大掺量温拌再生沥青混合料路用性能研究

为了提高沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量,解决热再生混合料拌和温度过高的问题,针对大掺量温拌再生技术开发专用温拌再生剂,对温拌再生沥青性能进行分析;基于和易性一致原则提出大比例温拌再生温度控制工艺设计,完成大比例温拌再生混合料配合比设计,并开展温拌再生混合料综合路用性能分析。结果表明,开发的大比例温拌再生剂具备良好的再生效果,可以实现在降低20℃条件下完成拌和及压实,路用性能检验高低温性能变化、水稳定性变化及动态模量变化,均能达到普通热拌沥青混合料路用性能效果。提出的温拌再生剂及大比例温拌再生混合料设计方法为道路固废资源化利用提供了有效的工程应用参考。

活-硫共混橡胶改性沥青混合料路用性能及机理研究

为了在橡胶改性沥青的基础上继续提高废旧橡胶的利用率,同时解决橡胶改性沥青黏度大、易离析的问题,将易溶于沥青基体的活化橡胶与硫化橡胶共同掺入基质沥青进行改性,制备高掺量活-硫共混橡胶(activated-vulcanized compound rubber,AVCR)改性沥青。通过改性沥青聚合物离析试验、沥青动态剪切试验和沥青低温弯曲蠕变试验,测试AVCR改性沥青的技术性能,通过高温车辙、三轴压缩、低温小梁弯曲和冻融劈裂试验,对比AVCR改性沥青混合料相对于硫化橡胶(vulcanized rubber,VR)改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料在路用性能方面的优势,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察并分析AVCR改性沥青的微观机理。结果表明:相比于VR改性沥青和SBS改性沥青,AVCR改性沥青的失效温度分别提高了15.1℃和20.5℃,蠕变劲度模量分别降低了76 MPa和89 MPa,高低温性能均有明显提升;AVCR改性沥青混合料相比其他2种改性沥青混合料,高温性能和抗水损坏性能优良,低温抗裂性能突出,其最大弯拉应变分别比SBS和VR改性沥青混合料高出29.4%和10.8%;AVCR改性沥青微观呈现“海岛结构”,其中活化橡胶、硫化橡胶和沥青均匀融合,整体性好,同时具有一定的抗变形能力。研究结果可为AVCR改性沥青混合料在路面工程中的应用提供参考。

沥青与矿料粘附性的测定方法

探讨采用粘附功试验表征沥青与矿料粘附性的可行性,以润湿吸附理论为基础,讨论了沥青与矿料的粘附性与粘附力的内在关系;分析了沥青矿料表面润湿性能对界面粘结强度的影响,提出了以粘附功作为沥青与矿料粘附性的表征指标,设计了以沥青表面张力γ以及沥青在矿料表面接触面θ为基本参数的试验方法;最后对微观分析和水煮试验结果进行了比较。结果表明,粘附功试验表征沥青与矿料粘附性是可行的,试验数据精确,可达到0.01×10-3N/m。

基于表界面理论的沥青路面水损坏模型研究

沥青混合料水损坏是沥青路面主要破坏形式之一。基于表界面理论,推导出沥青在矿料表面的粘附模型和水损坏模型;通过柱状灯芯技术和插板法,测得2种矿料和2种沥青的表面能参数指标;带入模型分析得出,沥青在矿料表面的粘附趋势以及发生水损坏的趋势;讨论了沥青和矿料的表面能参数对粘附及水损坏的过程的影响;最后分析了石灰石与沥青抗水损坏能力强的根本原因。

偶联剂改善沥青混凝土性能及油石界面试验研究

试验探讨了偶联剂作为油石界面改性剂对沥青混凝土性能改善的可能性 .试验发现 ,偶联剂无论对酸性花岗岩石料还是中性玄武岩石料的沥青混凝土性能都具有明显的改善作用 .添加偶联剂的沥青 ,对石料的黏附等级达到 5级 ,而改性前的沥青与花岗岩和玄武岩的黏附等级仅为2级和 3级 ;马歇尔稳定度比基质沥青混凝土提高 1 0 %～ 2 0 % ,马歇尔模数提高约 6% ,残留马歇尔稳定度提高 1 8%～ 2 8% ,3次冻融循环后的劈裂强度比相对于基质沥青混凝土提高 2 5 %～33% .红外光谱分析证实 ,偶联剂在花岗岩和玄武岩石料表面均形成一层偶联层 .消耗石料表面残留水分。

