The Influence of Mesoscopic Characteristics of Mineral Powders Fillers on the Rutting Factor(G^(*)/sinδ)of Asphalt Mortar

This study aims to investigate the efiect of the mesoscopic characteristics of mineral powder fillers on the rutting resistance of asphalt mortar.Extraction and sieving tests were used to obtain the buton rock asphalt(BRA)ash with particle size smaller than 0.075 mm,which is consistent with that of the conventional mineral powder.The mesoscopic characteristics of BRA ash and conventional mineral powder were measured by SEM image analysis and the osmotic free pressure water method.Mesoscopic structure models of structural and free asphalts in mortar were obtained.The 70#matrix asphalt was used to prepare two kinds of asphalt mortar with BRA ash and conventional mineral powders fillers.The rutting factor of the two asphalt mortars was tested by dynamic shear test(DSR).Test results show that the ash extracted from BRA has a similar mesoscopic classification with the conventional mineral powder.Still,its fractal dimensions are larger,indicating the particles in BRA ash have more complex shapes and rougher surfaces,which is beneficial for forming structural asphalt and subsequently increasing the rutting factor(G*/sinδ),i e,improving the rutting resistance of the asphalt mortar.

高模量橡胶改性沥青及其混合料性能研究

高模量沥青及其混合料是解决沥青路面重载交通及长大陡坡路面车辙等问题的重要工程材料。采用活化橡胶颗粒制备的橡胶改性沥青具有优异的高低温性能及抗车辙性能。本文分析了克炼30#A级和克炼50#A级低标号硬质沥青、克炼70#A级沥青及橡胶改性沥青性能,并采用两种级配类型(ATB-25和SUP-20)来评价其高低温性能及水稳定性能。结果表明,橡胶改性沥青PG分级为76-28,在相同温度下,橡胶改性沥青复数剪切模量及车辙因子最大;随着温度的降低,四种沥青的蠕变劲度均显著增大,但橡胶改性沥青的增大趋势最慢,橡胶改性沥青的m值最大;两种级配类型下,橡胶改性沥青具有最大的动稳定度及弯曲劲度模量,同时有较好的水稳定性能。

排水路面高黏沥青的制备及高温流变性能研究

以SBS,SBR,C 9石油树脂、橡胶粉、橡胶油、硫磺粉为原料,通过挤出机生产高黏改性剂颗粒加入沥青中,并详细叙述了高黏沥青的制备方案。同时,采用DSR流变仪对高黏沥青的高温流变特性进行了试验。结果表明:在温度扫描模式下,随着温度的升高,不同掺量的高黏改性沥青车辙因子逐渐降低,在同一温度下,高黏剂掺量越大,车辙因子越大,在6%~8%之间提升程度最大。同时,高黏沥青的相位角正切值随温度的增加而增大,弹性部分逐渐向黏性部分转化,失去可恢复变形的能力。在频率扫描模式下,低频阶段的车辙因子低于高频阶段,而相位角正切值在低频阶段大于高频阶段,表明低频率下沥青胶结料的抗变形能力较差。在MSCR试验中,随着掺量的增加,高黏沥青的不可恢复蠕变柔量在不同应力下均升高,而回复率在6%掺量时达到峰值,主要原因在于高黏剂与沥青的交联作用达到一定的饱和,使得多余部分失去弹性继而失去了恢复变形的能力。最后,对比分析高黏改性沥青高温性能指标的相关性可知,软化点与车辙因子、不可恢复蠕变柔量以及回复率等高温流变性能指标具有良好的相关性。

沥青结合料高温性能评价指标研究综述

选用不同的指标来评价同一沥青结合料的高温性能可能会得出完全不同的结果,为快速准确地分析沥青结合料的高温性能,选取合适的评价指标则尤为重要。文中总结了针入度、软化点、60℃动力粘度等常规指标和车辙因子在评价沥青结合料高温性能时的局限性;介绍了新指标改进型车辙因子G^(*)/(sinδ)^(9)、粘性蠕变劲度Gv和不可恢复蠕变柔量Jnr,分析了新指标的特点,综述了采用各指标取得的研究成果;最后,为我国相关规范的修订提出建议并对未来发展进行展望。

