冷拌冷铺橡胶沥青混合料路用性能与碳排放研究

基于室内试验和实体工程对冷拌冷铺橡胶沥青混合料进行研究。结果表明,冷拌橡胶沥青混合料马歇尔稳定度、车辙动稳定度大于热拌密级配沥青碎石,但残留稳定度略低于热拌混合料,其高温、水稳性满足高速公路中、下面层技术要求。此外,冷拌橡胶沥青碎石施工总碳排放为2970.77kg/(1000m^(2)),主要为运输和摊铺碾压阶段所致,占总排放的47.1%、51.9%;热拌沥青碎石总碳排放为6151.80kg/(1000m^(2)),主要来自于碎石和沥青加热,运输、摊铺及碾压机械消耗燃油。热拌混合料碳排放约为冷拌混合料的2倍,说明冷拌橡胶沥青混合料可大大减少碳排放。

钢渣改性橡胶沥青混合料路用性能研究

为探究钢渣体积掺量及钢渣粒径对橡胶沥青混合料路用性能的影响,以体积掺量为0、15%、30%、45%的细钢渣和粗钢渣为参数展开研究,进行了马歇尔试验、车辙试验、小梁弯曲试验和冻融劈裂试验等室内试验。结果表明,钢渣粒径及体积掺量会显著影响橡胶沥青最佳用量;掺入适量钢渣有助于改善橡胶沥青混合料的高温稳定性,提高橡胶沥青混合料的低温抗裂性,增强橡胶沥青混合料的水稳定性;橡胶沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性均随着钢渣体积掺量的增加呈现出先增大后减小的趋势,且当细钢渣体积掺量为15%或粗钢渣体积掺量为30%时,各性能达到最优。

成型方法对橡胶沥青混合料性能的影响研究

为了探究不同成型方式对橡胶沥青混合料的性能影响,文章基于单轴贯入和冻融劈裂试验,研究了马歇尔击实法、振动压实法、旋转压实法(SGC法)对ARAC-13混合料的抗剪和抗水损性能的影响。结果表明:比对混合料试件体积指标发现,马歇尔击实法、旋转压实法75次和振动压实法65s的作用效果相当,混合料空隙率VV、沥青饱和度VFA值相近;旋转压实和振动压实后的混合料试件抗剪性能明显优于马歇尔击实法,振动压实85s的抗剪强度值略低于旋转压实100次值;在成型方式标准设计次数下,旋转压实的混合料试件抗水损能力最强,TSR值衰减速率最小,振动压实次之,马歇尔击实法再次之;通过对ARAC-13混合料的性能分析,推荐振动压实法的时间为85s。

橡胶沥青混合料高温性能评价指标的试验研究

以国内道路工程中常用的基质沥青与橡胶粉拌制橡胶沥青混合料,然后通过大量室内车辙试验对橡胶沥青混合料动稳定度与橡胶沥青胶结料177℃旋转黏度、软化点、针入度之间的相关性进行研究.结果表明:橡胶沥青混合料动稳定度与胶结料177℃旋转黏度及软化点之间相关性良好,胶结料177℃旋转黏度及软化点可以作为橡胶沥青混合料高温性能的评价指标.美国评价标准(ASTM D 6144—97)中177℃旋转黏度与软化点值偏低,如按该标准进行胶结料的质量控制,沥青混合料动稳定度可能难以满足国内关于聚合物改性沥青规范(JTJ F40—2004)的要求,故在室内试验的基础上,结合国内实际工程的经验,提出了橡胶沥青混合料高温性能评价指标值.橡胶沥青混合料高温性能受到不同性质橡胶粉的影响很大.

橡胶沥青混合料高温稳定性影响因素试验

通过室内车辙试验和浸水车辙试验,采用单因素对比分析的方法,对橡胶沥青混合料高温稳定性能的主要影响因素进行了系统研究.试验结果表明,胶粉来源、胶粉掺量、油石质量比、空隙率等因素,对于橡胶沥青混合料高温稳定性的影响比较显著,基质沥青对高温稳定性也有一定程度的影响,而胶粉细度等因素所产生的影响较小.尽管不同级配形式下混合料常规动稳定度的测试结果差异不大,但由于浸水对比车辙试验条件下动稳定度的衰减幅度最小,因此,矿粉比例低且细料较少的间断级配形式更适用于橡胶改性沥青.

