玉米秸秆纤维素的提取及其对沥青性能影响的研究

纤维素作为秸秆的重要组成部分,是决定其力学强度的关键。若将其应用于沥青路面中,有望改善路面的性能并解决秸秆在路面中易产生降解、老化等问题。研究首先利用星点设计-效应面法,探究了秸秆中纤维素的提取工艺对沥青性能的影响,并确定了纤维素的最佳提取工艺;然后,通过流变性能试验、离析试验以及红外光谱试验分析,研究了纤维素对沥青高温稳定性、低温抗裂性及储存稳定性的影响。结果表明,在NaOH浓度为2.5%,HNO_(3)浓度为4.3%的条件下所提取的纤维素对沥青物理性能的改善效果最佳,同时,玉米秸秆纤维素的掺入提高了沥青的高温稳定性、低温抗裂性以及在高速车辆荷载剪切作用下的抗变形能力。当玉米秸秆纤维素的掺量为7%时,沥青的综合性能最佳,未产生严重的离析现象。与基质沥青相比,纤维素掺量在7%时的高温连续分级温度(T_(LH))提升了13℃,低温性能提升了49.3%。此外,纤维素仅以物理增强作用互相粘结改善沥青的性能,并未发生化学反应。

基于响应面法的半柔性路面材料低温性能研究

为提高半柔性路面材料(SFPM)低温抗裂性能,采用橡胶粉与硅烷偶联剂对水泥砂浆进行改性,制备复合半柔性路面材料(R&S-SFPM)。基于响应面分析法以劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲蠕变速率以及平均线收缩系数作为评价指标分析胶粉目数、掺量及硅烷偶联剂用量对SFPM低温性能的影响,并确定了可获得最优低温性能表现的R&S-SFPM掺配比例。结果表明:橡胶粉可提高SFPM的应力松弛能力,使其具有更好的柔韧性;硅烷偶联剂可提高SFPM力学强度。此外,橡胶粉及硅烷偶联剂掺量、胶粉目数均对SFPM低温性能改善效果有较大影响。当胶粉目数为60目、掺量为14%,硅烷偶联剂用量为0.72%时,R&S-SFPM综合低温效果最佳;与普通半柔性路面材料(O-SFPM)相比,R&S-SFPM的劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变以及弯曲蠕变速率分别提高23.7%、7.6%、29.9%和15.2%。

含粗粒滑带土剪切带演化及空间展布规律研究

对含不同强度粗颗粒的滑带土进行了可视化中型直剪试验,通过竖直置入铝丝观察剪切后铝丝变形情况获取剪切破坏带的空间信息,并建立了剪切带空间曲面方程。通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对可视面处二维剪切带信息进行提取,并与剪切试验得到的空间曲面方程的边界外推值进行对比,证明了空间曲面方程与PIV技术能够描述剪切带特征。然后通过PIV技术对不同剪切总位移与某一剪切位移下短时间内相对位移规律进行了分析。最后分析了预制损伤与粗颗粒强度对剪切带特征的影响。研究结果表明,剪切带形状为两端薄中间厚的带状,可采用高斯曲面方程对剪切带轮廓进行拟合。剪切带在发展过程中经历压密、自由损伤、损伤沿固定路径发展与剪切带贯通4个阶段,损伤使得剪切带发展各阶段前移,粗颗粒强度会对局部剪切带变形产生较大影响而对整体剪切带的变形影响较小。该研究成果对于揭示滑坡剪切带形成与演变规律从而设计合理的边坡防治方案具有重要意义。

硅烷偶联剂对半柔性路面材料性能增强机理研究

为研究掺加硅烷偶联剂对半柔性路面材料的性能影响规律及作用机理,采用马歇尔稳定度、车辙、低温弯曲、冻融劈裂等试验,测试了添加不同掺量硅烷偶联剂的半柔性路面材料的力学性能与路用性能,并确定硅烷偶联剂的最佳掺量,采用高拍仪等仪器观察硅烷偶联剂基于界面改性原理的微观改性机理。结果表明:随着硅烷偶联剂掺量的增加,半柔性路面的高温性能、低温性能和水稳定性能均发生了不同程度的提高,同时其掺量对性能的影响存在峰值,马歇尔稳定度、动稳定度、弯拉应变与冻融劈裂强度比均在掺量为0.5%左右处达到峰值,超过峰值后性能随掺量增加而下降,最终确定硅烷偶联剂的最佳掺量为0.5%。通过测定连通空隙率和灌注率的变化定量反映界面紧密度,通过对比观察普通半柔性路面材料与硅烷偶联剂最佳掺量下的半柔性路面材料的水泥-沥青界面可明显发现,硅烷偶联剂能够在水泥基灌浆材料与沥青混合料之间发生一系列化学反应,从而通过改变水泥-沥青界面的形态,有效改善水泥-沥青界面稳定度并减少水泥-沥青界面裂缝,结合性能试验,硅烷偶联剂可通过界面优化改善半柔性路面的力学及路用性能。

