植物油微胶囊沥青混合料的微观力学性能及自愈合机制

为了研究植物油微胶囊沥青混合料的微观力学性能及自愈合机制,利用分子动力学方法基于12分子沥青模型构建沥青微裂缝模型,采用植物油提取物油酸、亚油酸以及石油基再生剂乙基四氢化萘作为芯材,探究三种芯材释放后沥青微裂缝的自愈合进程,计算沥青分子的自扩散系数并分析不同芯材的作用机制,同时构建沥青-集料模型,采用粘聚能、粘附能、粘附强度等指标分析融入不同芯材后沥青-集料界面的微观力学性能。结果表明:芯材的释放加速了沥青分子的自扩散,提高了微裂缝的自愈合能力,且微裂缝自愈合能力随温度的升高而增强;与芯材融合后老化沥青的粘聚能和粘附能分别提高了37.2%和36.8%以上,并且老化沥青-集料界面的粘附强度增加;与石油基再生剂相比,植物油能更好地促进微裂缝的愈合。通过分子动力学技术可以更深入地探查微胶囊沥青路面的自愈合机制,从而为微胶囊芯材的设计与选择提供可行的方法。

高模量改性沥青的零剪切黏度研究

零剪切黏度(Zero-shear Viscosity, ZSV)是表征沥青抵抗永久变形能力的高温性能评价指标。为明确不同测试方法及计算模型对高模量改性沥青的ZSV计算值的影响及适用性,以推广高模量改性剂在道路工程的应用,采用动态剪切流变仪对基质沥青(Base Asphalt, BA)和含不同质量分数改性剂的高模量改性沥青(K1-HMB)进行60℃频率扫描试验和60℃稳态流动试验,并采用Cross流变模型及Carreau流变模型分别拟合沥青的ZSV,最后采用灰色关联分析法探讨ZSV与软化点之间的关联程度。结果表明:BA及K1-HMB属于伪塑性流体,在加载频率作用下均呈现剪切变稀的特征;含0.6%改性剂的K1-HMB具有最高的弹性恢复能力,K1-HM改性剂的建议质量分数为0.4%~0.6%;60℃频率扫描试验结合Cross模型计算的ZSV拟合值具有最高的可信度,可作为高模量改性沥青高温性能的评价指标。

上面层改性沥青混合料低温性能综合对比评价

【目的】分析足尺路面试验环道所用7种上面层细粒式改性沥青混合料的低温性能。【方法】通过小梁低温弯曲、中梁线收缩系数和法国M2F梯形梁动态模量3种室内试验开展研究及相关性分析,并应用多指标试验结果的无量纲归一化赋权求和法进行综合对比评价。【结果】最大弯拉应变、应变能密度、线收缩系数、复模量和相位角均可作为改性沥青混合料低温性能的合理评价指标;对比改性沥青类型,采用低温延性强的SBS改性沥青制备的混合料低温性能最优,橡胶沥青混合料的次之,掺抗车辙剂能增强SBS改性AC类混合料的低温性能;对比矿料合成级配,SMA类的低温性能最优,SBS改性AC类中粗集料含量越低,其低温性能越好;多孔排水式高黏SBS改性PAC类具有优良的黏弹性和低温收缩性能。【结论】评价结果可为环道沥青路面低温性能长期监测对比提供参考。

吸波沥青混合料的制备及微波自愈合特性

吸波材料具有良好的微波传热能力,可用于沥青路面微裂缝自修复。本研究选取了炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉3种吸波材料替换部分矿粉制备了SMA-13吸波沥青混合料。通过车辙试验、低温弯曲破坏试验和冻融劈裂试验对比分析了不同吸波沥青混合料的路用性能,并采用半圆弯曲(SCB)试验研究了吸波材料类型、掺量、微波加热时间等因素对吸波沥青混合料表面温度分布和自愈合性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析吸波材料的微观特性。结果表明,随吸波材料掺量从10%增至30%,炭黑粉沥青混合料的动稳定度和冻融劈裂强度比都呈现出逐渐上升趋势,而低温弯曲应变则表现出先增加后减小的特征;羰基铁粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现先增加后减小的趋势,而冻融劈裂强度比表现出逐渐减小的特征;镍锌铁氧体粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现逐渐减小趋势,而冻融劈裂强度比则与之相反。吸波沥青混合料的表面温度随着吸波材料掺量和微波加热时间的增加而逐渐上升,能够快速达到沥青混合料裂缝面的愈合温度,从而增强沥青混合料的微波自愈合性能。

