基于分子动力学的废食用油改性沥青自愈合特性研究

为了揭示废食用油对沥青自愈合性能的影响机理,采用分子动力学方法研究了废食用油改性沥青的自愈合特性。构建了基质沥青和废食用油改性沥青模型,并通过能量、径向分布函数(RDF)、密度和溶解度参数对模型的合理性进行了验证。进一步,对含15微裂缝的基质沥青和废食用油改性沥青自愈合模型进行了动力学计算,对比分析了两种沥青自愈合过程中的结构相态,分子相对浓度以及晶胞参数和能量的变化。同时,对沥青及其各组分分子的运动特性进行了统计分析。结果表明,自愈合过程中,范德华力驱动沥青分子的扩散,同时,沥青分子受到拉伸作用逐渐填补微裂缝;随着温度升高,基质沥青和废食用油改性沥青中的微裂缝均可以更快地被修复。但超过318 K后,温度对沥青自愈合的促进作用不再明显。与基质沥青相比,废食用油改性沥青中的微裂缝较先消失,具有更好的自愈合效率;加入废食用油后,沥青中沥青质聚集体减小,其他组分分子有足够的扩散通道,同时,单一链状结构废食用油分子也具有较强的扩散能力,因此废食用油改性沥青的扩散能力整体强于基质沥青,也表现出更好的自愈合性能。研究成果有助于深入理解废食用油改性沥青的自愈合特性,研究方法也可以为类似研究提供参考。

餐饮废油对老化沥青的微观再生效应

为了从分子水平揭示餐饮废油(CWO)对老化沥青的再生机制,利用分子动力学和密度泛函理论方法分析CWO对老化沥青胶体性质的影响。通过溶解度参数和密度验证了构建的基质沥青,老化沥青及CWO再生沥青模型的合理性。从径向分布函数和沥青质二聚体结构角度探讨了加入CWO前后老化沥青胶体结构的演化规律及成因;从内聚能密度,剪切黏度,玻璃化转变温度角度表征了CWO对老化沥青胶体热力学性质的恢复效果。结果表明,老化破坏了沥青的溶-凝胶体结构,使其内部形成了致密的沥青质分子团聚。CWO发挥了解缔沥青质团聚的作用,部分恢复了老化沥青胶体的微观结构。与老化沥青质二聚体随机接触的CWO小分子占据了部分结合空间,通过物理空间阻隔使老化沥青质二聚体的结合距离由3.894Å增加至4.773~5.044Å之间,而结合能由68.482 Kcal/mol降低至40.157~55.376 Kcal/mol之间。与含氧端部相比,CWO分子的不含氧端部和中部更显著地削弱了老化沥青质二聚体的结合强度。CWO恢复了老化沥青胶体的微观结构,降低了老化沥青分子间的作用强度,一定程度上扭转了老化对沥青性能的负面影响,表现为CWO再生沥青的剪切黏度和玻璃化转变温度等热力学性质得到改善。研究成果有利于深入认识CWO对老化沥青的再生机制,也进一步证明了CWO作为老化沥青再生剂的潜力。

基于分子动力学的生物质油改性沥青相容性研究

为研究生物质油改性沥青的相容稳定性,基于分子动力学方法构建了基质沥青、生物质油改性沥青和SBS改性沥青模型,依据热力学判据、Flory-Huggins相互作用参数和分子极性对生物质油改性沥青和SBS改性沥青的相容性进行定量对比分析。借助荧光显微镜观测两类改性沥青以进一步验证和支持数值模拟结果。研究发现,在158 K和294 K处,SBS改性沥青出现了两次明显的玻璃化状态转变,而生物质油改性沥青仅在262 K处出现一次玻璃化状态转变;生物质油的溶解度参数与基质沥青的溶解度参数更为接近;SBS-基质沥青的相互作用参数(0.6891)高于生物质油-基质沥青(0.6120);生物质油的电偶极矩高于SBS改性剂,因而生物质油-基质沥青体系会产生强烈的吸引;SBS结构为直链线性,难以与沥青质等多环芳烃结构发生相互作用;SBS改性沥青的荧光显微结构中出现大规模荧光点,相态分离明显,而生物质油沥青荧光点少,相态均一。综合分析,生物质与基质沥青之间表现出更好的相容稳定性。

