寒区低温环境下泡沫沥青冷再生混合料性能研究

我国西藏、青海等省区全年气候寒冷,平均气温低,昼夜温差和年温差大,冻融循环频繁,公路建设普遍面临着生态环境脆弱、建筑材料数量匮乏且质量较差等问题。针对上述寒区气候特点,采用5℃、10℃、22℃、40℃、60℃和110℃分别模拟低温、室温、中温和高温养生条件下泡沫沥青冷再生混合料现场养生条件,基于室内试验分析了寒区低温环境温度对泡沫沥青冷再生混合料力学性能、路用性能、耐久性能的劣化影响;进而基于数字图像处理技术和工业CT无损检测技术,探讨了养生温度对泡沫沥青冷再生混合料内部泡沫沥青分散性状及微细观空隙结构的影响规律。结果表明:随着养生温度升高,泡沫沥青冷再生混合料的单轴贯入强度、无侧限抗压强度、动态回弹模量等力学指标均呈指数函数关系增大;相较于标准养生条件,在低温条件下拌和、养生的泡沫沥青冷再生混合料,其高温稳定性、抗反射裂缝性能及抗疲劳性能下降明显,并且环境温度越低,泡沫沥青冷再生混合料的综合路用性能降低幅值越大。升高养生温度后,泡沫沥青在破坏试件界面的分散面积增大,微细观空隙直径减小,并且微细观空隙结构中体积小于0.05 mm3的空隙占比增大。养生温度对泡沫沥青冷再生混合料的作用机理主要在于提高养生温度对泡沫沥青分散性状的促增作用和微细观空隙结构的细化作用。建议在泡沫沥青冷再生路面施工期间加强施工和养生期间的温度控制,并且结合寒区施工季节温度调整室内配合比设计养生温度。本研究成果可为泡沫沥青冷再生技术在寒区的推广应用提供借鉴。

再生沥青混合料拌和均匀性识别与机理分析

为探究再生沥青混合料(RAP)拌和过程中的均匀性特征变化规律,考虑拌和时间和RAP料老化程度因素,选择二氧化钛粉末作为RAP料示踪剂,在实验室内制备掺有质量分数40%RAP料的再生沥青混合料,并建立均匀性指标评价再生沥青混合料均匀性特征.通过计算机断层扫描技术(CT)获取沥青混合料数字图像,并对图像进行基于Mimics软件的组分识别,最终建立关于组分和结团的均匀性评价体系.结果表明:粗集料分布情况对混合料拌和均匀性的影响最大,其次是沥青和孔隙分布情况;延长搅拌时间有利于提高再生沥青混合料的拌和均匀性,然而拌和过程中形成的新结团又会阻碍拌和均匀性的改善.考虑组分和结团的均匀性评价体系可以有效揭示再生沥青混合料拌和均匀性特征变化规律,为建设高质量再生沥青路面提供参考.

二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

为了量化分析现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响,基于常规力学性能试验、Overlay Tester反射裂缝试验、低应变水平下的四点弯曲疲劳试验,对比分析了现场铺筑上覆热拌沥青混合料前后乳化沥青冷再生芯样与室内马歇尔试样的力学性能差异。量化分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能及耐久性能的增强效果,并基于工业CT无损检测技术,分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料微细观空隙结构的影响规律。结果表明:现行规范推荐的马歇尔二次击实方法并不能很好地模拟现场实际压实状况,现场二次热压实对乳化沥青冷再生混合料力学性能、抗反射裂缝性能和抗疲劳耐久性能均有明显增强作用;现场压实乳化沥青冷再生混合料内部的大空隙数量和等效空隙直径均小于马歇尔击实成型,二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料空隙级配影响显著;现场二次压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能和疲劳性能的改善机理在于二次压实作用增强了乳化沥青冷再生混合料密实度,降低了微细观空隙直径,改善了微细观空隙级配。