移动荷载下道路病害的弯沉盆特性

移动荷载作用下道路弯沉盆蕴含路基、路面的病害信息,充分利用移动弯沉盆信息开展道路病害快速无损检测受到行业重要关注。该文通过分析道路病害的弯沉盆特性,为移动弯沉车开发道路病害检测方法提供技术参考。首先建立半刚性基层沥青路面有限元模型,通过设置不同类型和程度的病害有限元模型,分析在移动荷载作用下路表弯沉盆的连续变化情况。结果表明:荷载移动到病害区域时,各病害模型中路表弯沉盆的中心弯沉值均会变大;路面结构层出现横向裂缝时,弯沉盆的形状会发生明显变化,贯通性横向裂缝对弯沉盆形状的影响最明显;基层与底基层局部松散对弯沉盆形状的影响比面层松散对弯沉盆的影响更明显;土基顶部出现空洞时,弯沉盆形状变化不明显;路基唧泥病害会严重影响路表弯沉盆形状与大小。

精表处在公路预防性养护中的应用研究

沥青路面长期暴露在自然条件下,受外界因素的影响,经常出现各种各样的病害,大部分病害都是逐渐形成的。因此,道路的预防性养护工作要得到足够重视,在病害早期阶段就加以控制。预防性养护就是在既有路面上加一个不超过4 cm的薄层,经过研究精表处可以提高沥青路面的防水性能、抗滑性能,对路面的平整度和行车舒适性也会有明显改善。该文以某省道为例,经过路况调查评价,使用精表处对预防性养护路段进行处理,精表处施工前后,渗水系数、摩擦系数、构造深度均有明显改善。精表处施工无需加热,对于资源节约、环境保护方面可以起到积极的作用,同时还具有养护成本低、质保时间长等优点。

单组分湿固化型聚氨酯混合料的体积膨胀特性

为研究单组分湿固化型聚氨酯混合料的体积膨胀特性,提出了基于游标卡尺的体积膨胀特性表征方法,分析了体积膨胀后的宏微观形貌,研究了不同因素作用下体积膨胀的变化规律,以及体积膨胀对空隙率的影响,并提出了抑制体积膨胀的方法.结果表明:聚氨酯混合料会因空隙率较小,致使固化反应产生的二氧化碳气体难以完全逸出,在混合料内部会产生数量较多的宏微观气孔结构,1个马歇尔试样可产生高达1.5 mm的膨胀变形;提高压实温度、采用二次压实或添加氢氧化钙,均会显著降低混合料的体积膨胀,且对路用性能也有一定提升;增大胶石比,混合料的体积膨胀单调递增,空隙率则先减小后增大.为控制体积膨胀,建议压实温度为45~65℃,且胶石比不宜过大,添加氢氧化钙时,其质量分数不宜超过1%.

基于FWD弯沉盆参数的沥青路面层间接触状态识别方法及耐久性评估

层间黏结接触状态是决定沥青路面多层复合结构整体性的关键因素之一,层间状态的改变会显著的影响各结构层的力学响应。应用落锤式弯沉仪(falling weight deflectormeter,FWD)无损检测技术研究基于弯沉盆参数的沥青路面层间接触状态识别方法。依托京沪高速公路改扩建工程,建立路面结构三维动力有限元模型,分析不同基-面层间接触状态下各类FWD弯沉盆参数与基层、面层应力的相关性排序,构建综合反映基-面层受力特性的FWD弯沉盆指标DD_(1)/DD_(2)(DD_(1)=D_(0)-D_(20),DD_(2)=D_(20)-D_(60),其中D_(0)、D_(20)和D_(60)分别代表距离荷载中心处0、20、60 cm的弯沉值),回归分析表明:其与基-面层层间摩擦系数具有良好的乘幂关系;进而结合现场芯样的疲劳方程和有限元模拟分析结果,推导出在满足沥青面层使用期寿命的前提下层间摩擦系数的最低要求,在此基础上对既有路面耐久性进行评估,结果与实际吻合。本文方法为后续基于FWD推算层间摩擦系数、评估路面疲劳耐久性提供了新的途径和理论依据。