碎石封层的集料嵌挤状态与抗剥落性

采用自开发算法和自研发的轮式加速加载磨耗仪,研究了集料形态对碎石封层嵌挤结构与抗剥落性的影响.结果表明:80.7%的针状集料以平铺形式存在,对碎石封层嵌挤结构的影响较小,为保证良好的抗剥落性,其含量不宜高于16%;片状集料多以平铺或交叠形式存在,易引起相邻集料的移位和交叠,对集料嵌入率和保持能力不利,含量应控制在10%以下;当针状与片状集料同时存在时,碎石封层经历磨耗后的质量损失增加约2%;集料嵌入面积百分率兼具良好的稳定性与敏感性,是评价碎石封层抗剥落性的理想指标.

基于因子分析法的粗集料形态特征综合评价

通过因子分析法对大量粗集料样本进行参数指标数据分析,确定其中主要反映粗集料形状和棱角特征的指标,进一步通过相关性分析,提出粗集料综合形状指标(ASI)和粗集料综合棱角指标(AEAI)。研究结果表明:利用Canny算子和边缘追踪算法可以有效得到粗集料边缘特征;通过因子分析法可以将传统且操作简便的粗集料形态评价指标作为基本参数,提出粗集料形态的综合评价指标;ASI指标值越大,粗集料越接近于球体,指标值越小,粗集料越接近于针片状;AEAI指标值越大,粗集料的棱角性越丰富,指标值越小,粗集料的棱角性越差;粗集料综合形态指标具有较高的合理性和准确性,可以在缺少专用形态评价设备时高效评价粗集料形态。

基于 DSR 和 RV 的生物沥青结合料流变特性研究

探究了生物沥青的复数剪切模量、相位角、车辙因子和粘度随着不同温度、不同生物质重油掺量的变化而变化的情况.分析了根据粘温曲线确定生物沥青的拌合与压实温度存在的问题.研究表明,生物沥青的高温性能随着温度的增加及生物质重油掺量的增加而降低;在温度不大于135℃的范围内,随着生物质重油掺量的增加,生物沥青的粘度逐渐降低;生物沥青存在一定的老化现象;根据粘温曲线确定生物沥青拌合与压实温度的方法的适用性有待进一步研究.

粗集料棱角性的图像评价方法

利用自行研制的粗集料形态特征研究系统,分别采用颗粒周长法与分形几何法,提出粗糙度与分形维数2个指标对粗集料的棱角特征进行评价.将其计算结果与目前侵蚀膨胀法的表面参数指标进行了对比分析,并采用粗集料松装空隙率对粗糙度与分形维数2个图像指标进行了验证.研究表明:粗集料的粗糙度、分形维数与表面参数具有良好的一致性,均可以较好地表征粗集料的棱角性.粗集料的棱角特性与集料的粒径尺寸具有一定的相关性,集料粒径越大,其棱角性越弱.对于所采用的材料,卵石的棱角性最差,石灰岩、花岗岩、玄武岩与安山岩4个集料的棱角性差异并不显著.

橡胶热再生混合料低温性能与细观特征研究

以橡胶沥青再生混合料为研究对象,对冻融前后的小梁试件分别进行低温弯曲试验,研究不同胶粉掺量（6.4%,9.2%和14.1%）、不同胶粉细度（20目,40目和80目）和不同RAP掺量（25%,35%和50%）条件下的橡胶热再生沥青混合料的低温性能.基于工业CT无损检测技术,对冻融前后的橡胶热再生混合料试件分别进行扫描,并定量表征冻融前后试件体积指标的变化.研究结果表明：RAP掺量为25%,胶粉细度为80目,胶粉掺量为9.2%的橡胶热再生沥青混合料冻融后的低温性能下降幅度最小;相较于基质沥青热再生混合料,橡胶沥青热再生沥青混合料具有更好的耐久性及低温性能;通过对比工业CT扫描结果发现,冻融后的橡胶热再生沥青混合料试件闭口空隙率增大了20.3%,且在0~25mm3体积范围内的空隙数量减少了13.8%,在25~50 mm3体积范围内的空隙数量则增加了62.9%.

