沥青混合料中集料迁移的表征方法与评价指标综述

集料作为沥青混合料的主要组成部分,通过表征其在混合料中的迁移特性来量化其形态特征和粒径对沥青混合料性能的影响,对研究混合料细观结构变化及预估路面变形类病害有重要意义。目前,表征不同形态特征和粒径集料迁移特性方法的系统性研究仍有待完善。为评述不同集料迁移特性的表征方法与评价指标,本文对表征集料形态特征及粒径分布的传统试验、图像、数值仿真方法进行总结;从数字图像处理、传感器、离散元方法等角度,对现有追踪不同集料迁移及分布特征的光学扫描设备、算法、传感器、软件种类及适用范围等进行对比;通过分析可量化集料迁移特性的空间位移、空间旋转角、欧拉角、加速度、位移增量等17种指标,对混合料中不同集料颗粒运动规律的评价方法进行研究。最后,基于现有表征和评价不同集料迁移特性方法和指标的不足,对未来研究沥青混合料细观结构的方法和评价指标进行展望。

基于改进YOLOv5的路面裂缝检测算法

针对使用YOLOv5模型检测路面裂缝未能充分考虑裂缝尺度差异大、目标小的特性以及与背景不易区分等因素导致检测精度低的问题,提出了一种基于改进YOLOv5的路面裂缝检测算法.首先,引入Swin Transformer模块到YOLOv5模型中,提升网络全局特征提取能力.其次,在主干网后增加膨胀卷积模块,旨在特征融合前提取主干网全局特征信息.最后,通过加入注意力机制模块来增强模型对检测目标的关注力并削弱背景干扰因素的影响.实验结果表明,改进YOLOv5模型在路面裂缝数据集中检测精度有较大提升,相比原模型平均精度均值提升了3.4个百分点,其中龟裂精度提升最明显,且检测裂缝的平均精度均值高于其他典型的一阶段目标检测算法,证明了改进YOLOv5模型的有效性.

稻壳灰生态混凝土的力学及植生性能

【目的】利用工业发电过程中产生的废弃稻壳灰替代硅灰制备稻壳灰生态混凝土,改善生态混凝土的强度和植生性能,降低生态混凝土制造成本的同时保护生态环境。【方法】采用稻壳灰部分代替硅灰作为胶凝材料,保持硅灰和稻壳灰质量之和不变,对稻壳灰代替硅灰进行第1次配比设计,研究水和胶凝材料的质量比(水胶比)、稻壳灰替代率对稻壳灰生态混凝土强度的影响,确定最佳水胶比和稻壳灰替代率的取值范围;进行第2次配比设计,采用Design Expert软件进行响应面分析,研究水胶比、稻壳灰替代率和孔隙率对稻壳灰生态混凝土抗压强度和抗折强度等力学性能的影响,确定最佳水胶比和稻壳灰代替率,并采用狗牙根、黑麦草、高羊茅3种草本植物验证稻壳灰生态混凝土的植生性能。【结果】随着稻壳灰替代率的增大,稻壳灰生态混凝土的强度呈现先增大后减小的趋势,最佳稻壳灰替代率为55%;3种草本植物均能够在稻壳灰生态混凝土中正常生长,高羊茅植生性能最佳。【结论】稻壳灰可以替代硅灰用作胶凝材料,制备的稻壳灰生态混凝土具有良好的力学性能和植生性能。

铝锆偶联剂改善生物沥青混合料水稳定性研究

为了提高生物沥青与石灰岩集料的黏附性,采用铝锆偶联剂对石灰岩集料进行改性.采用改进水煮试验、接触角试验分析铝锆偶联剂对生物沥青与石灰岩集料黏附性的影响;基于红外光谱和扫描电子显微镜试验分析微观变化和改性机理;采用沥青混合料水稳定性试验对石灰岩集料性能变化进行验证.结果表明,在0.2%铝锆偶联剂掺量下的15 min水煮试验中,生物沥青质量损失率相较改性前降低了20.52%;铝锆偶联剂使石灰岩集料由亲水性转变为亲油性,生物沥青与石灰岩集料的配伍率提升;红外光谱表明改性石灰岩集料表面引入了铝锆偶联剂的有机长链;扫描电子显微镜观测发现,铝锆偶联剂能在石灰岩集料表面形成薄膜,完成化学包裹;改性后的生物沥青混合料的残留稳定度与冻融劈裂强度比相较于改性前分别提升了7.91%与12.63%.

