率减小29.7%,28 d结石体抗压强度仅减小9.5%,耐久性能良好;改性浆液发生地聚合物反应形成了具有三维空间网状结构的C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等胶凝物质。本研究成果可为岩土工程提供高性能低成本的注浆材料,同时还将为尾矿等固废材料资源化利用提供参考。

不同老化方式下新旧沥青的扩散融合

分别制备了热氧老化沥青和热氧-紫外老化沥青,构建了新、旧沥青双层扩散模型,并且通过相对浓度与扩散系数的模拟计算、拉拔试验与荧光显微镜试验研究了新、旧沥青扩散融合程度与温度、沥青四组分的关系.结果表明:热氧-紫外老化沥青更不易与基质沥青扩散融合,与基质沥青的黏附性较差;在10~40℃内,新、旧沥青能够快速扩散融合,超过40℃后,升高温度对扩散融合的促进作用逐渐减小,且对热氧-紫外老化沥青与基质沥青的扩散融合促进作用的减小速率更大;沥青四组分扩散系数的大小顺序依次为:饱和分>芳香分≥胶质>沥青质,经紫外老化后,四组分的扩散系数均有所下降,沥青质的降幅最大.

沥青温拌技术分类及温拌效果的试验评价方法

沥青温拌技术日益广泛应用于路面工程,为了定量评价温拌沥青混合料在拌和生产过程中的温拌效果,提供试验评价方法,本研究自主开发了一种沥青混合料变速拌和试验装置,采用70^(#)基质和SBS改性两种沥青、自主研发的一种表面活性剂型沥青温拌剂(取名为Alube)和一种有机降黏型沥青温拌剂(取名为ACMP),以市场成熟产品Evotherm为参照,分别制备了温拌沥青及其AC-13C型混合料,测试了不同沥青和温拌沥青的三大指标、布氏黏度和动态剪切流变指标,分析了沥青的黏温曲线特性,通过混合料的变温击实试验和变速拌和试验,研究了沥青混合料的压实特性和拌和流动特性,提出了沥青混合料的拌和流动模型。研究结果表明,有机降黏型温拌剂减小了沥青的黏度,增大了沥青的流动性,改变了沥青的技术性能,如针入度、延度、相位角等增大,软化点、布氏黏度等减小,而表面活性剂型温拌剂不改变沥青的基本技术性能;黏温曲线法仅可表征有机降黏型温拌沥青的温度变化,等黏温度降低约9℃,变温击实法和变速拌和法则可以同时表征两大类温拌剂的温拌效果;沥青混合料的拌和流动性服从宾汉黏塑性模型,从流变理论上解答了混合料的拌和流动性及和易性,推荐采用变速拌和试验来评价温拌沥青混合料的温拌效果;综合考察现有沥青温拌技术可知,在常用温拌剂掺量下,温拌沥青的生产拌和温度可比热拌沥青混合料低20~30℃,符合常规认识。

道路沥青疲劳与断裂特性研究进展及发展趋势

疲劳开裂是沥青路面的主要病害之一,其产生与发展直接制约着道路基础设施生命周期的服役水平与行车舒适安全。近年来,沥青疲劳特性及其对路面抗疲劳性能的贡献日益得到关注,聚焦和解析沥青尺度的疲劳与断裂特性对我国未来沥青路面实现长寿命耐久服役具有重要意义。目前评价沥青疲劳与断裂性能的室内测评手段及数据建模分析方法较多,但尚未形成统一的测评技术体系。随着近年来的不断探索,在试验测评方法方面,逐渐形成了以线性振幅扫描试验为代表的沥青疲劳性能加速测评手段,且其与传统时间扫描疲劳试验均体现出较好的一致性;而在数据分析与建模方法方面,线黏弹特性、耗散能、虚应变能分析以及断裂力学相关方法被逐步应用,驱动沥青疲劳和断裂特性的评价与研究体系逐步从经验走向精准。本文主要从疲劳与断裂测评手段、损伤及失效行为特征判别、疲劳寿命预测方法三方面系统地梳理和归纳沥青疲劳与断裂特性研究方向的最新进展,同时分析了目前沥青尺度疲劳与断裂特性研究尚且存在的问题,展望了未来研究发展趋势,为我国抗疲劳长寿命沥青路面理论与技术的不断发展提供了参考。