水泥稳定碎石基层取芯芯样分类与整体性评价技术标准

为了实现水泥稳碎石基层整体性质量客观和公正的评价,消除7 d取芯芯样质量评判的随意性、弥补因不考虑气候条件和公路等级等因素对施工质量评价的局限性,选择高速、一级、二级和三级共5条公路,对7 d龄期的水泥稳定粒料类基层进行了大量的取芯试验,系统地对取芯芯样的形态进行了调研、统计和分析,根据芯样的完整程度,将其分为完整类、残缺类和松散类3类,芯样完整性的差异代表其扩散荷载应力能力的不同,根据芯样的致密程度,将芯样进一步分成8级,芯样致密性的不同体现服役功能性差别,提出了评价路段芯样完整率的计算方法,确定了芯样完整率技术标准的确定原则,对于季冻区宜采用F(Ⅰ+Ⅱ)作为评价指标,对于非季冻区宜采用F(Ⅰ)作为评价指标,并根据回归曲线,提出了不同区域不同等级道路7 d龄期内的芯样完整率技术标准。结果表明:芯样完整率与道路等级呈线性关系,道路等级对其影响幅度为2%~9%,养生模式的影响幅度为10%左右,气候因素的影响幅度为5%左右。研究成果实现了对半刚性基层取芯芯样质量和整体性质量的定量化评价。

高模量温拌改性剂对沥青基本指标和疲劳性能影响研究

为评价高模量温拌改性剂对基质沥青基本指标和疲劳性能的影响,在70#基质沥青中掺入不同剂量改性剂,采用动态剪切流变仪(DSR)对试验沥青进行动态扫描试验研究。首先制备了不同掺量高模量温拌改性剂改性沥青,随后评价其基本性能,并通过布氏粘度试验分析不同沥青的拌和温度与压实温度;再采用DSR对不同掺量高模量温拌改性剂改性沥青进行线性振幅(LAS)扫描试验和时间扫描试验。通过LAS试验和粘弹性连续损伤(VECD)模型分析不同掺量(0%,2%,3%,4%)改性沥青和SBS改性沥青的疲劳特性;基于动态扫描试验,应用耗散能原理探究不同掺量改性剂对沥青疲劳性能,同时把不同掺量改性70#沥青与SBS改性沥青的试验结果进行比对,并分析了改性剂的作用机理。试验结果表明:随着高模量温拌改性剂掺量增加,软化点增加,针入度和延度减少,3%掺量改性沥青软化点稍优于SBS沥青;改性沥青粘度随着改性剂增加先减后增,改性后沥青的拌和、碾压温度与70#基质沥青相当,均远小于SBS改性沥青,即改性后的沥青有良好的温拌效果;高模量温拌改性剂可不同程度提高沥青的疲劳性能,合适掺量改性沥青疲劳性能可与SBS改性沥青相当,高模量温拌改性剂的建议掺量为3%;研究结果将为高模量温拌改性路面材料工程应用提供参考。

不同RAP掺量下热再生沥青混合料性能衰变规律

本文采用自主研发的全寿命分析仪对沥青混合料分别进行0、4、8、12个月的模拟老化,采用冻融劈裂试验、动态蠕变试验和半圆弯曲试验,研究不同RAP掺量下热再生沥青混合料长期老化后各项性能的衰变规律.结果表明:在12个月模拟老化后,RAP掺量为30%时沥青混合料的流变次数达到最大,RAP掺量的提高使得TSR衰减幅度变大且断裂能下降.50%RAP掺量时再生料TSR衰减幅度比新拌料大7.9%,流变次数和断裂能较新拌料分别减少38.6%和61.7%.长期老化作用下RAP掺量对沥青混合料疲劳寿命衰减的影响不明显,但会降低其应力敏感性.

