半柔性路面模量特性研究

半柔性路面具有承载力好和抗剪切变形能力强的优点,是解决交叉口、公交站台等路段车辙病害的有效手段。然而由于力学性能的差异,半柔性路面无法完全参照水泥混凝土路面或者沥青混凝土路面设计方法,而建立适用于半柔性路面设计体系的重要工作之一就是分析路面材料模量特性。该文基于室内试验对室内成型试件及取芯试件,进行动态模量、间接拉伸劲度模量、回弹模量测试,并通过落锤式弯沉仪采集路面弯沉数据。试验结果表明:在中温度域范围内,半柔性路面材料与沥青混合料动态模量相近;而在高温低频条件下,两种材料动态模量差异显著。对比回弹模量和弯沉数据发现,半柔性路面模量约为沥青路面模量的两倍,而前者弯沉仅为后者的1/2。研究结果表明:试验方法和加载模式对两种材料模量的影响规律显著不同,路面设计应进一步结合两种路面典型破坏模式选取不同测试条件下的模量参数进行结构设计。

基于分子动力学模拟的环氧沥青老化机制研究

为了研究老化对环氧沥青(EA)粘结剂性能的影响,采用分子动力学(MD)模拟研究了环氧沥青的氧化老化效应。构建了包括饱和分、沥青质、胶质、芳香分和环氧树脂在内的未老化环氧沥青的分子模型,通过在原始沥青组分中引入酮类和亚砜类官能团建立了老化环氧沥青分子模型。比较老化前后的内聚能密度(CED)和自由体积分数(FFV),发现氧化老化导致环氧沥青分子间结合强度增大,自由体积减小。径向分布函数(RDF)和回转半径(Rg)的结果表明老化削弱了沥青质的聚集和环氧树脂对周围沥青分子的包裹能力。最后,采用均方位移(MSD)对氧化老化前后环氧沥青分子的扩散行为进行评价,结果显示氧化老化会减缓环氧沥青分子的扩散。这些模拟结果共同揭示了环氧沥青各组分在老化过程中的作用机制,为后续环氧沥青材料抗老化性能的实验室研究提供了一定的理论依据。

基于流变学和分子动力学的环氧沥青高温性能研究

为研究环氧沥青的高温性能,制备了环氧树脂掺量不同的改性沥青进行动态剪切流变试验并探究了固化时间对环氧沥青流变性能的影响。结果表明,随着环氧树脂含量的增加及固化时间的延长,沥青的复数剪切模量G^(*)和车辙因子G^(*)/sinδ增大,相位角δ和蠕变变形量减小,这表明环氧树脂改性使沥青的刚性明显增强,有利于提高其抗车辙性能。基于分子动力学模拟了环氧沥青的流变行为,通过对内聚能密度(CED)、自由体积分数(FFV)和均方位移(MSD)的分析,揭示了环氧树脂改善沥青高温稳定性的内在机理。从宏观和分子尺度研究了环氧沥青的高温性能,为丰富环氧沥青材料的研究方法和评价手段提供了新的思路。

灌注式半柔性路面在电子导向胶轮系统工程中的应用研究

电子导向胶轮系统(智轨)是一种能缓解交通压力的交通新制式,因其重载、渠化、多轴的交通特点,导致路面典型车辙病害问题十分突出,严重限制了其在交通领域的应用和发展。基于株洲市电子导向胶轮系统工程,研究了半柔性路面技术运用于系统廊道路面结构的设计及施工方法。通过在路面层中埋设传感器跟踪观测了路面在电子导向胶轮系统车辆运行过程中的应力应变响应,并与普通公交车进行了对比分析。测试了路表弯沉值、平整度、抗滑性等关键指标并表征了其应用效果。传感器数据表明:相比于普通公交车,系统车辆增大了路面应变响应,加速了路面破坏;半柔性路面能显著降低路面弯沉。应用1 a后,电子导向胶轮系统路面未产生车辙病害,路面使用效果良好。电子导向胶轮系统路面修建中采用半柔性路面技术,有效解决了传统路面无法满足其行驶要求的难题,有利于该类重载渠化交通的推广和应用。

水泥-沥青复合材料界面微结构特征和力学性能研究方法综述

水泥-沥青复合材料(Asphalt-Cement Composite Material,ACCM)是由水泥与沥青复合制成的一种具有强承载能力和抗变形能力的新型复合材料,其在长期荷载与高温条件下具有优异的稳定性与耐久性,具有绿色、环保及经济效益高的优点,被广泛应用于公路、桥梁与铁路工程。前期大量研究表明:界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)对复合材料的力学性能、耐久性能等起着十分重要的作用,水泥-沥青界面过渡区是复合材料损伤、断裂最先发生的区域。研究对水泥与沥青复合材料界面调控与宏观力学性能提升理论进行了系统性综述,总结了水泥基材料与沥青基材料ITZ形成机制与理论,对比探讨了ITZ微结构特征表征方法及评价指标,探究了ITZ宏-微观力学性能的研究思路、试验方法及适用范围,以期为水泥-沥青ITZ微结构特征、宏-微观力学性能的研究提供借鉴作用。