连续密级配橡胶沥青混合料应力吸收层的研究

以常规方法制备橡胶沥青,用AC类连续密级配取代之前的断级配,成型橡胶沥青混合料,将其用作为类似于Strata的应力吸收层.先通过目标空隙率设计方法对级配变化进行分析,再运用四点弯曲小梁疲劳试验对混合料的疲劳性能影响因素进行分析,然后再对橡胶沥青混合料的设计进行试验研究,最后对比研究其与ARAC-13,Strata应力吸收层混合料和高掺量SBS改性沥青混合料的路用性能.结果表明：4.75 mm档通过率（质量分数,下同）为55％,2.36 mm档通过率为10％,1.18 mm档通过率为25％～30％时,橡胶沥青应力吸收层混合料能得到最佳空隙率级配;沥青用量的增加和空隙率的降低会提高其疲劳寿命;基于该研究,用于应力吸收层的橡胶沥青混合料推荐选取针入度约为80（0.1 mm）的橡胶沥青,沥青用量（质量分数）为9％～10％,混合料中不添加矿粉.通过对比发现,橡胶沥青混合料应力吸收层有较好的疲劳性能和高温稳定性,对比其他混合料有一定的经济优势,适合作为应力吸收层材料.

橡胶沥青混合料动态模量及其主曲线研究

采用单轴压缩动态模量试验测试了不同油石比橡胶沥青混合料在4组不同试验温度、9个不同荷载频率下的动态模量和相位角,然后根据时温等效原理,通过Sigmoidal函数和非线性最小二乘法拟合确定了混合料动态模量主曲线和不同温度间的平移因子。结果表明:橡胶沥青混合料动态模量随温度升高而降低,随加载频率减小而减小;在最佳油石比时橡胶沥青混合料动态模量最高,高温稳定性最好;参考温度为20℃的动态模量主曲线可以很好地拟合试验数据;动态模量平移因子并不适用于相位角主曲线;动态模量主曲线的建立为路面动态设计方法的形成提供了材料参数方程。

空隙率与橡胶沥青混合料水稳定性的关系

针对橡胶沥青与常规沥青材料的微观结构及力学性能差异,选用国内外在橡胶沥青混合料中使用较多的AR-AC-13矿质级配,选取实际路面常见的3种空隙率,依据正交试验思路安排试验,采用冻融劈裂强度比评价混合料的水稳定性。通过对3种空隙率橡胶沥青混合料冻融强度比的对比分析,探讨了空隙率对橡胶沥青混合料水稳定性的影响。

矿物纤维改性橡胶沥青混合料路用性能研究

为改善橡胶沥青混合料路用性能,分别掺加两种矿物纤维,通过马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验、恒定高度重复剪切试验(RSCH)和低温弯曲试验研究矿物纤维改性橡胶沥青混合料水稳定性及高、低温性能。结果表明:矿物纤维使得沥青混合料的最佳油石比变大,空隙率变小;掺量较小(≤0.1%)时,橡胶沥青混合料各方面性能均有所提高;矿物纤维掺量>0.1%时,S纤维导致橡胶沥青混合料的高、低温性能和水稳定性下降。

基于GTM方法的橡胶沥青混合料性能试验

为研究适合于GTM旋转成型方式的橡胶沥青混合料的级配特点及路用性能,基于GTM物理力学设计方法进行橡胶沥青混合料的配合比设计,对连续级配和4.75 mm通过率不同的3种间断级配分别进行系统研究,主要依据力学性能参数确定其最佳沥青用量。在此基础上,对比研究不同成型方式下橡胶沥青混合料试件的线膨胀情况,认为橡胶沥青混合料基于GTM设计方法可以采用连续级配,而且,通过综合对比路用性能,认为GTM方法更加适合于连续级配混合料的设计。

