基于CT图像的水泥稳定RAP材料细观结构研究

研究沥青混合料回收料(RAP)掺加对混合料组成与结构特性的影响,可为其应用在路面结构层以及材料参数设计提供理论支撑。基于X-ray CT与图像处理技术,提出了一种可区分新旧集料的冷再生混合料细观结构识别方法,分析了RAP团粒、旧集料与新集料的细观特征的差异,研究了RAP的掺加对水泥稳定材料细观结构的影响。结果表明:提出的细观结构识别方法可准确识别水泥稳定RAP材料断面图像中的空隙、砂浆、新集料与旧集料四类区域,完整地保留新旧集料的原始轮廓、大小与形状等信息;RAP团粒中分布较多初始微细裂缝,且旧集料扁平比与棱角性系数均大于新集料;RAP的掺加一方面增加了再生混合料中体积小于0.01 mm3的微空隙与大于100 mm3的大空隙数量,导致材料的密实度降低;另一方面也增加了材料的沥青砂浆含量,提高了再生混合料的平均砂浆膜厚度,使混合料骨架内部力传导更均匀;提高水泥稳定RAP材料中石屑与碎石比例,可使材料的平均空隙体积减小、平均砂浆膜厚度增大,从而改善再生混合料的骨架填充状态。

研究生沥青与沥青混合料课程建设探讨

沥青与沥青混合料课程是交通运输学科研究生核心专业课程之一。该课程存在课程思政教育不足、教学模式单一、教材内容更新慢、国际化水平不足和考核方式单一等问题。通过加强课程思政建设、改革教学方法、加强教材建设、推动国际化教学和改革考核方式等措施,结合哈工大道路工程专业研究生课程的特点,使该课程的教学质量得到显著提高。该文研究结果对全国道路工程相关专业教育工作具有较好的参考和借鉴意义。

智慧交通基础设施交叉方向研究生培养模式探索与实践

“交通强国”国家战略背景下,交通基础设施建设迫切需要以“两新一重”为指导,以适应新时代智慧交通发展要求。高校作为专业人才培养的主体,应紧密贴合国家战略和行业需求,鼓励交通运输工程各二级学科与其他学科交叉,推进交通运输工程专业向智能化、信息化方向发展,推进研究生培养模式系统性改革。以现行培养体系存在的问题为切入点,从行业和高校两个角度出发,围绕理论知识、实践能力、创新思维和国际视野四个方面,归纳总结了交通基础设施方向研究生应具备的四项核心能力:知识迭代能力、工程实践能力、技术创新能力和国际适应能力。针对智慧交通基础设施交叉方向研究生特点,紧扣研究生培养质量这一核心目标,以课程体系、培养模式、学科交叉为主要措施;以支撑培养体系的可行性和科学性;以管理办法、导师团队、实践平台为坚实后盾,保障改革措施能够切实落地。“三支撑”与“三保障”互相有机联系,共同致力于提升专业研究生培养质量,构建了智慧交通基础设施交叉方向研究生培养模式。以哈尔滨工业大学交通科学与工程学院的实际探索案例为依托,介绍了该案例在国际教育、学科交叉和校企合作方面取得的系列成效,指出了培养模式探索中可能存在的问题,为智慧交通基础设施交叉方向研究生培养模式建设指明了未来重点关注方向,并提供了具有积极借鉴意义的范本。

行车舒适性路面不平度评价标准

为了从舒适性的角度对路面不平度进行重新的分级,以十自由度整车模型为分析基础,以ISO2631-1:1997(E)《人体承受全身振动的评价标准》为依据,建立了行车舒适性评价系统.评价了在A、B、C三种等级的路面不平度下,丹东黄海DD-680大客车的行车舒适性情况.计算数据表明:路面不平度、车速和车辆自身性能对行车舒适性影响显著.通过已经建立的路面不平度与行车舒适性的关系,以人体全身振动的舒适性界限为基准,反算出路面不平度的界限值.初步地从行车舒适性的角度探讨了路面不平度的分级,克服了原路面分级与人体舒适性分级不一致的缺陷.