添加PR PLASTS抗车辙剂沥青混合料试验研究

通过试验研究添加不同剂量的PR PLASTS对沥青混合料性能影响。结果表明:PR PLASTS抗车辙剂可以显著提高沥青混合料的抗车辙性能,明显改善沥青混合料的低温抗裂性能,对抗水损害性能也有一定的作用。分析得出抗车辙剂改善沥青混合料高温抗车辙性能是机械嵌挤力、纤维/纤维网约束力、胶结力以及吸收沥青中的轻质油分这4方面因素共同作用的结果。结合纤维网约束机理,对其临界用量进行了解释;基于应变能理论,分析了PR PLASTS改善沥青混合料低温抗裂性的作用机理。

基于表面能理论的除冰盐侵蚀沥青矿料界面机理研究

冬季沥青路面除冰雪养护工作中,醋酸类新型除冰盐的使用已对沥青路面造成侵蚀破坏,本文依据表面能理论研究分析新型除冰盐对沥青混合料的侵蚀破坏机理.研究首先利用Van Oss三相物质界面接触过程中的自由能变化理论,构建溶液侵蚀沥青-矿料界面动力学模型;基于Young-Dupré液体在固体表面接触角理论,利用滴落法和毛细管上升法求解出沥青、石灰石矿料的表面能参数;并利用逆向求解的方法得到不同浓度除冰盐溶液的表面能参数;计算得出除冰盐侵蚀破坏过程的三相系统(沥青、矿料和除冰盐溶液)的吉布斯自由能变化,从而基于表面能理论以及分子官能团组成角度进行了深入的机理解释.结果表明:醋酸类除冰盐溶液对沥青-矿料的界面侵蚀破坏的能力较蒸馏水强,且侵蚀趋势随溶液浓度增加而增加,反应过程自发性逐渐增强;侵蚀破坏主要与醋酸类除冰盐中醋酸根双亲(亲水亲油)的乳化特性以及沥青-矿料界面处的缺陷有关.

再生剂对高掺RAP再生沥青混合料性能的影响

基于沥青性能指标,通过试验,确定再生剂的最佳用量。采用"高性能沥青路面"沥青混合料设计方法,对新拌沥青混合料、掺加50%废旧沥青混合料热再生沥青混合料及掺加50%RAP+再生剂热再生沥青混合料的综合路用性能进行了试验研究。试验结果表明:再生剂的加入使旧沥青混合料中老化沥青的粘结性能得到恢复,使再生混合料抗水损害的能力得到改善;掺加再生剂能够软化高含量RAP热再生沥青混合料,但是这些混合料的劲度模量比新拌沥青混合料的要大,且具有更好的高温稳定性;掺加适量的再生剂能够提高高含量RAP热再生沥青混合料的低温抗裂性。

聚氨酯稳定橡胶颗粒新型路面材料除冰雪机理分析

聚氨酯稳定橡胶颗粒混合料是一种新型路面材料,与普通沥青混合料相比具有高强、高弹、耐久等特点,因而可以作为具有抑制冻结/自应力破冰功能路面材料使用。该材料具有复杂的物理组成,其表面冰层在荷载作用下的应力应变响应与材料的微观结构密切相关。该文结合混合料的除冰试验现象进行仿真分析:基于数字图像处理技术结合有限元软件构建混合料的微观结构模型,模拟不同温度和配比条件下混合料表面冰层在轮载作用下的力学响应。计算结果表明:冰层在荷载作用下产生的局部弯拉变形破坏是路面自应力破冰的主要原因,除冰能力随温度的降低略有下降,同时增加混合料中橡胶颗粒含量对提高路面破冰能力效果显著。室内试验及理论分析证明聚氨酯稳定橡胶颗粒混合料具有良好的路用性能、除冰/抑制冻结性能、耐久性能。