大掺量橡胶沥青混合料的高低温性能

为充分发挥橡胶粉对沥青的改性优势,研究大掺量橡胶粉对沥青混合料高低温性能的影响。选取油石比为4.5%,橡胶粉掺量为3.5%(占矿料质量比),配制成大掺量橡胶沥青混合料,与SBS/AC-13、SBS/SMA-13、高模量沥青混合料和1.5%橡维联沥青混合料进行对比研究,并提出高温受力活塞模型。试验结果表明:大掺量橡胶沥青混合料高温抗车辙性比SBS/SMA-13、SBS/AC-13好,但不及掺抗车辙剂的高模量沥青混合料;与1.5%橡维联沥青混合料相比,其低温破坏应变高,破坏时未发生脆性断裂,表现出更好的低温柔韧性。大掺量橡胶沥青混合料高温稳定性良好,且没有以降低低温性能为代价。以骨架嵌挤结构和半刚性填充料协同作用的活塞模型,解释了其高温性能良好的原因。

橡胶沥青混合料在冻融作用下的性能研究

采用SMA-10橡胶沥青混合料,通过橡胶沥青混合料冻融后的劈裂实验,分析劈裂强度、拉伸应变及劲度模量随油石比和冻融次数的变化规律,以确定季冻区合适的油石比和空隙率范围。研究结果表明：冻融循环对混合料性能的影响较大,其中劈裂强度与劲度模量随冻融次数的增加逐渐减小,拉伸应变随冻融次数的增加而增加;初始空隙率较小的橡胶沥青混合料在4次冻融循环内劈裂强度和劲度模量迅速衰减,其抗冻融性能较差;初始空隙率较大的混合料抗冻性能较好,在冻融10次左右强度趋于稳定,但混合料初始强度较小;在季冻区内,推荐SMA-10橡胶沥青混合料的油石比范围为8.5~9.0,空隙率为3.5%~5%。

有机降粘剂掺量对橡胶沥青混合料性能影响研究

为了降低橡胶沥青混合料过高的成型压实温度,同时使其具备良好的路用性能,提出了掺入Sasobit有机温拌剂降低其压实温度的方法,研究了不同温拌剂掺量下的橡胶沥青混合料路用性能。该方法在拌和温度150℃、压实温度140℃下分别进行了1%、3%和5%这3个温拌剂掺量下的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。与此同时,对3%温拌剂掺量分别进行了140℃、150℃和160℃这3个压实温度下的车辙试验。试验结果显示,掺入Sasobit温拌剂后的橡胶沥青混合料可降低压实成型温度20～30℃,且各种试验条件下的马歇尔体积参数及其路用性能评价指标均满足密级配沥青混合料技术要求,压实温度140℃、3%温拌剂掺量下的综合路用性能最优。

不同级配下橡胶沥青混合料路用性能的比较

试验采用相同的集料调配成2种不同的级配,比较不同级配下,橡胶沥青混合料路用性能的差别,结果表明:AR-AC13橡胶沥青混合料更适于间断级配及开级配,其关键筛孔为0.075 mm筛孔,降低此筛孔通过率将导致沥青用量增加,进而影响了其高温稳定性。尽管橡胶沥青混合料需要较大空间来容纳橡胶粉,存在一个较佳级配来满足其密实性要求。

寒冷地区温拌橡胶沥青混合料应力吸收层性能研究

采用应力吸收层技术可以有效解决沥青面层与混凝土基层之间的层间黏结、裂缝的扩散与传递和路表水下渗等技术问题。把温拌橡胶沥青混合料用于应力吸收层,使得橡胶沥青的拌和与压实温度得到明显降低,达到节约能源,减少拌制气体排放,改善施工现场工作状况的目的,其高温稳定性和低温抗裂性能也得到明显提高。温拌橡胶沥青混合料作为应力吸收层对反射裂缝的抑制作用明显。本文分析了温拌橡胶沥青混合料的材料组成及其特性,研究了适合寒区的应力吸收层温拌橡胶沥青混合料的配合比设计过程,并对应力吸收层温拌橡胶沥青混合料的路用性能进行测试,找到适合寒冷地区温拌橡胶沥青混合料应力吸收层的组成材料,并进行路用性能及评价指标研究。