冻融循环条件下沥青混合料的损伤规律

为研究冻融循环作用对沥青混合料水稳定性的影响,基于表面自由能理论,分析了不同冻融循环次数下沥青-集料界面间黏附功与剥落功的变化情况,并对沥青混合料的水稳定性进行了评价;在此基础上,利用劈裂试验及Logistic模型进一步探究了沥青混合料的饱水程度与冻融作用对其水稳定性的影响.研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,沥青的表面能及黏聚功降低,沥青-集料间的黏附功降低,剥落功升高,沥青混合料的水稳定性减弱;沥青混合料的空隙率随冻融循环次数的增加而增大,其劈裂强度降低;冻融过程中沥青混合料的饱和度越大,其损伤程度与损伤速率越大,当沥青混合料的饱和度大于50.00%时,冻融作用对沥青混合料性能的影响愈发明显,因此推荐沥青混合料的冻融劈裂试验在饱和度高于50.00%的条件下进行.

季冻区粉砂土冻胀试验及路基冻胀模型

粉砂土的毛细作用较发达,在季冻区冻胀现象较为显著。为进一步了解粉砂土的冻胀规律,对粉砂土试件在不同含水率和压实度条件下进行室内冻胀试验,得出了不同条件下粉砂土的冻胀率,在试验结果的基础上运用数学冻胀模型计算出粉砂土路基的冻胀量。结果表明:路基冻胀量随着含水率、压实度的变化而变化,含水率和压实度是影响路基冻胀的两个主要因素。

二灰稳定煤矸石基层材料温缩性能的试验

目的为了探讨二灰稳定煤矸石材料对于环境温度变化的敏感性以及应用于寒冷地区路面基层的可行性.方法采用电测法研究二灰稳定煤矸石温缩性能.结果二灰稳定自燃煤矸石的温缩性能明显优于二灰稳定未燃煤矸石;二灰稳定煤矸石的平均温缩系数随着二灰质量比的减小呈抛物线规律变化,在二灰质量比为1∶3左右时最大.结论二灰稳定煤矸石基层材料的温缩性能与煤矸石集料的种类以及二灰质量比有关;与其他半刚性基层材料相比,二灰稳定煤矸石基层材料具有较好的温缩性能,适合于用作寒冷地区道路的路面基层.

无机结合料稳定煤矸石基层材料设计参数的研究

为了给无机结合料稳定煤矸石基层路面结构提供设计参数,试验研究了无机结合料稳定煤矸石基层材料的抗压回弹模量和劈裂强度,并利用Shapiro-Wilk检验法对其试验结果进行了正态分布假设检验。结果表明,煤矸石基层材料的抗压回弹模量和劈裂强度在显著性水平0.05下均服从正态分布。基于此,针对现行规范确定半刚性基层材料设计参数推荐值的不足,运用数理统计中区间估计的方法得出了设计参数95%置信概率的置信区间,并综合考虑施工变异性等影响因素对其进行适当折减、视材料具体情况进行必要的调整后得出了无机结合料稳定煤矸石基层材料设计参数的推荐值,为无机结合料稳定煤矸石基层结构路面的设计提供了依据和参考。

土工格栅加固浅层软土地基的有限元分析

为了评价土工格栅加固浅层软土地基的效果,对公路软土地基稳定性进行现场监测,通过试验确定土和格栅的计算参数;运用有限元理论,研究浅层软土地基在分级加载情况下的稳定性,并分析格栅加筋效果的影响因素。结果表明:理论计算的侧向位移值和竖向位移值与现场观测结果基本吻合;铺设格栅能有效地控制软土地基的侧向位移,而对减少路堤的竖向位移效果不明显;随着路堤填土的增加,土工格栅的拉力逐渐增加,并且格栅拉力的峰值有逐渐向路基中线方向移动的趋势;加筋模量增大,格栅对坡脚下各点侧向位移的约束作用增强,对路堤底部沉降的变化没有影响;铺设多层格栅比铺设1层处理效果好,但不显著;如果只铺设1层土工格栅,那么在软土地基表面铺设对侧向位移约束的效果最好。