沥青疲劳特性的研究

受粘弹特性的影响,沥青的疲劳特性具有特殊性.目前已有研究发现沥青具有自愈性,即荷载停止作用后沥青的模量可以慢慢恢复.因此开展不同荷载作用模式下沥青疲劳特性的研究是十分必要的.文中借助于DSR研究了连续加载模式下沥青的疲劳特性,采用4种沥青疲劳评价指标(50%G*,DER,DR,δ)评价了沥青的疲劳特性,研究了沥青的自愈能力.研究表明:沥青的疲劳性能随着应力的增大而降低.当控制应力较大时,模量随着荷载作用次数的增加而减小;当控制应力较小时,出现硬化现象.50%G*,DER,DR,δ这几种疲劳寿命评价指标均存在一定的不足.沥青的自愈性对沥青的疲劳特性有重要影响.荷载停止作用初期,沥青模量的恢复程度较大.当时间足够长时,沥青的模量可以恢复到初始模量,但粘弹比例发生了变化.

氯盐类融雪剂对路域植物和土壤的影响研究

氯盐类融雪剂的使用对环境造成了严重危害,采用苗圃模拟法进行了氯盐类融雪剂对路域植物和土壤的影响试验研究。通过连续记录植物形态学特征以及对植物和土壤生理生化指标的测定,从而反映机体对逆境的响应与变化过程,深入了解融雪剂对植物和土壤的毒害发生机制。试验结果表明:随着氯盐类融雪剂喷洒次数的增加,植物中Cl^-含量逐渐增加,植株发展表现为形态健康、亚致死效应、致死效应;对于所选的3种供试植物,草皮受氯盐类融雪剂的影响最大,紫薇其次,刺柏最小;随着氯盐类融雪剂喷洒次数的增加,土壤中Cl^-含量、水溶性盐含量逐渐增加,pH值逐渐降低;植物和土壤中阳离子含量未呈现显著的规律性;植物形态的变化与植物和土壤中Cl-含量变化表现出一致性,结合植物生长条件和地面水环境《地表水环境质量标准》的规定,确定了植物和土壤中Cl-含量的临界值。

LTPP的进展综述

路面长期使用性能(LTPP)研究计划是北美最广泛的公路研究计划,它将对世界各国道路事业的发展起到极大的推动作用。该文对LTPP的数据采集、分析及LTPP的主要成果进行了概括并介绍了LTPP2003年的进展及LTPP今后的工作。

蓄盐沥青路面缓释络合盐填料的研制

为使缓释络合盐填料国产化,促进蓄盐沥青路面的发展,通过渗水性试验、溶出性试验和氯离子浓度测定试验对缓释络合盐填料的载体、生产工艺、憎水处理剂以及成分配比进行了设计和选择.确定了具有除冰雪功能和缓释功能的缓释络合盐填料组成为载体C,氯化钠,改性聚硅氧烷A和乙醇,且四者的比例约为4g∶19g∶3mL∶30mL.同时确定了该缓释络合盐填料的生产工艺为:将载体C放在过饱和的氯化钠溶液中,于60℃下恒温搅拌至糊状,然后在135℃下烘干,粉碎后用湿法表面改性工艺对粉体进行憎水处理,最后在135℃下烘干、粉碎.试验结果证明添加了该缓释络合盐填料的沥青路面具有很好的除冰雪能力.

路面用潜热材料的制备与调温性能研究

选择适合路面光热环境的有机相变材料,分3种导入模式制备相变改性沥青、硅藻土粉末状复合相变材料和陶砂粒状复合相变材料,根据制备材料的性能进行取舍,确定所用的复合相变材料.采用复合相变材料等体积替代矿粉和细集料制备潜热沥青混合料,并用温度监测系统测定其调温效果.结果表明:所制备的路面用潜热沥青混合料相比于基质沥青混合料,可降温8～10℃,因而料具有良好的调温效果.