沥青路面冷再生试验路车辙变形的时空分布

为了揭示冷再生沥青混合料在结构中的力学行为,为道路维修养护中的结构设计提供依据,研究依托山东省某高速公路试验路的冷再生沥青路面结构及其中传感器监测数据,分析冷再生结构层在行车荷载作用下的动态响应特点及规律。依托实测温度场数据,构建黏弹性有限元仿真模型,分析了冷再生沥青路面结构车辙的分布规律。结果表明:对于试验路结构的冷再生沥青混合料层,行车速度与结构内部应变响应持续时间呈幂函数关系,在60~80 km/h的速度下,其结构层内部的力学响应频率接近10 Hz;在路面设计时,冷再生层可取其在20℃、10 Hz下的动态模量作为结构模量;对于冷再生沥青试验路结构,其一天中逐小时车辙量的分布主要与交通量相关,一年中的月车辙量的分布主要与温度相关,其中,一年之内的车辙累积主要发生在5—10月,冬季期内发生的车辙量几乎可以忽略不计;为避免由于结构层厚度增加导致过高的车辙预估量,需在计算沥青混合料层永久变形等效温度时对沥青层的厚度进行限制;此外,在高温条件下,相较于动态模量的改变,控制上、中面层沥青混合料在40~45℃左右的塑性变形发展速率对于减小路面永久变形的累积具有更为显著的作用。

泡沫沥青冷再生混合料最佳沥青用量设计

结合泡沫沥青冷再生混合料的室内试验,探讨确定泡沫沥青再生混合料最佳沥青用量的方法和最佳油石比。采用干劈裂强度、湿劈裂强度、干湿劈裂强度比、冻融劈裂强度比、马歇尔稳定度和浸水马歇尔残留稳定度进行综合性能分析,获得最佳沥青用量。

全比例温拌再生沥青混合料的路用性能

废旧沥青混合料的回收再利用是推动节能减排的重要举措。针对RAP(废旧沥青混合料)利用率较低等问题,提出全比例温拌再生沥青混合料的技术方案,实现100%RAP利用率,同时以马歇尔试验确定最佳外掺剂用量。将全比例温拌再生沥青混合料与常规热拌沥青混合料进行性能比对。结果表明:再生AC-13C沥青混合料的60、70℃车辙动稳定度分别为6364、3158次/mm,低温弯曲破坏应变为2834με,其水稳定性等路用性能测试指标也满足现行规范的技术要求。

高掺量环氧改性温拌再生技术在G327线中的应用

通过系统研究提出了高掺量环氧改性温拌再生沥青混合料ERAC-20用于G327线替代常规AC-20改性沥青下面层的试验路结构方案,设计了其沥青混合料目标与生产配合比矿料组成比例及级配曲线,确定了最佳油石比、环氧改性材料掺量及70#基质沥青掺量,验证了路用性能满足技术要求,提出了高掺量环氧改性温拌再生沥青下面层施工工艺与关键控制要点,实现了沥青面层回收料(RAP)的高价值、高性能和高掺量利用,其沥青混合料中的铣刨料掺量高达50%和70%,极大节约了沥青、碎石和燃油资源,显著降低了碳排放,具有良好的经济社会和绿色环保效益。

课程思政在《气体泡沫消防技术》课程中的探索与实践

随着高等教育综合改革的深入,课程思政成为教育领域的一个重要议题。本研究以《气体泡沫消防技术》课程为例,深入探讨了《气体泡沫消防技术》课程中课程思政的探索与实践,强调了将思政教育融入专业课程教学中的重要性和实施策略。本文分析了思政教育在消防技术课程中的必要性,指出了在网络时代背景下,培养具有高尚职业道德和职业操守的消防工程技术人才的重要性。随后,根据《高等院校课程思政建设指导纲要》,制定了课程思政教学目标,旨在通过专业教学培养学生的安全意识、法治意识和科学态度,详细讨论了《气体泡沫消防技术》课程思政的具体实施策略。本研究为思政教育在专业课程中的应用提供了实证支持,同时也为其他专业课程的思政教育探索提供了参考。

微波-热风混合加热沥青路面回收料仿真分析

为提高沥青路面回收料(RAP)的加热质量和效率,降低微波加热装机功率,促进超大功率微波在热再生设备中的应用,提出了微波-热风混合加热方法。通过对微波、热风及微波-低温热风混合加热有限元分析,证明了微波-低温热风混合加热相比于单独加热更具有优势。分析了微波热风混合加热过程,对多馈口微波热风混合加热腔及天线进行设计,以此为基础构建了混合加热有限元模型。对不同加热高度、热风温度、热风风速等对混合加热效果的影响因素进行仿真分析,对比分析了RAP在微波加热、热风加热和微波热风混合加热的加热效果。结果表明:RAP加热高度会导致混合加热腔内微波发生干涉,对加热效果产生较大影响。风温过高会导致RAP表面迅速出现烤焦老化。加热距离为50、100 mm时,混合加热较微波单独加热,加热效率分别提高9.32%、11.75%;较热风单独加热,RAP上表面的加热效率分别提高了124.7%,92.9%,下表面的加热效率分别提高了38.8%、34.8%,同时均匀性都得到不同程度提高。说明微波热风混合加热能够明显提高RAP的加热效率,改善微波单独加热效率不高和均匀性差的问题,兼顾两者优点,保证了RAP的加热质量,为RAP的再生加热提供了新的方法。

