Performance evaluation of new epoxy resin-based composite phase change materials and their asphalt mixture

In recent years,the temperature-adjusted asphalt pavement has been an extensive concern by scholars in various countries,and this pavement can reduce temperaturerelated diseases.In this study,the shaped composite phase change materials(CPCMs)were successfully synthesized by two processes,which are vacuum impregnation and epoxy curing.Firstly,the applicability of CPCMs in asphalt mixtures was evaluated by microscopic characterization,chemical compatibility,thermal properties,durability,and leakage stability.Secondly,CPCMs were applied to the asphalt mixture to evaluate its temperatureadjusted characteristics and pavement performance.Finally,the performance of the temperature-adjusted asphalt mixture was analyzed by integrating all factors.The research shows that the prepared CPCMs have excellent thermal properties and durability,the phase transition temperature is 48.93℃,and the phase transition enthalpy is 106.5 J/g,which fully meets the requirements for use in pavement.The temperature-adjusted asphalt mixture could alleviate the occurrence of extreme temperature,which was 4.9℃lower than the conventional mixture.The pavement performance of the temperatureadjusted asphalt mixture can meet the specified standards for humid areas.Considering the factors,the recommended amount of CPCMs is 1.5%.The research results provide a basis for the promotion of temperature-adjusted asphalt pavement and effectively support the development of pavement engineering technology.

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。

掺钢渣沥青混合料体积膨胀性研究

钢渣作为中国存量较大的工业固体废弃物,目前对其利用率仅为30%,限制钢渣大规模资源化利用的主要原因在于钢渣所含的非稳定性物质在富水条件下易发生水化反应,造成钢渣体积膨胀。通过采用直线位移传感器(linear variable displacement transducer, LVDT)测试法对掺钢渣沥青混合料小梁试件膨胀率进行测定,探究钢渣掺配比例、混合料油石比以及掺入钢渣粒径对混合料膨胀率大小的影响。结果表明:混合料中钢渣掺入不超过50%,混合料实际油石比在最佳油石比基础上提高1.5%,且使用大粒径钢渣,能更有效控制混合料膨胀率。此外,钢渣中的活性物质不断进行水化反应,将导致局部膨胀和集料剥落等损害发生。

沥青路面全深式水泥稳定冷再生混合料性能研究

在半刚性基层沥青路面结构性养护设计中,将基层旧料和沥青路面旧料混合冷再生作为一种低碳工程技术。为探讨冷再生基层旧料和沥青路面旧料的不同比例混合料强度规律,本文以现场取回的沥青层RAP料和基层RBM料为原材料,在调查面层和基层料比例的基础上,就沥青混合料强度进行研究。选择了三种面层和基层混合料比例,以五种水泥掺量占比进行不同种类混合料的无侧限抗压强度试验,得出了其抗压强度的规律。综合考虑混合料强度与稳定性、经济性,采用33∶67的面基层用料比例较优;水泥掺量在5%~8%时随着水泥用量的增加再生混合料的强度增长较快,建议水泥掺量大于5%。

骨料级配对相变沥青混合料性能的影响

相变沥青混合料是一种可以调节沥青混凝土路面温度的新型功能性路面材料,其中,沥青混合料骨料级配对相变沥青混合料的路用性能和调温性能的影响值得深入研究。选择两种复合定型相变材料(composite-shaped phase change materials,CPCM)石蜡/膨胀石墨/高密度聚乙烯(paraffin/expanded graphite/high-density polyethylene,PHDP)和DTC道路温度调节材料,首先利用傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)试验,对CPCMs与沥青之间的反应进行了定性分析。其次,分别制备级配类型为AC-16与AC-20的相变沥青混合料,通过路用性能试验和调温试验评价不同骨料级配对相变沥青混合料路用性能与调温效果的影响。结果表明,两种CPCM与沥青之间均为物理反应;相比级配类型AC-16,AC-20可以显著提高含PHDP的相变沥青混合料的路用性能与调温效果,但是对于含DTC道路温度调节材料的相变沥青混合料的改善效果不显著。

厂拌热再生AC-20沥青混合料配合比设计研究

根据《公路沥青路面再生技术规范》对厂拌热再生AC-20沥青混合料配比进行设计研究,本文依托黑龙江省交通投资集团有限公司权属高速公路质量提升(二期)A2-1标段,对厂拌热再生AC-20沥青混合料进行配合比设计,通过马歇尔实验获得相应数据最终确定最佳沥青用量为4.5%时抗水损害性能、高温稳定性能等路用性能满足要求。结果表明:该厂拌热再生AC-20沥青混合料性能符合规范要求,能够有效节约沥青与石料材料,路面性能良好。