长大纵坡沥青路面车辙发展规律与轴载换算修正系数研究

现有设计规范未对长大纵坡路面做出特殊设计规定,直接套用设计规范忽略了其受力特点,不能较好地保证路面使用性能及寿命。为实现特殊路段路面结构差异化设计,该文基于实测沥青混合料动态模量、全年交通量及温度数据,利用自主开发的温度-轴载分析软件,将真实交通量转换为标准轴载。采用Abaqus软件,建立实测轴载与温度耦合作用下的车辙模型,分析长大纵坡对车辙发展规律的影响。研究表明:坡度增大导致速度降低,容易引发长大纵坡路段沥青路面车辙病害的发生。基于车辙等效原理,提出不同坡度及坡长下的轴载换算修正系数,为长大纵坡路段沥青路面的差异化设计提供理论依据。

不同标号沥青的流变性能

借助温度扫描、频率扫描、多重应力蠕变恢复等实验,对20号、30号、50号、70号沥青及其旋转薄膜烘箱老化后沥青的流变性能进行了评价。结果表明:随着温度升高,4种沥青老化前后复数剪切模量和车辙因子均降低,并且老化后的高于老化前;在60℃温度下,无论是在低频还是高频荷载作用下,标号越低,沥青耐剪切变形能力越强,耐车辙性越好,而应力敏感性降低;标号越低的沥青,G-R参数值越大,耐开裂性则降低。

沥青路面车辙行为影响因素研究

文中主要就混合料类型、路面结构类型、温度及荷载对路面车辙行为的影响进行了研究。结果表明,粗粒式沥青混合料相较于细粒式抗车辙性能更好,下面层采用抗车辙性能更好的沥青混合料对路面结构整体的抗车辙性能提升更大。随着温度升高,沥青混合料车辙永久变形逐渐增大,温度达到70℃时,车辙变形出现明显突变;随着荷载的增大,沥青混合料车辙永久变形逐渐增大。

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。

纳米二氧化硅/生物油复合改性沥青流变性能

为评价纳米二氧化硅对生物油改性沥青性能的影响,采用动态剪切流变仪,通过温度扫描、线性振幅扫描以及多重应力蠕变恢复试验分析了老化沥青、生物油改性沥青以及亲疏水基纳米二氧化硅/生物油复合改性沥青的流变性能。结果表明:亲水基与疏水基纳米二氧化硅分别在掺量为5%与10%时存在最佳相容性,生物油改善了亲水基纳米二氧化硅在沥青中界面作用。疏水基纳米二氧化硅生物油改性沥青高温抗永久变形能力优于亲水基纳米二氧化硅生物油改性沥青。在2.5%与5%两种应变下,两种纳米二氧化硅推荐掺量均为10%。纳米二氧化硅可改善生物油改性沥青弹性恢复性能,进而提高沥青的抗变形能力。

改性沥青的高温性能评价指标研究

为准确评价改性沥青的高温性能,通过常规性能试验和动态剪切流变试验测试复合SBS改性沥青、胶粉改性沥青、SBS改性沥青的当量软化点、车辙因子、等效黏度等高温性能指标,同时分析老化对改性沥青各高温性能指标的影响。研究表明:G^(*)/(sinδ)^(9)对相位角敏感程度较高,相比于G^(*)/sin^(δ),其更适合评价和表征改性沥青的高温性能。G^(*)/(sinδ)^(9)的临界温度T明显高于G^(*)/sin^(δ),而G^(*)/sin^(δ)的T值不宜用来计算表征改性沥青的高温性能分级。η'=sinδ−4.8628G^(*)/ω与抗车辙因子G^(*)/(sinδ)^(9)的相关性最好,相关系数均在0.9以上,更适合作为改性沥青的高温性能评价指标。复合SBS改性沥青高温性能最优,胶粉和SBS改性剂复合改性相比于胶粉或SBS改性能够有效提高沥青的黏度和弹性。