抗冻型冷补沥青混合料优化设计及性能研究

为了应对云贵川等地山区凝冰灾害对路面造成的损伤，针对当前冷补沥青混合料抗冻性能较差的问题，采用2种沥青、2种稀释剂、2种添加剂配制冷补沥青，然后测试与冷补沥青混合料抗冻性能相关的性能指标，确定抗冻型冷补沥青混合料的配方．依据云贵川等地山区的气候特点，研究了-5～5℃冻融循环下冷补沥青混合料的抗冻性能．结果表明：以SBS改性沥青掺制的冷补沥青混合料初始马歇尔稳定度、黏聚性较以基质沥青掺制的冷补沥青混合料优异，即SBS改性沥青较适合作为冷补沥青的基体材料；随煤油掺量（质量分数）和添加剂外掺掺量（质量分数）的增加，冷补沥青的黏度显著下降，冷补沥青混合料初始马歇尔稳定度和黏聚性变差．推荐冷补沥青混合料的配方为：SBS改性沥青70％（质量分数）、煤油30％、添加剂外掺2％，集料级配采用AC一13中值．在此配比条件下，冷补沥青混合料抗冻性能优异．

沥青路面抗凝冰损伤功能性修复材料试验研究

针对冬季云、贵高原地区路面凝冰对表层沥青混合料造成的微损伤,研发高黏结力、高渗透性沥青路面抗凝冰损伤功能性修复材料,以防治沥青路面表层细集料剥落及麻面现象的产生.研究了SBR改性剂及G助剂对该修复材料常规物理性能、渗透性能及黏附性能的影响.结果表明:与SBR复配改性后,G助剂可使沥青路面抗凝冰损伤功能性修复材料的渗透性能显著提升,对路表构造深度影响小,有助于提高原位修复效果,而且对该修复材料蒸发残留物弹性恢复性能具有促进作用,但对其5℃延度有不利影响;随固化时间的延长,沥青路面抗凝冰损伤功能性修复材料对湿轮磨耗试件表面细集料的黏附效果优异,其抗水及抗冻融性能较未修复或喷洒普通乳化沥青试件显著提高.

沥青路面抗凝冰损伤防护材料研究

优选低表面能材料及高温改制沥青为成膜物质,从表面自由能的角度研究了这种疏水型防护材料的抗水、抗冻黏及抗冻融黏附能力.结果表明:疏水型防护材料具有优异的抗水、冰破坏性能,能够有效降低冰与路表结构的冻黏力;随涂膜固化时间的延长,防护材料对湿轮磨耗试件表面细集料的黏附效果优异,抗水及耐冻融黏附性能显著提高.抗凝冰损伤疏水型防护材料的应用对促进沥青路面预防性养护新技术的发展具有重要意义.

硅藻土沥青及沥青混合料低温抗裂机理(英文)

对一种基质沥青和3种硅藻土沥青进行了差示热扫描分析,并结合相应的混合料约束试件的温度应力试验分析了硅藻土沥青的低温抗裂机理.结果表明:硅藻土沥青有优于基质沥青的低温性能;玻璃态转化温度可以较好地反映硅藻土沥青的低温性能;玻璃态转化温度与破断温度有较高的相关性.另外还进行了相应的4种沥青混合料的低温弯曲试验、低温压缩试验和收缩系数试验.结果表明:硅藻土沥青混合料的低温性能优于基质沥青混合料;硅藻土沥青混合料临界弯曲应变能密度及压缩应变能密度均大于基质沥青混合料;沥青混合料加入硅藻土后收缩系数降低.在此基础上,从混合料收缩性能和破坏能量2个角度分析了硅藻土沥青混合料的低温抗裂机理.