高抗裂半柔性路面的性能研究与工程应用

试验研究了掺加不同增韧材料的灌浆料对半柔性路面材料高温抗车辙、低温弯曲性能、半圆弯曲抗裂性能的影响规律,并进行了工程试验段的应用。研究结果表明,掺加15%乳化沥青的灌浆料使半柔性路面材料获得高低温性能平衡兼顾的路用性能,实验室抗裂性能比以前技术提升45%,实际道路抗裂能力比以前技术提升2.6倍以上。

高模量沥青混合料温度粘弹性能研究

采用多应力蠕变恢复试验(MSCR)和车辙试验表征高模量沥青的粘弹性与高温稳定性,通过微观测试分析了改性剂在沥青中的分散程度。通过动态模量试验,研究了高低温条件下高模量沥青混合料模量与相位角的变化规律,采用疲劳试验研究了材料在动态荷载作用下的服役寿命。试验结果表明:高模量改性沥青在高温下的不可恢复蠕变量仅为基质沥青的17%,约为抗车辙剂改性沥青的27%,高模量改性剂的分散性较抗车辙剂更佳;沥青混合料的动稳定度与沥青的蠕变柔量(Jnr3.2)成反比,高模量沥青混合料具有较好的温度稳定性,可延长道路的使用寿命,适用于温度跨度大的重载地区。

基于间接拉伸试验模式的不同沥青混合料低温回弹模量研究

基于间接拉伸试验模式,研究了AC-13、OGFC-13、SFP(半柔性沥青路面材料)三种不同沥青混合料在动态荷载条件下应力水平和试验温度对低温回弹模量的影响,并与-10℃低温小梁弯曲试验进行对比分析.结果表明:随着温度降低,三种混合料的回弹模量均增大,其中OGFC-13增加最明显,表明其温度敏感性最强.最佳应力水平值AC-13应取0. 4、OGFC-13应取0. 5,SFP应取0. 3.同一温度条件下,回弹模量大小顺序为SFP> AC-13> OGFC-13,与-10℃低温小梁弯曲试验得到的弯曲劲度模量大小规律一致.通过该研究为道路工程中用间接拉伸回弹模量试验评价沥青混合料低温性能时的参数选取提供一定的借鉴意义.

不同功能型沥青改性剂对沥青混合料高低温性能的影响研究

通过对沥青混合料动态模量、疲劳寿命、车辙试验、低温小梁弯曲试验进行对比分析,考察了不同功能型沥青改性剂对沥青混合料高低温性能的影响。采用DSC分析了改性剂对沥青性能影响的关键组成因素。结果表明:高模量改性剂(EME)具有较好的高温模量和抗车辙性能,低温改性剂(TLM)的低温小梁弯拉应变较大,不同功能型改性剂在提高沥青高温性能的同时会削弱其低温性能,反之亦然。结合DSC分析可知,改性剂中存在的SBS和PS等弹性体对沥青混合料的低温性能有改善,存在的PE和PP对沥青混合料的高温性能有改善。沥青混合料高低温性能是各组分作用效果的综合表现。

高粘度改性沥青流变性能研究

对不同沥青及沥青改性剂制备的高粘度改性沥青进行剪切速率扫描、温度扫描、频率扫描和应变扫描,并对其流变性能进行对比分析。结果表明:采用自制高粘度改性剂制备的改性沥青在零剪切粘度和高低温性能上有较大优势;采用SBS改性沥青替换基质沥青制备的高粘度改性沥青不仅可以降低改性剂掺量,而且低温性能更好;通过车辙因子随路面温度、行车速度和荷载等的变化关系,可以根据路面服役情况有针对性地选择合适的改性沥青。

改性剂熔融速度对高黏度改性沥青性能的影响研究

为研究高黏度沥青改性剂熔融速度对沥青改性效果的影响,将2种改性剂熔融剪切不同时间制备改性沥青,分别利用流变实验和荧光显微镜分析改性沥青的宏观性能及微观结构变化。结果表明,随着剪切时间延长,熔融速度快的改性剂更快熔于沥青中,表现为零剪切黏度和不可恢复蠕变柔量等高温性能指标在更短时间内达到最大。改性沥青和混合料的微观形貌试验表明,熔融速度快的改性剂可更快形成网络结构。