基于数字图像处理技术的粗集料级配特征

采用数字图像处理技术,利用自行研制的粗集料形态特征研究系统(MASCA),对粗集料的图像级配特征进行研究,提出将二维数字图像级配转换为三维机械筛分级配的修正方法.研究结果表明:数字图像级配与室内机械筛分级配具有较好的相关性,两者间的相对误差小于5%;该方法对于不同岩性石料与不同的工程级配均具有很好的普适性.采用MASCA系统来检测粗集料的级配特征具有较好的可行性.

土工格室加筋碎石基层变形机理的数值模拟

为了研究土工格室加筋碎石柔性基层材料的力学性能与变形机理,采用离散-连续耦合的方法对粒径为10~20 mm和20~30 mm的2档碎石和带有级配的碎石填料,以及3种最大粒径（NMAS）分别为37.500,31.500和26.500 mm的连续级配的集料碎石结构层在加载过程中的力学性能进行数值计算。同时对800 mm/200 mm（格室焊距/格室高度）,600 mm/200 mm和400 mm/150 mm这3种类型的土工格室加筋结构层进行力链分析。研究结果表明：在同一型号的土工格室下,不同填料结构层承载能力大小排序为：级配碎石;粒径为20~30 mm的碎石;粒径为10~20 mm的碎石。当连续级配碎石的公称最大粒径为31.500 mm时,土工格室加筋碎石结构层的承载能力最好。碎石结构层加筋后,加载板正下方区域的平均应力较未加筋时的应力增大38.4~49.5 k Pa,同时传递到下承层中心区域的荷载减小25.9~40.0 k Pa,强力链分布明显受到了一定的限制,强力链主要分布在土工格室范围内,弱力链主要分布在土工格室范围外。

生物沥青结合料的制备工艺及性能评价

为了研究生物沥青的制备工艺和基本性能,利用正交设计法研究不同因素(制备温度、拌和时间、重油掺量)对生物沥青性质的影响,并对生物重油掺量质量分数为20%、30%、40%和50%的生物沥青的针入度等级性能进行评价。研究表明:随着重油掺量的增加,生物沥青的针入度、软化点、延度值变化趋势分别为增大、降低、增大,而短期老化后,呈相反趋势;表观黏度随重油掺量的增加而减小;在高温条件下,生物沥青出现"剪切稀化"现象。

沥青混合料微细观结构的研究进展

回顾了沥青混合料微细观结构静态及动态识别的研究进展,论述了基于混合料微细观结构的力学特征数值模拟的研究进展,讨论了沥青混合料微细观结构研究中存在的问题,并对其研究方向进行展望。多项研究表明:CCD数码拍照技术与X-ray CT无损伤扫描技术可有效地识别沥青混合料内部结构的空间分布,这两种新技术有着不同的精度与适用范围;X-ray CT是研究沥青混合料内部结构对外部同步加载响应机理的重要途径;有限元、离散元和边界元等诸多数值模拟方法为全面分析沥青混合料微观结构与宏观路用性能的关系提供了新的途径。

青藏高原多年冻土区路基温度场数值模拟

根据青藏公路沿线近30年的气象资料,考虑太阳辐射、气温、风速、风向、蒸发等第二类、第三类边界条件,结合路线走向、路基高度、路面类型状况,对青藏公路五道梁地区路基温度场进行有限元分析。经验证,计算结果与路基温度场实测资料基本一致。有限元分析表明,在年周期内路基边界处的温度仍然可按正弦曲线较好地加以拟合;路线走向对冻土路基温度场的对称性有着重要影响,东西走向路基阴阳坡效应最为显著,南北走向路基的温度场基本对称;当路基存在坡向差异时,其阴阳坡效应的强弱与季节密切相关,夏季较弱,冬季较强。

粗集料二维形状特征的图像描述

利用自行研制的粗集料形态特征研究系统(MASCA),采用数字图像处理技术,提出了以轴向系数与圆度这2个指标来表征粗集料的二维形状特征.研究表明:随着集料粒径的增大,其轴向系数呈下降趋势,岩性特征与集料的轴向系数间并无密切关联.卵石颗粒的圆度显著地接近于1,石灰岩、花岗岩、玄武岩和安山岩这4种集料的岩性特征对其圆度影响不大.