基于黏弹特性的沥青疲劳损伤演化规律分析

以疲劳过程中沥青黏弹本构模型参数的变化分析沥青的疲劳机理.首先,结合常规疲劳损伤试验和频率扫描试验设计了循环频率扫描疲劳试验,并采用该试验测试分析了2种基质沥青在应变控制模式下的疲劳损伤演化规律;其次,建立了沥青损伤过程中黏弹参数主曲线簇变化规律,结合广义Kelvin-Voigt模型分析了沥青黏弹模型特征参数的变化规律;最后,基于敏感性分析,提出沥青疲劳损伤变量指标,并以此阐述了沥青疲劳损伤演化规律.研究发现:沥青疲劳损伤过程中,随着归一化模量值的降低,沥青黏弹参数主曲线簇均向纵坐标轴反方向移动,且其移动间距不断变化,相位角主曲线簇在高频范围内逐渐偏离低频范围时的线性趋势,复数模量相位角主曲线簇曲线长度呈现两端先缩短后增长的趋势,沥青损耗模量储存模量主曲线簇长度不断缩短;广义Kelvin-Voigt模型特征参数中仅E2,E3,E4和η0这4个参数存在2个明显的变化阶段.基于参数敏感性分析,提出以参数(E2+E3)/2作为沥青疲劳损伤变量,并验证了疲劳损伤变量变化规律与沥青疲劳裂纹扩展机制的相关性.

透层乳化沥青渗透评价方法及指标研究

综述了当前我国公路半刚性基层透层乳化沥青渗透能力的测试方法和评价指标的缺陷,针对现阶段我国对透层乳化沥青渗透性评价方法的盲目性和评价指标的随意性,提出用乳化沥青在堆积砂中的渗透效果模拟乳化沥青在半刚性基层的渗透性能,分析现阶段常用的普通乳化沥青和高渗乳化沥青经试验得到的渗透效果,进而研究出透层乳化沥青渗透性的量化评定指标。

中国路面工程学术研究综述·2024

近年来,中国公路建设成果斐然,路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力,推动路面工程可持续、高质量发展,从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路技术、路面材料基因与高通量、公路数字化及智能化、公路智能检测与高性能养护等七大研究方向,系统梳理了近年来国内外路面工程的发展现状、前沿热点问题与未来发展趋势。具体围绕公路绿色化、韧性化、智能化、长寿命与交能结合等领域,遴选了20个热点研究方向,涵盖公路致灾因素及失效机理、公路韧性评估与恢复、公路韧性提升关键技术、公路长寿命路面结构足尺试验、公路结构与功能寿命增强技术、公路清洁能源采集技术、公路能源自洽设计、公路路域环境影响测试与评估方法、低环境影响路面新材料、沥青路面温拌再生技术、路面材料基因研究、路面材料跨尺度计算、路面材料基因与高通量研究、公路数字化建模技术、公路数字孪生仿真技术、公路运维数据驱动技术、公路探地雷达检测技术、路面性能轻量化检测、公路沥青路面抗滑性能检测及恢复技术、公路高性能预防养护技术等主要内容。该综述可为中国路面工程学科发展提供指引和参考,为路面工程领域研究人员与技术人员提供参考和借鉴。

基于材料信息学的沥青混合料性能提升综述及展望

材料信息学是推进材料基因组计划的理论核心,为组成多相、结构随机、行为复杂、具有显著多尺度特征的沥青混合料性能提升与新材料研发提供了重要手段。为推动材料信息学在沥青混合料相关研究中的应用,综述了材料信息学理论在沥青及沥青混合料性能预测与耐久性提升方面的应用研究。首先,总结了材料基因组及材料信息学理论基本内涵及其在沥青路面材料领域的应用;然后,介绍了常见的材料数据标准,总结了沥青及沥青混合料材料多尺度特征与材料特征基因数据库发展;进而,介绍了基于化学组分、胶体结构基因特性的沥青性能预测及改性沥青组成优化研究,总结了数据挖掘及机器学习算法在沥青混合料力学及路用性能预测方面的应用,主要包括混合料设计指标、动态模量、高温抗车辙能力、抗疲劳性能、低温抗裂性及水稳定性预测模型,分析了基于性能预测及智能寻优方法的沥青混合料组成结构优化,从而实现混合料路用性能的定向提升;最后,讨论了沥青混合料材料信息学应用架构,分析了沥青混合料材料基因特性体系与基于机器学习的混合料性能预测研究可能面临的挑战,展望了未来沥青混合料材料信息学研究可能需要解决的问题。该综述对沥青路面材料耐久性提升具有推动作用。