半柔性材料抗车辙面层的结构层位研究

半柔性路面是处置道路车辙难题非常有效的技术途径,针对半柔性路面材料存在的结构层位有争议的现状,对半柔性路面进行了Bisar软件结构模拟研究、全厚式车辙试验以及3年工程试验段对比,结果表明,半柔性路面材料最适合的层位是上面层,道路结构弯沉最小、承载能力最好;将高模量沥青混合料用作其下面层,所得组合结构抗车辙能力非常优异,整个结构的70℃动稳定度可高达25 200次/mm。

CR/SBS复合改性沥青及其混合料性能研究

为增强SBS改性沥青的路用性能,通过将废旧胶粉(CR)与SBS复合制备改性沥青,以期在节能环保的同时改善路面服役性能。以SBS改性沥青为参照,加入不同掺量的胶粉,制备CR/SBS复合改性沥青,进行沥青软化点、针入度、延度、粘度试验,评价改性沥青的基本性能和流变性能。通过动稳定度、低温小梁、劈裂抗拉强度的测试,表征了CR/SBS复合改性沥青混合料的高低温性能和抗水损性能。结果表明,CR/SBS复合改性沥青的最佳胶粉掺量为15%。

高掺量直投改性剂对改性沥青流变性能的影响

为研究高掺量直投改性剂对沥青的性能影响规律,采用两种改性剂在不同掺量条件下分别制备改性沥青,利用流变试验分析改性沥青粘弹性能的变化。结果表明:随掺量增加,改性沥青的零剪切黏度、抗车辙因子、剪切应力和变形恢复率均逐渐增大,疲劳因子和不可恢复蠕变柔量逐渐变小。说明改性沥青的黏度、抗车辙性能、抗扭转性能、抗疲劳性能和抗永久变形能力与掺量呈正相关关系。此外,相同掺量条件下SBS改性沥青的黏度、抗扭转性能、抗车辙性能和抗永久变形能力明显优于PE改性沥青,在高掺量条件下PE改性沥青的抗疲劳性能更好。后续可结合研究不同直投改性剂种类及高掺量条件下混合料性能的变化规律。

The Influential Factors of Semi-Flexible Pavement Cracking Performance

The cracking performance of semi-flexible pavement(SFP) was investigated by using the semi-circular bending(SCB) test in this paper. Thirteen grouting slurries were prepared. The compressive strength of these materials ranges from 3 to 100 MPa. The relationship between the compressive strength of the grouting slurry and the cracking property of SFP was obtained at different loading rates and different temperatures. The peak load, fracture energy(E), flexible index(FI), and cracking resistance index(CRI) were calculated to determine the material performance. The results show that the compressive strength of the grout influences the cracking behavior. With a higher comprehensive strength grouting slurry, the FI value of SFP decreased initially and then increased slightly at 25 ℃ in 50 mm/min. The CRI value decreased at the same time. E values changed just according to the test temperature and loading rate. The damage paths of SFP are different. The damage path of the SFP sample appears as diffuse damage at 1 mm/min at 60 ℃ or clean damage at 50 mm/min at 25 ℃. These findings indicate that there is a correlation between the compressive strength of grouting slurry and SFP cracking behavior. The cracking form is influenced by loading rate and temperature.

灌注式复合路面中的水泥浆-沥青界面粘附行为的作用机制

为探究灌注式复合路面中水泥基灌浆料-沥青胶凝体系界面微尺度粘附行为的作用机制,根据实际界面形成过程设计了实验室界面成型工艺,采用拉拔试验探究了环境温度、水泥基灌浆料类型和沥青类型对水泥浆-沥青界面粘结特性的影响。利用扫描电子显微镜、能谱仪和Fourier红外光谱仪研究了水泥浆-沥青界面过渡区的微观形貌与结构特征,采用接触角分析仪评价了水泥基灌浆料与沥青的浸润能力,揭示了水泥浆-沥青界面粘附行为的作用机制。结果表明:水泥浆-沥青界面的粘结强度随温度升高而降低;硫铝酸盐水泥基灌浆料与沥青在25~35℃时的界面粘结强度为1.03~1.98 N/mm^(2),比硅酸盐水泥基灌浆料与沥青的界面粘结强度提高了10%以上,硫铝酸盐水泥与沥青的界面强度在60℃时为0.32~0.38 N/mm^(2),比硅酸盐水泥与沥青的界面粘结强度提高了80%以上;水泥基灌浆料对沥青有微乳化作用,促使更多自由沥青转变为结构沥青,提高了水泥浆-沥青界面的粘结强度;水泥与沥青界面的粘附力主要为硬化水泥浆与沥青之间的机械作用力,水泥浆-沥青界面的粘附失效实际上是结构沥青与自由沥青之间的破坏。明确水泥-沥青界面粘附行为的作用机制可以解决水泥-沥青复合材料界面粘附性问题,为减少灌注式复合路面开裂破坏奠定理论基础。