植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性

本研究将棉秸秆、玉米秸秆、废竹、蔗渣制备出植物纤维。采用相关分析和试验评价各植物纤维沥青胶浆的物化特性。结果表明:在微米级结构层面上,棉秸秆纤维、玉米秸秆纤维和蔗渣纤维呈现出空腔管状结构,竹纤维、木质素纤维为实心结构;各纤维的化学成分存在差异,且影响其热解速率。掺入纤维后,沥青胶浆高温稳定性改善明显,在初始试验温度下各纤维沥青胶浆车辙因子提升了23.8%~75.7%,弹性恢复率提高了9.4%~18.5%。掺加纤维后,沥青胶浆低温抗裂性能略有下降,但植物纤维类型对其影响并不显著。

SMC再生SBS沥青的流变性能和微观特性研究

【目的】探究新型温拌再生剂甲基苯乙烯共聚物(styreneic methyl copolymer,SMC)对老化苯乙烯系热塑性弹性体(styrene butadiene styrene,SBS)改性沥青的再生效果和再生机理。【方法】首先,在室内制备不同老化程度的沥青。然后,采用SMC再生剂对不同老化程度的SBS改性沥青进行再生。接着,对再生后的SBS改性沥青进行动态剪切流变和低温弯曲蠕变试验,以评价其流变性能。最后,开展红外光谱试验以揭示其作用机理,进行电镜扫描试验以验证SMC再生剂的再生效果。【结果】SMC再生剂会降低老化SBS改性沥青的车辙因子,降低老化SBS改性沥青的恢复率,同时会使老化SBS改性沥青的低温性能得到极大提升。SMC再生剂未与SBS改性沥青发生化学反应,两者仅为物理共混。同时,SMC再生剂能够弥补沥青因老化产生的裂缝。【结论】SMC再生剂对老化SBS改性沥青具有较好的修复效果,能够为沥青的再生提供一种新的途径。

复合多聚磷酸改性沥青混合料动态力学性能

为研究多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)+SBS复合改性沥青混合料的动态力学性能,采用单轴压缩动态模量试验,分析温度和频率对动态模量和相位角的影响,并基于改进Havriliak-Negam(i HN)模型构建动态模量和相位角主曲线,同时与SBS改性沥青混合料相对比。结果表明:2种沥青混合料动态模量和相位角随温度和频率的变化呈现相同的趋势,HN模型可准确拟合2种沥青混合料的动态模量和相位角主曲线。相较于SBS改性沥青混合料,PPA+SBS复合改性沥青混合料的相位角在-10、20、50℃时均降低,而动态模量在-10℃时降低,20℃时变化较小,50℃时增加;较宽频域范围内,PPA+SBS复合改性沥青混合料在高温低频下动态模量变大,相位角变小,在低温高频下动态模量变小,相位角变化不大;PPA+SBS复合改性沥青混合料具有更优的动态力学性能。

改性彩色沥青路面色彩耐久性与抗滑性能研究

为提高彩色沥青路面色彩耐久性并研究其抗滑性能,采用有机硅-聚丙酸酯(silane-modified polyacrylate,SMP)对彩色沥青玛蹄脂碎石混合料(color stone mastic asphalt,CSMA)和彩色开级配抗滑表层(color open graded friction course,COGFC)2种混合料改性,借助小型加速加载设备进行对彩色沥青路面进行色彩耐久性评价,并通过三维扫描仪进行路面纹理信息采集,分析路面三维参数与其抗滑性能之间的关系。结果表明,SMP改性剂可有效提高CSMA、COGFC两种混合料的抗磨耗能力,提升彩色沥青色彩耐久性;CSMA及COGFC路面抗滑性能受到不同三维参数的影响,路面的摩擦系数模型由各自相关因子控制,增加路面暴露的集料数量和使用尖角集料能使彩色沥青路面的抗滑性能得到提升。