RAP精细分离效果评价及其再生沥青混合料性能研究

采用精细分离技术对沥青混合料回收料(RAP)进行处理,可减小RAP的变异性,提高再生沥青混合料的路用性能。通过对不同工艺处理的精细分离RAP试验,分析了精细分离RAP的矿料级配、沥青含量变化规律及变异性。采用精细分离RAP制备再生沥青混合料,研究分析了精细分离工艺对再生沥青混合料路用性能的影响。结果表明:未经过精细分离的RAP,矿料级配、沥青含量变异性较大;精细分离后的RAP,矿料级配、沥青含量的变异性明显减小,提升了RAP的稳定性;精细分离工艺有利于提升再生沥青混合料的路用性能,尤其是动稳定性和最大弯拉应变;精细分离有利于提高RAP在再生沥青混合料中的掺量,保证再生沥青混合料的质量,提升RAP在沥青路面中再生利用水平。

Review on application of phase change materials in asphalt pavement

Phase change materials(PCMs)can regulate the temperature in asphalt pavement and minimize temperature-related problems,such as rutting and thermal cracking,because of their ability to store and release latent heat.Suitable PCMs can also enable additional road surface functions,such as snow melting ability,freeze-thaw cycle resistance,and heat island reduction.These functions are helpful in achieving intelligent,green,and sustainable transportation systems.Although the research on PCMs for asphalt pavement has been carried out for more than 10 years,a systematic material system and mature application technology have not yet been formed.The main reasons for restricting the development of this technology include the lack of suitability between the PCMs and asphalt pavement,the quantitative characterization of phase change temperature regulation property,and the evaluation of the effect of phase change energy storage on improving pavement performance.Although the published review has made a comprehensive summary of the existing research,it has yet to identify the key restricting the development of this technology and carry out a review and discussion based on it.To grasp the development status of the application of PCMs in asphalt pavement,sort out the development needs and break through the technical barriers,this study systematically summarizes the preparation and performance of PCMs for asphalt pavement,compares the performance and evaluation methods of asphalt mixtures with different PCMs,and summarizes the numerical simulation methods of phase change asphalt mixtures.Finally,this study presents potential approaches to address critical technical issues and discusses possible future research.

废弃热固性复合材料应用于沥青混合料的研究进展

本文综述了废弃热固性复合材料应用于沥青混合料的研究进展,废弃热固性复合材料既可以作为沥青改性剂又可以作为填料,在路用性能方面起到促进作用。废弃玻璃钢作为改性剂能显著提高沥青混合料的高温性能、抗车辙能力、耐湿热性能和低温开裂能力,这是由于沥青混合料中玻璃钢网络形成稳定的三维结构,玻璃钢组分通过溶胀与吸附桥接作用可增加沥青组分结构中的大分子组分。玻璃钢粉末作为沥青混合料填料能提高沥青混合料的中、高温性能、抗车辙性能和抗疲劳性能,这是由于玻璃钢粉末与沥青的粘附性能优异,在沥青混合料内部,玻璃钢可以形成良好的嵌锁骨架结构并可以形成密实充填。同时,总结了废弃热固性复合材料在沥青混合料中的作用机制,最后对废弃热固性复合材料在道路工程中的广泛应用进行了展望。

碳纳米管对SBS改性沥青混凝土路用性能的影响研究

为研究碳纳米管对SBS改性沥青混凝土路用性能的影响,利用高速剪切的方法将碳纳米管掺入SBS改性沥青混凝土中,并配置相应的沥青混合料。通过实验研究碳纳米管对SBS改性沥青混凝土路用性能的粘滞及相容性的影响,进而确定碳纳米管的最佳掺入量为0.9%,碳纳米管的掺入控制了改性沥青材料内部相对运动情况,提升SBS材料在沥青混凝土中分散的均匀程度。实验结果表明,所提出方法在荷载作用次数为20000时的车辙深度为18.76 mm,马歇尔稳定度为12.98 kN,碳纳米管材料能够增强SBS改性沥青混凝土的高温稳定性及水稳定性。