基于高温性能的橡胶沥青混合料级配选择

橡胶沥青混合料具有良好的高温稳定性,但是由于橡胶粉性能与其他改性沥青存在较大差异,同时橡胶沥青混合料采用高油石比、低矿粉比例,选择合理的级配对于其高温性能具有重要的意义。针对橡胶沥青高温稳定性的级配选择国内尚缺乏系统的研究。通过室内车辙试验,根据橡胶沥青混合料高温稳定性和水稳定性(在水作用下的高温稳定性)两方面比较亚利桑那州间断级配、SMA和AC这3种级配。研究发现,考虑综合考虑高温性能和水稳定性能,亚利桑那州间断级配优于SMA和AC级配。

硅藻土对橡胶沥青混合料吸音降噪特性的影响

针对沥青路面噪声污染日益严重及橡胶沥青路面吸音降噪性能有待提升的问题,采取向橡胶沥青混合料中添加硅藻土的方式对其进行吸音降噪特性的研究。通过制作AR-AC-13、AR-SMA-13两种级配下不同硅藻土掺量的橡胶沥青混合料的试件,将不同硅藻土掺量及不同厚度的混合料试件采用驻波管法进行测试,最后得出其在不同频率下各自的吸音系数。研究结果表明随着硅藻土掺量的升高两种级配的混合料吸声降噪特性均得到明显的提高,而试件的厚度对于其吸声降噪特性的影响较小但是对吸声系数的峰值有较大影响。

橡胶沥青混合料疲劳损伤及全周期寿命预估

针对橡胶沥青混合料疲劳性能评价指标单一,疲劳失效判定标准难以确定的问题,在研究橡胶沥青混合料疲劳损伤演化过程的基础上,计算损伤曲线特征值并将其作为疲劳性能的评价指标,同时建立BP神经网络全周期疲劳寿命预测模型.研究表明:橡胶沥青混合料疲劳损伤过程中材料劣化速度能够保持在稳定发展状态,未发生明显疲劳失效现象;无损劲度模量S0,失稳率V,疲劳稳定度K和转化劲度模量St可作为疲劳性能的评价指标,并具有明确的物理含义;采用BP神经网络模型进行预估全周期疲劳寿命可获得较高准确度,Levenberg-Marquardt训练算法收敛速度快,泛化能力好,最大相对误差为1.70%~8.23%.

温拌橡胶沥青混合料拌和和压实温度研究

为了研究温拌剂对橡胶沥青混合料拌和和压实温度的影响，降低实验温度，减少混合料的老化和废气的排放，选用自行开发的ZYF添加剂、低温高性能 PRLT 添加剂、Evotherm添加剂作为温拌剂，探究3种温拌橡胶沥青的粘温曲线以及混合料空隙率随压实温度的变化规律，推荐掺加3种温拌剂的橡胶沥青混合料适宜的拌和、施工温度，并研究3种不同温拌剂对橡胶沥青混合料的路用性能的影响。结果表明：ZYF温拌橡胶沥青混合料的压实温度可以降低20～25℃，PRLT 温拌橡胶沥青混合料的压实温度可以降低25～30℃，Evotherm温拌橡胶沥青混合料可以降低20～25℃；3种类型的温拌技术均可提高橡胶沥青混合料的高温性能、低温性能，但ZYF和Evotherm温拌剂的加入对橡胶沥青混合料的水稳性能有不利影响。

温拌橡胶沥青混合料双面剪切疲劳试验研究

通过采用Abaqus有限元软件,建立力学分析模型,模拟沥青混合料小梁试件在双面剪切破坏过程中的受力状态。通过对沥青混合料小梁试件数值模拟,分析沥青混合料小梁试件在双面剪切受力状态下其内部的应力应变分布规律。并根据模型选择应力加载方式控制试验参数,采用自制双面剪切试验夹具,利用应力控制的方式进行双面剪切试验,研究沥青混合料的疲劳性能。通过双面剪切疲劳性能试验得到温拌橡胶沥青、橡胶沥青和SBS改性沥青的疲劳性能,分析温拌剂和橡胶粉对沥青混合料疲劳寿命的影响。