多孔沥青混合料堵塞规律离散元仿真

为揭示多孔沥青混合料孔隙堵塞机理,开展了多孔沥青混合料堵塞模型试验与仿真模拟结合研究;基于电子计算机断层扫描与离散元软件PFC3D V5.0分析了多孔沥青混合料孔隙特征,得到了多孔沥青混合料的孔隙数据;在PFC3D V5.0中投放各粒径集料并根据孔隙特征生成压实虚拟试件,以MATLAB切片对比实际试件孔隙图像验证模型准确性;在自重条件下设置特定级配组成堵塞物侵入多孔沥青混合料试件模拟仿真,并以室内试验结果对照验证,改变投放堵塞物粒径,分析了试件孔隙衰变率,找出了堵塞敏感颗粒;在自重条件下引入流体模拟仿真试验,改变了流体渗流速度,分析了试件堵塞变化规律。研究结果表明:PFC3D V5.0生成的虚拟试件具备较高的精确度,仿真揭示了试件堵塞规律,小颗粒除堆积于喉孔处产生堵塞外,还会在嵌挤成型后与大粒径颗粒积聚产生堵塞;自重条件下的堵塞主要集中在混合料试件上层30 mm处,相应堵塞敏感颗粒粒径分布为0.150~0.600 mm,堵塞颗粒粒径分布对堵塞结果影响较大;在重力与流体条件下,随着渗流速度从0.005 m·s^(-1)增加到0.030 m·s^(-1),孔隙衰变率变化速度增加,残留在混合料内部的堵塞物减少,孔隙衰变率减小,排水沥青路面在设计与养护时也需将当地降雨条件带入考虑。

钢渣沥青混合料应用现状

总结了钢渣的物理性质、化学成分及矿物相组成,分析了影响钢渣体积安定性的因素及其改善措施,探讨了钢渣沥青混合料的配合比设计方法,分析了钢渣沥青混合料的路用性能(高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、体积安定性、抗滑性)及其功能特性(导电性与微波加热),研究了钢渣沥青混合料的生态、社会及经济效益,介绍了国内外的工程应用。研究结果表明:钢渣可用于沥青混合料,且应为陈化半年以上的转炉钢渣或电炉钢渣,钢渣的物理力学性能优良,而化学成分及矿物相组成受炼钢工艺影响有所区别,钢渣体积安定性的不足可通过预处理或陈化处理得到较好的改善,钢渣沥青混合料的配合比设计要点包括钢渣替代传统集料的方式和比例、沥青混合料级配修正、有效相对密度测定以及最佳油石比的确定,钢渣沥青混合料的路用性能及功能特性优于天然集料沥青混合料,具有较好的环境影响性且综合经济效益更高,关于钢渣沥青混合料路用性能的研究较多,而作用机理方面相对缺乏,关键性的限制因素如密度较高、体积安定性不良、混合料沥青用量增加等仍未得到根本性解决,未来应重点研究钢渣沥青路面的长期性能及质量控制体系,并开展全寿命周期研究,以加快钢渣沥青路面的应用与推广。