路用蓄盐除冰纤维配比设计及除冰性能确定

为解决道路凝冰问题,基于环保、经济、实用等原则,针对适用于沥青路面主动抗凝冰的蓄盐纤维填料的配合比进行设计,并对其相关性能展开研究。通过基于单纯形重心设计的融冰试验和电导率试验对蓄盐除冰材料配比进行探究,并基于融冰试验和冻粘剪切试验分析其除冰性能。试验结果表明:选用乙酸钠∶乙酸钾∶甲酸钠=7∶2∶1、复合有机盐∶纤维=3∶1为蓄盐纤维各种成分的最佳配合比;在融冰试验中,蓄盐纤维替换率为66%的除冰材料在较高负温下融冰速率能达到1022 g·(h·m 2)-1,表明其融冰性能良好;凝冰后,蓄盐纤维沥青混合料表面冻粘强度比普通沥青混合料下降33%,能够有效降低冻粘强度。基于最佳配合比,新型路用环保蓄盐除冰材料具有良好的融冰能力和除冰降粘功效。

基于集料力学特征与级配分形的沥青混合料抗滑衰变预测

以粗集料的力学指标、分形维数以及BPN作为研究对象进行数据采集,基于前馈神经网络算法与支持向量机算法,提出了一种新型路面抗滑性能预测模型.采用加速加载试验,记录沥青混合料在轮载作用下表面抗滑性能的衰减过程,并利用指数模型对轮载次数与BPN的数值关系进行拟合.通过灰色关联度分析和相关性分析,评估各项因素对沥青路面抗滑性的影响程度.基于主成分分析结果,设计了6种方案,用于前馈神经网络算法和支持向量机算法的训练、验证和测试.结果表明,不同类型集料呈现出不同的抗滑性能,石英砂岩最佳,玄武岩次之,石灰岩较差.磨光值与沥青抗滑性能衰减模型的关联性最高.前馈神经网络算法构建的模型表现更为稳定,R 2值约为0.8,展现出良好的预测能力.

基于足尺加速加载试验的高速公路沥青面层力学性能与高温性能研究

针对高速公路改扩建工程老路沥青面层,在120万次足尺加速加载试验条件下,采用动态模量试验评价其力学性能,采用贯入强度试验与汉堡车辙试验评价其高温性能。动态模量试验结果表明,20℃、10 Hz条件下沥青面层芯样0~120万次的动态模量维持在相对稳定的状态,最大值与最小值偏差约为6.9%。贯入强度试验结果表明,0~120万次的沥青面层芯样的单轴贯入强度相对稳定,老路的加铺层、上面层、中面层、下面层的贯入强度变化量分别为-0.04 MPa、0.11 MPa、-0.03 MPa、0.18 MPa。汉堡车辙试验结果表明,加铺层和上面层的芯样总体维持在稳定的状态,中面层和下面层芯样试验结果有一定程度的波动,下面层变化相对明显:汉堡车辙深度的变化率为114.56%,蠕变斜率的变化率为150%。根据120万次足尺加速加载试验结果,该高速公路改扩建工程老路沥青面层在力学性能和高温性能方面表现稳定,扩建后的路面能够满足交通荷载的使用要求。

基于双模量理论的不同沥青路面力学分析

为研究考虑拉压模量差异的沥青路面结构力学响应变化规律,基于双模量理论对5种典型沥青路面结构进行了力学对比分析。研究结果表明:基于传统线弹性理论与双模量理论计算得到的关键力学响应差距巨大,用这两种方法计算得到的倒装式沥青路面结构、柔性基层沥青路面结构及刚性基层沥青路面结构的力学响应的最大差距分别达55%、33%及50%;5种沥青路面结构路表均存在较大的横向拉应变,建议在路面结构设计时将路表轮隙区纳入拉应变验算点位;基层刚度与厚度对路面结构层关键力学响应影响显著,路表水平横向拉应力与拉应变均随着基层刚度及厚度的增大而增大,基层底部纵向拉应力则随着基层厚度的增大而减小。建议采用双模量理论开展沥青路面结构分析,且在路面设计时合理控制基层的厚度与刚度可有效优化路面结构的受力。

基于3D激光扫描技术的粗集料三维形态特征分析

为了能够建立精确的沥青混合料细观力学模型、优化混合料性能,需要先构建具有真实形态学特征的集料模型并计算分析集料形态参数,利用3D激光扫描技术采集了辉绿岩、石灰岩、玄武岩与卵石4种集料共500颗样本的三维点云数据,通过球谐函数简化集料模型,建立了三维集料样本库。归纳总结了现有集料的形态指标,通过皮尔逊相关性分析,选取F_(I)、A_(I)定量表征粗集料三维形态特征,对不同种类以及粒径集料的F_(I)、A_(I)进行统计分析。研究结果显示:当球谐序列阶数为10,三角形映射网格数为643时,简化后集料模型基本形状、体积与表面积均与真实集料非常接近;集料的F_(I)、A_(I)服从正态分布与对数正态分布,且随集料类型和粒径的变化而变化。