RAP级配自动实时检测系统设计及仿真分析

为快速、准确检测沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement, RAP)的级配,提高RAP级配的检测效率并降低人工操作对检测结果的影响,将目前检测RAP性能常用的设备与方法相结合,提出了一种对RAP含水率、RAP的油石比及其级配一体化检测的方法。同时,针对目前RAP检测存在的问题,设计了新型的RAP级配自动检测设备,实现了RAP级配的自动实时检测。首先,根据RAP级配的检测功能要求设计了检测设备的整体结构。其次,建立了检测设备核心关键结构振动筛分部件的仿真模型,采用EDEM离散元仿真软件模拟了筛分全过程;仿真采用控制变量法对振动筛中的集料颗粒在不同筛面倾斜角、振动频率、振动方向角等参数的情况下进行对比分析。最后,以符合标准要求的最优筛分效率为目标对振动筛进行优化设计。结果表明:当振动筛倾斜角为3°、振幅为4 mm、振动频率为16 Hz、振动方向角为63°时,振动筛各层筛网的筛分效率均达到91%以上,能够满足实际需要。证明了RAP级配自动实时检测系统能实现RAP含水率、RAP的油石比、级配的检测,为实现智能再生拌合站的研发提供可能,同时该检测系统也可代替人工作为日常沥青混合料级配监测的新手段。

基于智能颗粒的冷再生混合料压实状态感知

为了更好地揭示压实过程中混合料颗粒间的相互作用,实现优化压实工艺与混合料设计的目的,基于智能颗粒传感装置开展了冷再生沥青混合料室内旋转压实试验。监测混合料在旋转压实过程中的受力、转角及加速度动态响应规律;研究智能颗粒动态响应规律与混合料相对压实度之间的关联性;揭示压实过程中颗粒间的互锁机制,并对混合料的压实状态做出评价。开展了不同粗骨料含量下的冷再生混合料旋转压实试验,研究不同粗骨料含量对压实过程的影响。试验结果表明:旋转压实过程中混合料相对压实度的变化规律与智能颗粒的动态响应有较好的相关性,初步实现旋转压实过程中混合料压实状态的智能感知;与45%和65%粗骨料含量的混合料相比,55%粗骨料含量的混合料更容易达到较高压实度,且在压实过程中的稳定性较高。此外,建立了基于改进的人工神经网络的压实度预测模型,选取智能颗粒实测的x、y方向的相对旋转角和加速度,z方向的接触力及集料在各筛孔的通过率作为模型的输入变量,采用Tensorflow2.0框架构建网络、循环神经网络结构与全连接深度神经网路结构,分别处理序列特征数据与连续特征数据,并通过拼接操作进行数据融合训练。经过600次迭代训练后,网络的损失函数和精度达到了收敛阈值,混合料相对压实度的实测值与预测值拟合直线方差为0.93,结果表明该模型对于混合料的相对压实度具有较好的预测能力。

多聚磷酸对沥青高低温性能及老化性能的影响研究

为探析多聚磷酸(PPA)作为改良剂对沥青高低温性能及老化性能的影响,文中通过测试不同PPA掺量改性沥青的软化点、延度、黏度,分析PPA对沥青性能的改善效果。结果表明,高温下,PPA能显著提高沥青的软化点,增强其抗变形能力;低温下,PPA降低了改性沥青的脆点,提高了韧性和抗裂性。此外,PPA的加入减缓了沥青的老化过程,保持了其黏性和弹性,延长了使用寿命。

沥青路面就地热再生加热温度场模拟分析

为了寻求沥青路面就地热再生合理的加热方式,依托卡罗泰康就地热再生机组,借助有限元软件ABAQUS对加热温度场进行了数值模拟.分析了加热方式、环境因素、加热机的操作参数及加热功率对沥青路面加热温度场的影响程度,提出了卡罗泰康就地热再生机组的理想加热方式.研究结果表明:相对于单程连续式的加热方式,间歇往复式的加热方式具有更好的加热效果;不同的环境温度和风速对加热温度场的影响均比较显著,太阳辐射对加热温度场的影响较小;加热机往返加热的往返距离、运行速度和往返次数共同影响着加热温度场,且存在最佳的组合;不同加热机的加热功率也存在最佳的组合.采用有限元数值模拟方法可以方便地分析就地热再生的合理加热方式.