高模量沥青混凝土路用性能试验研究

高模量沥青混凝土是一种通过提高沥青路面的劲度模量,来提高沥青路面高温抗车辙性能的新型材料。针对高模量改性剂PR.Modulus干法工艺制备的高模量沥青混凝土的路用性能展开室内试验研究。结果表明,添加高模量剂PR.Modulus的高模量沥青混凝土可以有效提高沥青混凝土路面的高温稳定性;低温抗裂性能保持不变,水稳定性能也有所提高。对动态模量试验数据的分析得知,提高沥青混合料弹性模量可以有效减缓高速公路沥青混凝土路面车辙的产生。

新型除冰盐对沥青及沥青混合料的侵蚀试验研究

使用新型除冰盐除冰雪后,沥青路面出现沥青软化、沥青膜剥落、混合料松散等新型病害而导致沥青路面耐久性下降。通过室内试验模拟沥青路面受除冰盐侵蚀环境,对沥青结合料性质、沥青-矿料界面黏附状况以及沥青混合料力学强度等指标的测定,分析沥青、沥青-矿料界面及其混合料在不同除冰盐浓度、不同侵蚀时间条件下的性能变化规律。试验结果表明:在新型除冰盐的侵蚀作用下沥青结合料发生软化;沥青与矿料的黏附性下降,出现沥青膜剥落现象;降低沥青混合料的劈裂抗拉强度。通过对比试验可知SBS改性沥青在抵抗除冰盐方面性能要优于基质沥青,微量增加沥青用量对混合料抵抗除冰盐侵蚀性能提高无明显效果。

100%RAP的温拌再生沥青混合料的路用性能研究

沥青路面施工行业一直存在较大的节能减排的压力。一方面可以通过降低沥青混合料的拌和、摊铺温度来实现;另一方面,废旧沥青路面材料(RAP)的回收也是一个可行方案,既可减少废物的生产,同时又有利于减少资源的消耗。该文开展了一项温拌沥青配合使用RAP集料的研究:在低于常规热拌混合料工艺温度的条件下,生产含有100%RAP温拌再生沥青混合料。使用100%RAP和不同乳化沥青含量制备几种温拌再生沥青混合料(WMRA),并通过室内试验对它们的性能进行了评估,如水敏感性、劲度模量、抗疲劳性能和抗车辙性能。结果表明:这些WMRA可替代常规热拌沥青混合料用于公路路面。

沥青路面镶嵌橡胶块铺装结构破冰机理研究

通过数值仿真手段研究自应力破冰机理,对不同工况下模拟镶嵌有橡胶块的沥青路面铺装结构上冰层经受轮胎荷载的力学响应进行分析,使用关键值分析法(峰值应力、应变与其极限值的比值)判断冰层的受力状态并对不同类型的工况进行对照分析,得到冰层在荷载作用下的开裂规律.计算结果表明:覆盖在沥青路面镶嵌橡胶块铺装结构表面的冰层在轮载作用下发生破坏,冰层开裂的形式是应力破坏与变形破坏综合作用的结果,影响自应力破冰的关键因素是轮胎荷载与橡胶块的接触重叠度和作用频率.

沥青胶浆高温性能及评价方法

为了研究沥青胶浆的高温性能,采用了3种试验方法——锥入度试验、动态剪切流变试验和旋转粘度试验,分析了石灰石矿粉、水泥和消石灰3种填料以及4种粉胶质量比(0.6,0.8,1.0,1.2)对沥青胶浆高温性能的影响,并把不同试验方法得到的结果进行了比较。结果表明:水泥和消石灰可以增加沥青胶浆的稠硬性,提高沥青胶浆的抗剪强度、抗车辙因子和粘度,从而有利于改善沥青胶浆的高温性能;锥入度试验得到的抗剪强度指标可以很好地区分不同填料、不同粉胶质量比对沥青胶浆性能的影响,并与抗车辙因子和粘度指标之间有很好的相关性,是一种评价沥青胶浆高温性能的有效方法。