应力、应变控制模式下沥青疲劳损伤演化规律

为深入了解控制模式对沥青疲劳性能的影响,全面掌握沥青的疲劳机理,针对普遍采用的2种基质沥青进行了应力和应变控制模式下疲劳损伤规律的研究。采用动态剪切流变仪,分别对沥青施加应力应变对荷载,对比分析每对荷载作用下沥青的疲劳损伤过程。分析了沥青在应力和应变控制模式下累计耗散能的变化规律;建立了2种控制模式下的累计耗散能增长模型及不同控制模式下累计耗散能的转换关系;提出了不同控制模式下沥青疲劳损伤演化规律的转换方法。研究结果表明:沥青的疲劳过程可以分为黏弹影响阶段和疲劳损伤阶段两部分;当采用应力应变对荷载时,应力、应变控制模式下的累计耗散能-荷载作用次数曲线呈对称关系;累计耗散能增长模型可以很好地拟合沥青疲劳过程中累计耗散能的变化规律;建立的转换方法可以实现应力、应变控制模式下沥青疲劳损伤演化规律的相互转换。

考虑触变性的沥青疲劳过程分析

为了深入研究沥青的疲劳机理,解决现有沥青疲劳机理中没有考虑触变性的影响这一关键问题,对4种沥青进行了稳态剪切试验、疲劳试验和愈合试验。根据试验结果建立了沥青的触变模型,分析了触变性对沥青疲劳过程的影响,并将触变性的影响从沥青的疲劳过程中分离出来。试验结果表明:指数触变模型可以较好地拟合稳态剪切试验下沥青粘度与剪切时间的关系;沥青抗剪切能力随着间歇时间的增加逐渐恢复;沥青的动态模量-相位角关系曲线可以较好地反映触变性对沥青疲劳过程的影响;触变性影响分离前后,沥青的疲劳曲线存在明显差别,因此仅依据损伤机理研究沥青的疲劳是不合理的,应综合考虑损伤和触变性在沥青疲劳过程中发挥的作用。

基于原子力显微镜的沥青微观损伤机理分析

为揭示微观尺度下沥青的损伤机理,采用原子力显微镜(AFM)对基质沥青及SBS改性沥青进行了测试分析。首先设计了一款AFM原位拉伸试验装置;然后,结合AFM原位拉伸试验测试了拉伸荷载作用下沥青表面不同微观结构及其力学性能;基于形貌测试结果和ABAQUS软件建立了沥青的二维有限元模型,分析了拉伸荷载作用下沥青表面的应力分布;最后,结合AFM测试结果和有限元模拟结果分析了沥青的微观损伤机理。研究结果表明:所研究的基质沥青表面存在3种微观结构,即蜂状结构、蜂壳结构和间隙结构,SBS改性沥青无明显蜂壳结构;间隙结构抗变形能力最弱,蜂状结构抗变形能力最强;SBS改性剂的加入降低了沥青表面的应力,且使应力分布更均匀;拉伸荷载作用下,沥青表面会出现相分离,随着荷载增大相分离现象加剧,相分离出现在沥青表面应力最大处;拉伸荷载作用下沥青的损伤演化过程中,沥青应力较大的间隙结构首先出现相分离,随着荷载增加,相分离不断加剧直至微裂纹产生。