基于NAR-ARIMA组合模型的高速公路沥青路面破损状况预测

基于NAR神经网络模型和ARIMA传统时间序列预测模型,对高速公路沥青路面的破损状况进行预测,再分别通过最优加权法和残差优化法对两种预测模型进行组合,得到两种组合模型.对各单一模型和组合模型的精度和稳定性进行了比较分析.实例分析表明,组合模型相较于单一模型的精度和稳定性均有所提升,NAR-ARIMA最优加权组合模型预测效果最佳.该组合模型所需样本量较小,且基于时间序列.由于采用历史数据作为影响因素代替指标,该组合模型计算速度快、精度高,适用于日常的预测工作,为后续合理的道路养护决策提供了重要的理论依据.

分子动力学模拟在沥青体系中的应用研究进展

随着计算机技术的飞速发展,分子模拟方法已被广泛应用于各个领域。本文总结了沥青分子模型、老化沥青模型、集料模型的构建方法以及基质沥青模型的验证方法。通过分子动力学(MD)模拟,探讨了沥青的性质与性能、沥青的扩散现象、改性剂对沥青的改性作用、沥青老化与再生以及沥青与集料的界面相互作用。MD模拟方法能够预测沥青材料的性能,包括基质沥青的力学性能、低温性能、抗老化性能、自愈合性能,基质沥青与改性剂的相容性以及沥青与集料界面的力学性能、黏附性等性能,架起了宏观和微观行为之间的桥梁,为MD模拟在沥青材料的广泛应用提供了指导。但MD模拟在沥青体系中还需要进一步完善,如初始模型的建立、力场的优化和模型验证等,目前分子动力学模拟只关注沥青材料与改性剂之间的物理作用,缺少对两者之间化学作用的研究。此外,分子动力学在沥青混合料中的应用目前只限于沥青与集料界面之间的研究。最后,对MD模拟在沥青体系中的未来发展方向进行了展望,在未来需要使用MD方法来研究沥青的高温流变性能、沥青与改性剂的界面模拟以及多种改性剂与沥青之间的相互作用。此外,还需要探究多种因素(如裂缝宽度、改性剂、温度和再生剂)共同作用下对沥青自愈合性能的影响,为了探究沥青与改性剂之间的化学相互作用,建议结合量子力学等其他模拟方法进行研究,在沥青混合料方面建议结合有限元等模拟方法来研究沥青混合料的性能。

沥青路面内部缺陷无损检测技术研究综述

为了快速、准确地检测出沥青路面内部缺陷和病害,以便及时采取养护或其他处理措施,保障道路行车安全。同时,为促进沥青路面内部隐性病害和缺陷无损检测技术的发展,对现有沥青路面内部缺陷的无损检测技术进行了综述。分别综述了探地雷达的基本原理、在沥青路面检测中的应用以及探地雷达图谱的智能识别,超声波检测技术的检测原理、超声波的衰减规律研究和其在路面内部缺陷检测中的应用与研究,红外热成像技术、核子密度仪、无核密度仪和瑞利波法的检测原理和在沥青路面内部缺陷检测中的应用与研究,最后汇总了各检测技术的检测原理、检测缺陷类型和优缺点等,并探讨了各检测技术存在的问题和未来的发展方向,为沥青路面内部缺陷无损检测技术的进一步应用与研究提供了参考和依据。

分子动力学的不同沥青分子自愈机制分析

为探究沥青材料的自愈合性能,基于分子动力学模拟,利用Materials Studio软件建立基质沥青、SBS(styrene-butadiene-styrene)改性沥青、老化沥青以及老化SBS改性沥青的三维微裂缝模型;通过密度分析、相对浓度分布以及自由体积分数等方法,分析自愈合模型的愈合情况.结果表明,SBS改性剂对沥青的自愈有一定的促进作用,老化对沥青的自愈有一定的抑制作用,4种沥青的自愈潜力从大到小依次为SBS改性沥青、基质沥青、老化后SBS改性沥青以及老化沥青.