青藏高原冻土区路面类型对路基温度场影响的非线性分析

采用焓模型, 建立含相变的冻土路基温度场, 综合考虑气温、太阳辐射、风速风向、坡面蒸发等气象因素, 将诸多气象因素归结为第二、三类边界条件的叠加组合, 对不同气温地区的沥青路面及水泥路面路基温度场进行了有限元计算. 结果表明: 路面类型对冻土路基温度场有着重要影响, 水泥路面的采用可有效地降低路面温度, 延缓冻土上限下降速率, 从而可以有效保护基底多年冻土; 从对基底冻土上限影响的角度来看, 路面类型、外部气温与路基高度三者间存在一定的动态等效关系.

基于离散-连续耦合方法的土工格室加筋碎石承载能力数值模拟

土工格室加筋碎石基层材料具有较强的适应路基变形能力，然而其承栽能力与变形机理并不明确．通过采用离散-连续耦合的算法分别对格室高度为100、150、200mm；格室焊炬为400、600、800mm的9种土工格室加筋碎石基层复合结构与无格室碎石基层复合结构在加栽过程中的力学性能进行数值计算。并对土工格室结构弹性模量进行对比分析．研究结果表明：对碎石采用土工格室加筋处理后，路基承载能力得到了较大的提高，土工格室结构层弹性模量提高比例最大为38．61％；格室高度一定的情况下，土工格室结构层的承栽能力随着格室焊距的减小而增强；在格室焊距一定的情况下，土工格室结构层的承栽能力随着格室高度的增大相应提高；型号为400—200mm的土工格室结构层，竖向变形大的区域占整个下承层顶面面积的17．36％，且分布较均匀，加筋效果最好。

基于X-ray CT的沥青混合料三维重构方法

沥青混合料内部的细微观结构对沥青混合料的路用性能有很大的影响,很有必要开发一种可以进行沥青混合料内部结构受力状况分析的三维重构模型。基于X-ray CT技术,每隔1mm获取沥青混合料试件断层图像,共64张。将控制集料、砂浆、空隙三者之间的阈值进行物质的区分。利用Matlab自编程序完成沥青混合料的三维重构,并提出了一种获取沥青砂浆黏弹性参数的方法。用该模型进行数值模拟后的试验结果与室内试验结果有很好的吻合,验证了本重构方法的正确性。

多年冻土地区隔热板路基工作机理研究

利用非线性有限元方法,对多年冻土地区隔热板路基温度场的变化特征进行数值模拟,进而对隔热板路基的工作机理进行研究。研究表明:路基内部铺设隔热板后,路基温度场的分布特征受到很大影响;板下土体与外界的热交换强度大大减小,对外部温度变化的响应速度显著降低;隔热板在不同季节起到不同的作用,在夏季阻止外部热量进入路基,有利于路基稳定,而在冬季则阻止路基热量的对外散发,不利于路基稳定;暖季施工的隔热板路基在建成初期稳定性相对较差,后期其冻土保护效果显著。

多年冻土路基对流换热试验方法

对流换热是多年冻土地区路基对外热交换的重要形式。利用自行开发的热风环境试验机,考虑不同路面材料类型、风速变化、温度梯度3个因素,对影响冻土路基温度场的对流换热状况进行室内模拟试验研究。研究表明:风速、温度梯度、路面材料类型3个因素对于对流换热系数有着交互影响,随着风速与温度梯度的增加,对流换热系数呈上升趋势。沥青路面材料的对流换热系数较水泥路面材料稍大。研究中给出了不同状况下对流换热系数的回归公式,并分别给出青藏高原地区沥青混凝土路面及水泥混凝土路面对流换热系数的推荐值。

热拌沥青混合料的工作性测试新方法

沥青混合料的工作性是用于评价热拌沥青混合料铺筑及压实性能的重要指标。该文利用开发的设备对影响沥青混合料工作性的因素进行全因素试验,并对其影响效果进行评价。