就地热再生沥青混合料优化研究

为明确忻州境内国道209线路面改造工程原沥青路面混合料的设计配合比,通过分析原路面沥青混合料级配情况和添加不同掺量再生剂沥青混合料的试验结果,确定了复拌沥青混合料的再生剂含量、热沥青含量、新添加混合料含量及油石比。研究结果表明:通过抽提筛分试验可分析原路面沥青混合料级配情况,并确定再生剂用量与回收沥青用量;通过对不同再生剂含量的沥青进行三大指标和体积指标试验,得到较优的再生剂含量;按照不同的油石比,将新混合料、再生剂、热沥青与原路面沥青混合料进行复拌,通过马歇尔试验得出沥青路面改造最佳油石比;通过对复拌沥青混合料试件进行高温稳定性、马歇尔及冻融劈裂检验,其动稳定度DS为5322次·mm^(-1),残留稳定度为91.5,冻融劈裂强度比为85.7%。

不同种类沥青混合料抗车辙性能研究

为提升沥青路面抗车辙性能,通过车辙试验对常用抗车辙材料(SBS改性沥青混合料、半柔性沥青路面材料、掺加抗车辙剂沥青混合料)进行室内试验分析,并对3种沥青混合料进行高温稳定性能、水稳定性能及低温性能等路用性能试验。结果表明,采用半柔性沥青路面材料与掺加抗车辙剂沥青混合料可显著提高沥青路面的抗车辙性能,老化后半柔性沥青路面材料抗车辙性能优于掺加抗车辙剂沥青混合料;半柔性沥青路面材料的抗水损坏性能较优,但是,半柔性沥青路面材料的低温弯拉应变指标略低于规范值,掺加抗车辙剂沥青混合料低温性能优于半柔性沥青路面材料。研究结果为不同应用场景下沥青路面提升抗车辙性能提供思路。

绿片岩集料在高速公路面层的可持续应用与改进策略研究

针对绿泥石片岩与沥青集料黏附性差导致混合料的水稳定性不佳的问题,论文以武汉至大悟高速公路项目为依托,基于绿泥石片岩集料的特性分析,研究了绿片岩集料、沥青界面黏附机制与分析模型,以及绿泥石片岩沥青混合料的配合比设计方法,同时提出了绿泥石片岩集料沥青混合料的改进措施和评价方法,有效解决了绿泥石片岩集料与沥青黏附性差、混合料水稳定性不足等问题。

蓄盐抗凝冰填料对沥青混合料性能影响研究

为评价自主研发的蓄盐抗凝冰沥青混合料的路用性能与抗凝冰效果,利用等体积置换矿粉填料的方法对自主研发的一款蓄盐抗凝冰填料进行配合比设计,并设计对照组实验,研究掺量对沥青混合料性能的影响。结果表明,自研蓄盐填料的掺入在一定程度上会降低沥青混合料的各项路用性能;自研蓄盐填料具有较好的抗凝冰性能;蓄盐抗凝冰沥青混合料的各项性能指标仍可满足规范要求。

基于精细分离RAP细料的应力吸收层再生混合料性能研究

精细分离技术可有效降低RAP结团,控制其变异性,但RAP在精细分离后会产生超过50%的RAP细料。由于沥青含量高及级配限制,RAP细料在常规混合料中较难再生利用,因此,亟需探索针对RAP细料的多途径利用方法。为研究精细分离RAP细料用于应力吸收层再生混合料的可行性,本文基于再生沥青性能的可恢复程度与级配可调性确定了RAP细料最大掺量,设计了0%,10%,20%三种RAP细料掺量的应力吸收层再生混合料,采用车辙试验、低温SCB试验与低温小梁弯曲试验、冻融循环状态下的SCB试验、OT试验评价了应力吸收层再生混合料的路用性能,并分析了RAP细料掺量对其性能的影响规律。结果表明:RAP细料用于应力吸收层沥青混合料的最大掺量为20%。随着RAP细料掺量的增加,混合料高温性能会有一定程度的提升,但低温抗裂性能、水稳定性和抗反射裂缝性能会略微降低,且RAP细料用于应力吸收层具有可行性。

组成材料对乳化沥青冷再生混合料性能影响研究综述

乳化沥青冷再生技术实现了沥青路面大中修过程中产生的废旧料资源化再利用,有效地降低了生产成本与碳排放,具有良好的社会经济效益和环境效益。简要分析了乳化沥青冷再生混合料强度形成机理,探讨分析了组成材料对乳化沥青冷再生混合料性能的影响;梳理了现有乳化沥青冷再生技术研究中各组成成分参数,并提出相应措施,以期获得拌和性能、路用性能和耐久性优良的乳化沥青冷再生混合料,从而为乳化沥青冷再生技术的推广与应用提供理论支持。