大掺量钢渣微粉-水泥泡沫轻质土的性能

【目的】提高钢渣利用率,实现部分钢渣替代水泥制备钢渣微粉-水泥泡沫轻质土,制备更加经济型的高性能泡沫轻质土。【方法】采用抗压强度、抗硫酸盐腐蚀等试验研究不同钢渣微粉掺量(质量比,下同)、水灰比(质量比,下同)、湿密度等泡沫轻质土物理力学特性及耐久性。【结果】随着钢渣微粉掺量的增加,泡沫轻质土抗压强度降低,吸水率增大,沉陷距减小;随着水灰比增大,泡沫轻质土吸水率、流值、沉陷距增大,抗压强度呈现先增后减的趋势,水灰比为0.7时,龄期为7、28、60 d的抗压强度达到最高,分别为0.68、0.90、1.28 MPa;随着湿密度的增大,抗压强度和流值增大,吸水率减小,沉陷距增大;施工湿密度为600 kg/m^(3)、水灰比为0.70、钢渣微粉掺量为50%时,泡沫轻质土水稳定系数为0.852,冻融稳定系数为0.752,28 d抗压强度可以达到0.90 MPa。【结论】钢渣微粉和碱性激发剂的掺入,能够有效提高钢渣利用率,同时减少水泥使用量;掺量为50%的钢渣微粉-水泥泡沫轻质土的力学性能得到保障。

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。

C_(9)石油树脂对3D打印沥青性能影响研究

SBS/胶粉复合改性3D打印沥青作为裂缝修补材料存在相容性不足的问题.为改善其储存稳定性并保证其高温性能,选用不同掺量的C_(9)石油树脂对3D打印沥青进行改性.根据针入度、软化点、延度、锥入度、弹性恢复率、177℃旋转黏度等试验,研究C_(9)石油树脂对3D打印沥青物理性能的影响;采用离析试验评价C9石油树脂对3D打印沥青相容性的影响;通过温度扫描试验和多重应力蠕变恢复试验探究C_(9)石油树脂对3D打印沥青流变性能的影响;借助傅里叶变换红外光谱仪和荧光显微镜进一步分析3D打印沥青微观结构.宏、微观试验结果表明,当C_(9)石油树脂掺量从0%增加至4%,3D打印沥青的针入度和锥入度分别减小5.7%和6.3%,软化点和177℃旋转黏度分别提升1.25℃和0.42 Pa·s,延度和弹性恢复率小幅降低;3D打印沥青的48 h软化点差值从6.7℃降至1.6℃,相容性得到有效改善;3D打印沥青的高温稳定性和抗永久变形能力增强;3D打印沥青中芳香酚含量增加,聚合物改性剂均匀分布、充分结合形成更稳固的空间结构,此过程主要表现为物理改性.推荐3D打印沥青中C9石油树脂的最佳掺量为4%.

3D打印制备人工集料及性能研究

受岩石种类及力学性能的影响,传统工艺所生产的集料形态存在明显差异,难以定性和定量研究其对沥青混合料性能的影响。因此,本文基于3D打印技术,提出一种形态特征、粒径和体积可调控的人工集料制备方法。首先,扫描并获取不同形态特征集料的三维模型,调整获取模型的粒径及体积,以聚乳酸(PLA)为原材料,3D打印特定形态、粒径和体积的集料颗粒。然后,使用硅胶复模方法,以水泥砂浆为原材料,制备具有特定形态特征的人工集料。结果表明,所制备人工集料的表面积误差小于6%,体积误差小于3%,压碎值、磨耗值、坚固性、黏附性等级等质量技术指标均符合规范要求。通过3D打印技术,可制备形态特征良好、具有特定粒径和体积的人工集料用于代替天然集料,为进一步开展集料形态特征对沥青混合料性能影响的相关研究提供技术支撑。

3D打印技术在沥青路面养护工程中的应用研究

现有沥青路面传统养护技术在自动化和标准化方面存在不足,容易引发施工人员安全、气候环境制约、施工质量欠佳等问题,推荐将具有自动化、精确化、灵活化等优势的3D打印技术引入沥青路面养护工程中,通过对3D打印技术的原理、材料与应用现状进行总结分析,对3D打印沥青材料的性能和制备、沥青3D打印技术的应用优势进行研究阐述,在材料选择和技术应用方面为沥青3D打印技术的进一步发展提出了建议和展望,以期为3D打印技术在沥青路面养护领域的科学研究和工程实践提供参考。