矿粉性能及其对浇注式沥青胶浆高温性能的影响分析

浇注式沥青混合料的矿粉含量较高,0.075 mm筛孔通过率为20%~30%,为满足混合料施工流动性而确定矿粉用量后,可提高其高温稳定性的措施除了沥青结合料,主要取决于矿粉的质量。通过六种矿粉样本的性能测试,并与浇注式沥青混合料常用的聚合物复合改性沥青配制沥青胶浆,进行200℃旋转黏度及60~95℃的动态剪切流变试验。基于随机森林法,对与沥青胶浆性能相关的矿粉关键性能指标影响程度进行分析,并建立两者之间的相关性,最后采用遗传算法,确定了沥青胶浆性能在较优条件下的沥青和矿粉关键指标组合取值范围。结果表明,同为石灰岩磨制的矿粉,化学组成差异较大,其塑性指数、细度及比表面积有一定的相关性,并与SiO_(2)含量成为矿粉性能的四项关键指标,其中比表面积对沥青胶浆的车辙因子及黏度影响最大;当聚合物复合改性沥青的指标软化点为113~117℃、针入度为20.3~21(0.1 mm)、黏度为873.9~893.7 MPa·s时,矿粉的比表面积控制在1.7~1.8 m^(2)/g、细度D50控制在10~12μm、塑性指数控制在2.6~5、SiO_(2)含量控制在0%~39.1%时,其高温稳定性及施工和易性综合最优,该技术指标可用于指导原材料质量控制及配合比优化设计。

基于Ramberg-Osgood模型的橡胶沥青混合料动态模量研究

为了进一步推广橡胶沥青的应用,采用AMPT沥青混合料性能试验仪对三种不同级配的橡胶沥青混合料在不同频率及温度下进行扫描试验,测试各组混合料的动态模量|E^(*)|与相位角ф,并依据Ramberg-Osgood模型建立三组橡胶沥青混合料动态模量主曲线,最后对试验段钻芯试样进行动态模量测试。试验结果表明:温度能够显著影响橡胶沥青混合料的动态模量,温度越低,其动态模量越高;三种不同级配的橡胶沥青动态模量随着加载频率的增大逐渐增加,且变化趋势一致,前期增大速率较快,后期增大趋势较慢;温度低于35℃时,三种橡胶沥青混合料试件的相位角随着频率的增大而降低,当试验温度不小于35℃时,三种橡胶沥青混合料试件的相位角随着频率的增大而增大;在相同的温度下,抗车辙因子|E^(*)|/sinф大小依次为ARHM-25、ARHM-20、ARHM-13;橡胶沥青混合料的疲劳耗散因子|E^(*)|·sinф与加载频率成正相关,加载频率越大,橡胶沥青混合料的疲劳破坏越严重;基于Ramberg-Osgood模型建立的混合料动态模量主曲线,拟合性能好、可靠度高,能够准确描述三种橡胶沥青混合料的动态模量与温度、频率之间的关系;具体工程实践能够证明主曲线的准确性。

多种聚合物改性沥青的不同抗车辙性能指标对比研究

提高并准确评价沥青的抗车辙性能是目前道路工程领域的一大热点问题。为研究多种聚合物改性沥青的不同抗车辙性能指标,选用了基质沥青和不同类型的常用聚合物改性沥青,分别测试了车辙因子、不可恢复蠕变柔量和蠕变恢复率等抗车辙性能指标,并进一步进行了横向对比和内在关联性分析。研究发现,聚合物改性沥青的抗车辙性能优于基质沥青,且均随着改性剂掺量的增加而不断提高。同等掺量下SBS改性沥青展现出了最优越的抗车辙性能。其次,车辙因子指标与蠕变恢复率指标之间存在显著的线性正相关关系,而不可恢复蠕变柔量指标与蠕变恢复率指标之间存在着显著的指数负相关关系。

高模量沥青高温流变性能的研究

为探究高模量沥青的高温流变特性,采用动态剪切流变试验(DSR)和多应力蠕变恢复试验(MSCR),在不同温度应力条件下,研究了高模量剂掺量对高模量沥青复数剪切模量、车辙因子、蠕变恢复率R、不可恢复蠕变柔量J_(nr)、应力敏感性指标J_(nr-diff)等高温性能指标的影响。结果表明:随着高模量剂掺量的提高,高模量沥青的复数剪切模量、车辙因子及蠕变恢复率指标随之增大,不可恢复蠕变柔量指标减小,说明高模量改性沥青的弹性行为逐渐变好,抗永久变形性能变强;J_(nr-diff)指标随之增大,应力敏感性变差。