矿料级配对温拌橡胶沥青混合料性能的影响

为了研究不同矿料级配对温拌橡胶沥青混合料性能的影响规律,通过对SMA中各粒径集料含量进行调整,选择5种具有代表性级配对比AC级配进行大量室内试验,分析不同级配对温拌橡胶沥青混合料体积指标及路用性能影响。试验结果表明,达到相同性能指标时,温拌橡胶沥青混合料击实温度较热拌橡胶沥青混合料可降低30℃左右,不同级配混合料对马歇尔体积指标有较大的影响。为满足形成SMA结构条件,要求关键筛孔通过率不能超过28.2%,采用SMA间断级配温拌橡胶沥青混合料较AC连续级配具有更好的高、低温稳定性能和水稳定性能,并且在SMA结构类型中适当增加粗集料含量对混合料性能有较大的改善。建议选择较粗间断级配作为温拌橡胶沥青混合料设计级配。

季冻区粉质黏土冻胀特性分析

粉质黏土属冻胀敏感性土,为了研究其冻胀率随含水率、压实度和冻结温度3个因素的变化规律,对取自黑龙江省境内哈大二级公路的粉质黏土进行了闭式冻胀模拟试验。分析结果表明:闭式冻胀单因素条件下,粉质黏土冻胀率与3个因素分别呈现一定的相关关系,低冻结温度、高含水率以及高压实度会加剧土体冻胀;含水率对冻胀率的影响最大,压实度次之,冻结温度最小;粉质黏土的起始冻胀含水率ω0=0.89ωp,临界冻胀含水率ωc=0.97ωp。此外,在冻胀试验结果的基础上,还应用SPSS统计软件建立了冻胀率为因变量,含水率、压实度和冻结温度为自变量的多元回归模型,模型可以用于粉质黏土的冻胀率预测。

HDPE-橡胶粉复合改性沥青及其应力吸收层混合料性能

为了防治反射裂缝的产生和发展，对HDPE-橡胶粉复合改性沥青应力吸收层混合料进行研究。利用不同掺量的HDPE和橡胶粉作为改性剂对基质90#沥青进行改性制备；根据应力吸收层沥青材料的技术要求，选择出适宜的改性剂掺量配比，与所选AC-5合成级配的集料拌和形成混合料，并对混合料的低温抗裂性能和水稳定性能进行检验。研究表明，在基质沥青中掺入5％的HDPE和10％的橡胶粉制备的改性沥青混合料可作为应力吸收层材料，且具有良好的低温抗裂性能和水稳定性能。

高纬度多年冻土区路基工后温度变化规律研究

为掌握大兴安岭多年冻土地区路基工后温度变化规律,选取中俄原油管道漠大线林区伴行路典型多年冻土区路基断面,采用DS18B20温度传感器对建成通车后的路基进行为期两年的温度监测,分析研究路基温度变化、冻土年平均地温、冻土上限变化和冻土温度阴阳坡差异。结果表明:路基范围内各测温点不同深度温度随着气温发生年周期性变化,路基浅层温度变化频繁,随着深度增加,路基内温度变化幅度逐渐减小;不同深度土层最低值或最高值温度出现的时间并不一致,下部土层最低值或最高值温度出现时间明显滞后于上部土层;路基冻结时间自11月份开始,至次年的4月中旬随着大气温度的上升开始融化,冻结时间持续5个月左右;多年冻土为热极不稳定冻土类型,且在上覆路基的影响下,多年冻土产生了严重的退化现象,路基下多年冻土的年平均温度升高;在阴阳坡效应的影响下,大气温度对阳坡面路基下地温深度的影响大于阴坡面,阳坡面路基下多年冻土的年平均地温大于阴坡面,阴坡面路基下多年冻土融化时间比阳坡面的少30 d左右。研究结果旨在更有利于我国大兴安岭地区多年冻土路基稳定性问题的进一步研究,为该地区道路工程建设和维护提供参考资料。

基于Abaqus的旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构的力学研究

依据弹性层状体系理论,采用Abaqus程序建立三维有限元模型,分析旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构的加铺层厚度、模量、地基模量变化,以及采取典型防治反射裂缝措施时接缝处沥青混凝土加铺层底最不利处的荷载应力状态。结果表明:在车辆荷载作用下,加铺层厚度的增加可以显著降低接缝处沥青加铺层底应力;随加铺层模量的增加,接缝处沥青层底应力逐渐增大;地基模量越小,在相同荷载作用下,加铺层内应力及弯沉越大;各种拟采用的防治反射裂缝措施中,7 cm级配沥青碎石辅以3 cm应力吸收层这种组合措施效果最佳。