基于改进YOLOv5的复杂背景下路面裂缝检测

针对现有算法检测含光影斑驳、车道线等复杂背景下路面裂缝图像效果不佳的问题,提出一种基于YOLOv5的裂缝检测改进算法YOLOv5-CG。首先,添加坐标注意力(coordinate attention,CA)模块,将背景噪声隐化,从而使模型针对性地聚焦于有用特征;其次,将原网络中的Conv模块替换为GhostConv,降低网络的复杂度;最后,建立包含多种背景噪声、视域开阔的路面裂缝病害数据集,解决开源裂缝数据集背景较简单的问题。在自建数据集上进行实验,结果表明:YOLOv5-CG的平均精度均值(mean average precision,mAP)相比原算法提升了3.07%,参数量下降了16.95%,且检测精度与速度均优于其他主流目标检测算法。

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。

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。

高旧料掺量下平衡设计法与马歇尔设计法对比

平衡设计法秉持混合料性能平衡的理念,为增强就地热再生混合料性能提供了配合比设计领域的新方向。为探究平衡设计法在就地热再生领域所发挥的效能,采用就地热再生平衡设计流程对3种高旧料掺量(reclaimed asphalt pavement,RAP)的热再生沥青混合料进行配合比设计,并与马歇尔设计法进行对比,完成路用性能分析。以流变学性能指标确定了最佳再生剂掺量,以沥青混合料高低温性能试验确定了最佳沥青含量,以多类型路用性能试验研究了两种设计法在就地热再生技术中的适用性。结果表明:平衡设计法的最佳沥青含量在各RAP掺量下均高于马歇尔设计法;平衡混合料的路用性能均可满足规范要求;马歇尔混合料在70%~80%RAP掺量的低温性能不满足规范要求。虽然平衡设计法对混合料高温性能造成削弱,但RAP掺量越高,该影响越低;且比马歇尔设计法更能保证混合料的低温、疲劳与水稳定性能,显著增强了就地热再生混合料的综合性能。因此平衡设计法比马歇尔设计法更适用于就地热再生技术。

土石混填路基材料最大干密度的影响因素研究

鉴于使用细粒土评价土石混填路基材料的性能适用性及合理性不足,通过对不同粗颗粒含量及不同最大粒径的30种不同级配的土石混填材料进行击实试验,分析了粗颗粒含量与最大粒径对混填路基材料的影响。考虑了密度干涉系数、校正系数,提出了新的最大干密度的理论计算方法。与传统方法相比,新方法的计算结果更接近实测值,且相对误差减小了73%。

倒装式级配碎石层厚度对沥青路面设计指标的影响研究

大量的研究表明,柔性基层具有水稳定性好、承载力优良、施工方便等诸多优点。依托实体工程,分别采用ABAQUS和BISAR对5种厚度的级配碎石半刚性基层过渡层的路面结构进行分析计算,分析沥青层底拉应力设计弯沉两个设计指标与级配碎石和模量的关系。研究表明:随着级配碎石厚度的增加,沥青面层拉应力与设计弯沉均呈上升趋势。增加级配碎石模量有助于改善受力状况。作为半刚性基层过渡层,级配碎石层厚度应控制在15 cm内,其模量应大于400 MPa。

环氧复合材料抗滑表层粘结性能研究

将环氧复合材料用作沥青路面修复抗滑表层,以拉拔强度和紫外老化后的拉拔强度损失率为评价指标确定了环氧复合材料的最佳摊铺量。基于最佳摊铺量探究了界面污染程度及环境温度对环氧复合材料粘结性能的影响,并利用Zeta电位试验和CT扫描试验分析了环氧复合材料与路面结构的粘结机理。结果表明:提高环氧复合材料摊铺量可以增大其拉拔强度,降低其在紫外老化后的拉拔强度损失率。结合经济性考虑,推荐2 kg/m^(2)为环氧复合材料的最佳摊铺量。灰尘和机油污染会严重降低环氧复合材料的粘结性能,50 g/m^(2)的灰尘和机油污染分别使拉拔强度降低了35%和48%。高温下复合结构的粘结性能较差,60℃时的拉拔强度较30℃下降了61%。环氧复合材料和沥青路面微观上存在静电力作用,宏观上具有较高的机械咬合力,共同增强了彼此间的粘结性能。