复合改性剂对沥青路面快速修复用冷补液影响研究

以SBR胶乳和液态C5石油树脂为改性剂,制备改性沥青,再以柴油稀释改性沥青,掺入少量的抗剥落剂,制得沥青路面快速修补用冷补液。在SBR占沥青质量分数3%的条件下,考察石油树脂掺量0~8%相应改性沥青的常规指标,确定出石油树脂的适宜掺量范围为4%~6%,并通过冷补液的黏度、相应冷补料的强度以及改性沥青的车辙因子等指标对石油树脂掺量进行了验证。

阻燃SBS改性沥青的制备及性能

研究了SBS对沥青的燃烧性能及复合阻燃剂对SBS改性沥青的阻燃性能与物理性能的影响,并通过动态剪切流变仪和DSC-TG试验对阻燃SBS改性沥青的流变性能和阻燃机理进行了分析。试验结果表明:SBS的加入使基质沥青的氧指数降低;复合阻燃剂可显著提高SBS改性沥青的阻燃性能,并可提高改性沥青的车辙因子和热储存稳定性;当添加的阻燃剂与基质沥青的质量比为10%时,改性沥青可成为自熄性材料,并具有较好的物理性能;复合阻燃剂的加入可提高改性沥青的热分解温度和开始燃烧温度。

纳米CaCO_3/SBR复合改性沥青及混合料的高温性能

为改善SBR改性沥青的高温性能,选取纳米CaCO3作为改性剂,制备纳米CaCO3/SBR复合改性沥青。通过室内试验,评价了纳米CaCO3/SBR复合改性沥青及混合料的高温性能。结果表明:随着纳米CaCO3掺量的增加,纳米复合改性沥青的软化点、当量软化点、135℃运动粘度明显增大,延度则呈现先上升后下降的趋势;原样及老化状态下,纳米CaCO3/SBR复合改性沥青的车辙因子均远远高于SBR改性沥青;与SBR改性沥青混合料相比,纳米CaCO3/SBR复合改性沥青混合料的动稳定度提高了38.2%,流变次数Fn、流变时间Ft分别提高了34.5%、63.2%,破坏弯拉应变虽稍有下降,但仍能满足夏炎冬寒地区的要求。因此,采用纳米CaCO3改善SBR改性沥青的高温性能是可行的。

高粘沥青胶浆动态剪切流变特性

针对探索不同类型的高粘沥青胶浆动态剪切流变特性,有利于完善多孔沥青混合料配合比设计。分析材料组成、粉胶比、温度等对高粘沥青胶浆动态剪切流变特性的影响,结果表明,沥青粘度高、矿粉比表面积大,形成的高粘沥青胶浆相位角相对较小,抗车辙因子较大;与矿粉类型相比,沥青性质对胶浆抗车辙因子影响显著,对改善胶浆抗高温变形能力起主导作用;粉胶比增大,抗车辙因子随之增大,并随温度变化呈幂函数关系变化趋势。提高改性沥青粘度或增大矿粉比表面积,均可有效降低高粘沥青胶浆抗车辙因子的温度敏感性,改善高粘沥青胶浆高温抗变形性能。

SBS改性沥青车辙因子的改进

分析了车辙因子G*(sinδ)-1用于评价沥青,特别是改性沥青高温性能的局限性,结合重复蠕变与恢复试验和Bouldin的模型假设,建立了改进型车辙因子G*(sinδ)-9,并通过一种基质沥青和4种丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)制备4种SBS改性沥青的动态剪切流变(DSR)试验结果,分析比较了G*(sinδ)-9和G*(sinδ)-1评价SBS改性沥青高温性能的合理性,得出结论:G*(sinδ)-9比G*(sinδ)-1作为改性沥青高温评价指标更加合理.

活化煤矸石改性沥青胶浆高温性能影响因素研究

采用动态剪切流变试验(DSR)对比研究了不同粉胶比条件下(0.6,0.8,1.0,1.2,1.4)和不同温度条件下(64,70,76,82℃)活化煤矸石和矿粉改性沥青胶浆的高温流变性能;运用灰熵法分析了活化煤矸石改性沥青胶浆高温性能影响因素——温度、活性成分Si O2含量、粉胶比、135℃运动黏度、胶浆软化点——的显著性。结果表明:活化煤矸石代替矿粉作为填料可使沥青胶浆的高温性能有大幅提高;粉胶比对活化煤矸石改性沥青胶浆高温性能有最显著影响。