多聚磷酸/丁苯橡胶复合改性沥青的抗紫外老化性能

通过动态剪切流变试验、四组分试验和红外光谱测试沥青中的组分胶体指数差值和官能团结构指数,考察了分别由多聚磷酸(PPA)、丁苯橡胶(SBR)及SBR/PPA复合物改性沥青的抗紫外老化性能,探讨了老化的机理。结果表明,PPA的添加有效改善了沥青的高温流变性能,改性沥青的抗车辙因子和相位角的变化幅度较小。PPA或SBR/PPA复合改性沥青在紫外老化前后的胶体指数差值较小,而后者羧基和亚砜基指数的增大幅度要小于前者,丁二烯基指数的减小幅度小于SBR改性沥青。综合来看,PPA/SBR复合改性沥青的抗紫外老化性能优于基质沥青和PPA或SBR改性沥青。

寒区湿地软土固结变形特性试验研究

软土的成因不同,其工程性质存在着一定的差异,路基的固结沉降也不一样。为了研究寒区湿地软土固结变形特性,弄清其固结和次固结系数变化规律,对两类软土进行了单向固结压缩试验。试验结果表明,软土在不同的固结压力作用下,其孔隙比-时间对数曲线展布特征有较大的不同,说明固结压力对寒区湿地软土的主、次固结的划分有影响;寒区湿地软土主固结系数随固结压力的增大而减小,次固结系数随固结压力的增大而增大,最后两者都趋于稳定。

温拌再生沥青混合料水稳性能研究

采用冻融劈裂试验,研究不同RAP（回收沥青路面材料）掺量、再生混合料的短期老化和不同成型温度下温拌再生沥青混合料水稳定性的变化。研究结果表明：温拌再生混合料的水稳定性随着RAP掺量的增加而下降,经过短期老化后的温拌再生混合料水稳定性有所增强;为保证路用性能,温拌再生沥青混合料中RAP掺量在40%以内时的成型温度最大可降低25~30℃,掺量为50%时最大可降温10℃。

橡胶沥青老化性能的试验研究

为了研究橡胶沥青的老化特征与规律,选取营口70~#和盘锦90~#2种基质沥青以及由其改性得到的橡胶沥青胶浆进行室内模拟老化试验,并将原样基质沥青与橡胶沥青胶浆进行对比,从针入度、软化点、延度以及弹性恢复4个角度进行分析。试验结果表明:废旧轮胎橡胶粉具有改善沥青胶浆性能的作用,能够降低沥青胶浆的针入度,但是由于胶浆中胶核的存在,需要增加试验数量才能保证试验的准确性;5℃和15℃延度的试验结果显示,为保障橡胶沥青胶浆稳定的延度性能,180℃施工时胶粉的掺入量应大于15%;随着胶粉掺量的增加,弹性恢复改变率逐渐趋于稳定。

新疆阿尔泰山喀纳斯湖冰层温度变化规律试验研究

2014年12月-2015年4月期间,新疆布尔津县喀纳斯湖举行了冰上旅游项目.为监测冰层生长、发育和融化状况,分别对喀纳斯湖(湖边、湖中)A、B、C三点进行温度监测,利用监测得到的冰层温度数据绘制湖冰从上到下温度分布状况图.根据湖边与湖中的冰层结构特点,从冰层的天然结构角度分析湖冰结构对温度分布的影响.结果表明:天然冰层中温度传递系数并不是一致不变的,既受冰上气温、冰下湖水温度的影响,也受到冰层自身结构状况的影响,并进一步阐述了湖面冰层的温度分布规律与变化成因,为分析温度对冰层强度的影响奠定了基础.

基于正交灰关联分析法的温拌橡胶沥青性能影响因素研究

针对影响温拌橡胶沥青性质因素众多,为研究各因素对其的影响规律,该文采用不同胶粉掺量、搅拌温度、搅拌时间、温拌剂掺量,利用正交试验设计方法进行试验室温拌橡胶沥青制备,分析各因素对橡胶沥青影响权重,同时借助灰关联分析确定各因素所占比例,综合评价温拌橡胶沥青的性能。试验结果表明:胶粉掺量是影响温拌橡胶沥青性质的最主要因素,不同组合下的温拌橡胶沥青性质差异很大,最终确定胶粉掺量20%、搅拌温度200℃、搅拌时间75min、温拌剂掺量0.6%组合方案性质最优。该试验结果可为温拌橡胶沥青应用组合设计提供依据。