乳化沥青冷再生混合料路用性能试验研究

为了探讨乳化沥青冷再生混合料全面的性能参数，对0％-100％的6种不同RAP含量的乳化沥青冷再生混合料进行了室内试验研究与回归分析。结果表明：抗压回弹模量与抗压强度、劈裂抗拉强度与破坏劲度模量、弯拉应变与弯拉强度都随RAP用量的增加而呈线性减少；动稳定度随RAP用量的增加而呈指数函数减少；渗水系数随RAP用量的增加呈二次多项式减少；冻融劈裂强度比TSR随RAP用量的增加变化不大，但远低于规范的技术要求；同温下的抗压回弹模量与劈裂抗拉强度有较好幂函数关系。根据材料的抗压回弹模量与劈裂抗拉强度，把乳化沥青冷再生材料分主四类。

沥青路面就地热再生新型快速加热方法

为解决现有沥青路面就地热再生加热方法中存在的弊端,提出一种适用于沥青路面就地热再生的新型恒温加热方法,该方法基于能量守恒定律,考虑输入热流、路面材料的热容和热阻,建立一种新型沥青路面传热模型,并利用欧拉公式计算加热温度场分布,最后进行数值模拟和施工验证。结果表明:采用恒温加热方法,可使沥青路面的面层温度始终保持在180℃左右,可有效保证旧路面加热质量和加热效率。

沥青混合料黏弹特性及各向异性研究

为了更准确地掌握沥青路面的受力情况,优化沥青路面设计,采用动态测试系统研究了沥青混合料动态模量在不同方向及多温度多频率下的变化规律,明确沥青混合料的黏弹特性及各向异性。结果表明:沥青混合料的动态模量对温度和加载频率具有显著的依赖性,随着温度的升高逐渐下降,随着加载频率的增大逐渐提高;不同方向的动态模量存在差异,压实方向的动态模量约为垂直压实方向的1.5~2.0倍;随着加载频率和温度的提升,沥青混合料表现出更强的各向异性。

普通国省干线公路沥青路面就地热再生施工技术应用分析

结合某工程实例,开展普通国省干线公路沥青路面就地热再生施工技术应用分析。通过确定再生剂用量、级配设计、确定最佳油石比对就地热再生沥青混合料进行配合比设计,确定再生剂的最佳掺量为4%,RAP掺量为80%、新料掺量为20%,最佳油石比为5.1%。对就地热再生施工工艺进行研究,总结并提出关键技术要点,并对工后质量进行检测,检测结果显示:其平整度、渗水性能、抗滑性能、压实度等指标均能满足规范要求,具有良好的工程应用效果。

基于碳排放分析的废旧轮胎循环利用研究

本文以废旧轮胎焚烧处理作为基准线,针对废旧轮胎的不同利用方式,分析废旧轮胎处置的碳足迹,对处置过程中产生的碳排放总量和基于基准线的降碳数量进行了核算,并以此为依据对废旧轮胎资源化利用碳排放进行定量评价。结论表明,每消耗1吨轮胎产生二氧化碳排放由多到少的过程依次为生产橡胶改性沥青、生产再生胶、轮胎翻新、热裂解,且轮胎翻新与热裂解碳减排量接近。

泡沫沥青冷再生技术在公路施工中的应用

为解决山西某重要公路段因多年使用和自然环境因素导致的路面裂缝、车辙和坑槽等病害,项目采用泡沫沥青冷再生技术对路面进行修复。施工前,通过现场勘察和材料测试,制定全面的施工方案;施工过程中,实施严格的材料控制和质量检测措施;施工后,进行一系列的路面性能检测,并制定长期的路面检测和维护计划。通过该项目的实施,施工质量达到了预期要求,新铺设的路面平整度、压实度、粘结性和抗裂性能等关键指标均满足设计标准。实验证明,施工时间比预期缩短了15%。泡沫沥青冷再生技术在公路施工项目中表现出高效性和可持续性,是一种经济、环保的道路修复技术。

乳化沥青冷再生混合料设计方法试验研究

通过室内试验，探讨乳化沥青冷再生沥青混合料设计方法，不同旧料质量分数的6种混合料试验结果显示，试件击实成型后60℃养生72h后的失水率可以达到95％以上；混合料外加水量可以根据密度最大的原则估计，约为混合料质量分数的5％～9％；最佳油石比可以使用干燥或浸水试件，采用25℃马歇尔试验或劈裂试验，根据稳定度最大或抗拉强度最大的原则确定；4种方法确定的最佳油石比差别微小，在3．8％～5．2％之间。