基于响应曲面法的ACVR改性沥青配比设计及流变性能研究

为研究活-硫共混橡胶(Activated-Vulcanized compound rubber,ACVR)复合改性沥青的效果,根据响应曲面设计原理,以活化橡胶(Activated Rubber,AR)、硫化胶粉(Vulcanized Rubber,VR)为改性剂,制备不同条件(活化程度、活-硫橡胶混配比、橡胶掺量)下的ACVR复合改性沥青,以针入度、软化点、延度、旋转粘度为响应指标,确定ACVR复合改性沥青的最佳优化方案,并进一步探讨了ACVR复合改性沥青的流变性能。结果表明,ACVR复合改性沥青的优化方案为:活化程度73.7%、活-硫橡胶比1.6、橡胶掺量40%。在此条件下ACVR复合改性沥青的高温抗车辙与低温抗变形能力得到极大改善。

复合改性技术对高掺量铁尾矿沥青混合料水稳定性的影响

本实验研究了SBS改性沥青、偶联剂及其复合改性技术对提升铁尾矿与沥青界面粘附效果。针对2个不同铁尾矿掺量、2种结合料及3种不同改性工艺进行了混合料配比设计及路用性能研究,分析了粘附效果的同时利用汉堡实验对长期水稳性能效果进行了相关研究。结果表明,通过SBS改性沥青、偶联剂及其复合改性可以明显提高含铁尾矿混合料的水稳定性,整体路用性能也获得一定的提升,从宏观效果及微观指标证实了复合改性的粘附改性功效,并证实了复合改性技术显著提升含铁尾矿的耐久性。

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.

平衡设计法热再生混合料动态模量试验分析

为了提高热再生沥青混合料中沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的掺量,解决传统设计方法得到的大掺量热再生料路用性能较差的问题,以动态模量试验验证平衡设计法作为提高RAP掺量的有效路径。通过沥青混合料性能试验机测试4组不同RAP掺量的平衡设计法沥青混合料和1组马歇尔设计法沥青混合料的动态模量和相位角。结果表明:采用平衡设计法的沥青混合料,高RAP掺量在低频/高温条件下保持良好弹性状态,高频/低温条件下保持与普通热拌料相近的黏弹性,实现了大掺量RAP热再生混合料力学指标感温性的降低;基于路面材料病害能量原理分析,采用平衡设计法的大掺量RAP热再生混合料高温情况下具有更高的抗车辙因子,中温条件下具有更低的疲劳耗散因子,即混合料具有更好的抗车辙和抗疲劳性能。综合分析,针对大掺量RAP热再生混合料采用平衡设计法,能有效满足各方面性能要求,实现大掺量RAP热再生混合料均衡设计,为提升RAP高效再生提供有力的设计手段。

SEBS改性沥青性能研究与机理分析

试验探讨了SEBS作为沥青改性剂应用的可能性 .试验证明SEBS改性沥青具有优良的基本物理性能 ,质量分数为 4 5 %SEBS改性国产青岛沥青的PI提高到 0 35 ,软化点达到 5 9℃ ,5℃延度也达到了 2 6cm .参照国家SBS改性沥青的技术要求 ,SEBS改性国产青岛沥青的性能介于I C和I D之间 ,SEBS改性壳牌沥青的性能介于I B和I C之间 .经紫外光老化试验证明 ,SEBS作为改性剂可大大提高改性沥青的耐光氧老化性能 ,其老化后性能远高于SBS改性沥青 ,提高了改性沥青的使用寿命 .在公路上应用 ,可以增加路面使用寿命 。

橡胶沥青防水粘结层层间抗剪性能试验分析

利用室内剪切试验模拟水泥混凝土桥面防水粘结层的界面受力状态,从沥青喷涂量、碎石撒布类型、桥面板界面处理状况、环境温度等方面系统分析影响其层间抗剪性能的各种因素及变化规律,以此提出提高橡胶沥青防水粘结层层间抗剪性能的各项技术措施,为充分发挥橡胶沥青防水粘结层的层间抗剪性能,必须严格控制其在高温状态下的抗剪和粘结性能,喷洒量和喷洒温度应控制在1.8～2.2kg/m2和190～200℃,同时,撒布粒径为2.36～4.75mm、撒布量为10kg/m2左右且经过预热处理的洁净碎石,而且,还应将桥面板的表面粗糙程度控制在合理的范围内,当抗滑摆值在45～55之间时,其层间抗剪强度出现最大值.