基于离散-连续耦合的落锤-路面动态相互作用研究

落锤冲击是一种典型的中低速碰撞,也是现今工程技术中的重要力学问题。在公路工程领域,一方面利用落锤产生的巨大瞬时冲击力达到压实、加固、微裂、破碎、检测等目的,另一方面是避免过大的冲击力对结构物产生破坏作用。为了探索落锤-路面动态相互作用规律,基于PFC5.0Suite和FLAC3D构建了离散-连续耦合模型,模拟无损和有损状态下水泥路面板承受落锤冲击过程中加速度的变化规律。通过路面无损状态下的仿真结果分析发现:①落锤冲击加速度曲线拥有多个波峰和波谷,且均与路面和落锤参数具有相关性;②冲击加速度峰值与落锤高度和水泥板模量正相关,而与落锤质量负相关;③落锤高度对冲击持续时间影响不大,而落锤质量将显著增长冲击持续时间。通过路面有损状态下的仿真结果分析,发现:①冲击加速度曲线特征点与路面破损状态密切相关;②随着水泥面板破损程度增大,冲击加速度值整体减小,冲击持续时间延长;③落锤高度和质量对路面破损模式的影响差异较大,前者主要引起表面破损,而后者主要引起底部破损。研究认为:落锤冲击加速度特征值与路面破损程度和破损模式之间存在密切的关联,相关研究结果可用于路面破损检测、破碎或微裂状态评价等实际工程中,同时也可为工程器械的改进和研发提供基础支撑。

聚丙烯纤维对二灰稳定红黏土路用性能的影响及微观机理分析

为了解决二灰稳定红黏土容易出现脆性破坏、水稳定性差等问题,达到增强二灰稳定红黏土材料的韧性以及水稳定性能的目的,采用掺量(质量分数,下同)0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%的聚丙烯纤维对二灰稳定红黏土进行加固,并通过力学性能试验、水稳定性试验、X射线衍射试验及扫描电镜试验,分析其力学性能、水稳性能以及微观作用机理。研究结果表明:二灰稳定红黏土的力学性能随着养护周期的延长而不断增强,60 d内材料的性能提升最明显,60 d之后性能增幅变小,直至性能稳定;聚丙烯纤维明显增强了二灰稳定红黏土的后期抗压性能与抗拉强度,前期对材料的力学与收缩特性影响不大;聚丙烯纤维掺量的增加会使得材料的劈裂强度先升高再降低,纤维的作用由一开始的提升材料内部机械咬合力转为纤维数量过多导致形成隔断面;聚丙烯纤维的加入有助于改善二灰稳定红黏土的劈裂强度、抗压回弹模量、抗压强度以及水稳定性能,但主要在养护后期体现,且存在最佳纤维掺量0.45%;纤维通过在基体中的空间分布和黏附针状结晶物质增大与土体之间的接触面积与咬合程度,减少土体中的渗水通道,提高了材料抗压性、韧性与水稳定性。聚丙烯纤维加固二灰稳定红黏土从技术性能上可以用于公路基层或底基层材料使用,有效缓解废弃红黏土环境污染和资源浪费问题。

厂拌热再生混合料平衡设计法与马歇尔设计法的对比研究

平衡设计法是近年来提出的一种新颖的沥青混合料设计理念,其为突破大掺量厂拌热再生混合料的性能瓶颈提供了重要的技术途径。为了探究平衡设计法在厂拌热再生沥青混合料配合比设计中所发挥的效能,采用第3类平衡设计法对不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料进行了配合比设计,完成了路用性能分析。以3大指标和135℃布氏黏度为指标,对再生沥青结合料性能进行分析,确定了再生剂最佳掺量。以湿热耦合下沥青抗变形性能为设计沥青含量上限,以半圆弯拉抗裂性能为设计沥青含量下限,对5种不同沥青含量的再生混合料开展了性能研究,综合确定了最佳沥青含量。对平衡设计法下各RAP掺量的混合料进行性能测试,验证了平衡设计法对混合料配合比设计的影响以及RAP掺量对再生材料性能的影响。结果表明:相比于马歇尔设计法,平衡设计法在低RAP掺量下可主动降低配合比沥青含量,使材料具备更好的高温稳定性,而低温性能略逊于马歇尔设计法,空隙率稍大;在高RAP掺量下,基于抗裂性能需求,主动增加沥青用量能更好地保证再生沥青混合料的抗裂性,适当降低高温性能指标。平衡设计法能够有效降低RAP掺量增加带给再生材料性能的负面影响,比马歇尔设计法更注重抗裂性能以及水稳定性能指标波动范围的均衡,使材料具备更好的低温性能、更稳定的水稳定性能以及耐久性,有力地推动了厂拌热再生混合料配合比设计方法的技术进步。