基于材料和试验方法的沥青混合料抗车辙研究进展

车辙病害作为沥青路面常见的病害之一,在国内外备受关注,基于不同研究方向各研究机构围绕沥青混合料车辙开展了大量的相关研究。基于材料和试验方法 2个方面综述了沥青混合料抗车辙的研究进展。用于摊铺沥青路面的沥青混合料主要由沥青和集料组成,因此对不同改性沥青进行了汇总,并分析了不同改性沥青对沥青混合料抗车辙性能的影响;基于级配、形态和运动状态等因素对沥青混合料中的集料进行了研究,总结了不同集料对沥青混合料抗车辙变形性能的影响。目前,试验方法多集中于室内试验方法与数值模拟试验方法,基于室内试验总结了车辙试验和间接拉伸试验等多种方法,可用于评价沥青混合料抗车辙性能;基于数值模拟试验分别介绍了有限元和离散元2种方法,并总结了2种方法的特点。此外,综述了预估方法、AI算法等其他测试沥青混合料抗车辙的方法,为沥青路面抗车辙性能的相关研究提供了理论和技术参考。

纤维种类及掺量对沥青混合料性能的影响

纤维沥青混合料是一种长寿命沥青路面新材料,由于纤维种类及掺量的差异对沥青混合料的性能有较大影响,因此将采用3种纤维种类(玄武岩纤维、玻璃纤维、聚酯纤维)及5种纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)作为研究对象,研究纤维沥青混合料的路用性能。结果表明:玄武岩纤维、玻璃纤维、聚酯纤维的最佳掺量分别为0.4%、0.3%、0.3%,最佳掺量下玄武岩纤维增强效果最优,动稳定度提高30.0%,贯入强度提高14.0%,最大弯拉应变提高20.1%,浸水残留稳定度提高1.9%,冻融劈裂强度比提高1.7%。

Dynamic Mechanical Characterizations and Road Performances of Flame Retardant Asphalt Mortars and Concretes

To research the dynamic mechanical properties and road performances of flame retardant asphalt mortars and mixtures, four different asphalt mortars/mixtures were prepared: a reference group and three asphalt mortars/mixtures containing composite flame retardant materials(M-FRs) of different proportions. Temperature sweep, frequency sweep, repeated creep test, force ductility test and bending beam rheological test were carried out to research the dynamic mechanical properties of asphalt mortars containing M-FRs; wheeltracking test, low-temperature bending test and freeze-thaw split test were used to study the road performances of asphalt mixtures containing M-FRs. The results show that high-temperature performances of the three flame retardant asphalt mortars improve greatly, while low-temperature cracking resistances decline. Both hightemperature performances and water stabilities of asphalt mixtures containing M-FRs are quite good and exceed the specification requirements. However, their low-temperature performances decline in different degrees. In summary, besides their good flame retardancy, the flame retardant asphalt mortars and mixtures also exhibit acceptable road performance.

硅烷偶联剂对半柔性路面材料性能增强机理研究

为研究掺加硅烷偶联剂对半柔性路面材料的性能影响规律及作用机理,采用马歇尔稳定度、车辙、低温弯曲、冻融劈裂等试验,测试了添加不同掺量硅烷偶联剂的半柔性路面材料的力学性能与路用性能,并确定硅烷偶联剂的最佳掺量,采用高拍仪等仪器观察硅烷偶联剂基于界面改性原理的微观改性机理。结果表明:随着硅烷偶联剂掺量的增加,半柔性路面的高温性能、低温性能和水稳定性能均发生了不同程度的提高,同时其掺量对性能的影响存在峰值,马歇尔稳定度、动稳定度、弯拉应变与冻融劈裂强度比均在掺量为0.5%左右处达到峰值,超过峰值后性能随掺量增加而下降,最终确定硅烷偶联剂的最佳掺量为0.5%。通过测定连通空隙率和灌注率的变化定量反映界面紧密度,通过对比观察普通半柔性路面材料与硅烷偶联剂最佳掺量下的半柔性路面材料的水泥-沥青界面可明显发现,硅烷偶联剂能够在水泥基灌浆材料与沥青混合料之间发生一系列化学反应,从而通过改变水泥-沥青界面的形态,有效改善水泥-沥青界面稳定度并减少水泥-沥青界面裂缝,结合性能试验,硅烷偶联剂可通过界面优化改善半柔性路面的力学及路用性能。