基于加速加载试验的青川岩改沥青混合料疲劳性能研究

为评价青川岩改沥青混合料疲劳性能,该文设计了基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验系统的动轮载三点弯曲加载疲劳试验装置,对双层沥青混合料复合车辙试件进行轮胎碾压下的三点弯曲重复加载疲劳试验,结合沥青混合料小梁试件MTS弯曲疲劳试验,评价青川岩改沥青及复合改性沥青等对沥青混合料疲劳性能的改善效果。结果表明:青川岩改沥青提高了沥青混合料承受重复弯拉荷载的能力,改善了沥青混合料的抗疲劳性能,其抗疲劳性能优于青川岩沥青与SBS复合改性沥青、SBS改性沥青和基质沥青;基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验的动轮载三点弯曲重复加载疲劳试验,能更真实地模拟现场路面轮载作用,减少了小梁试件尺寸效应对疲劳寿命的影响,再现了轮载作用下路面结构的受力状况。

多频率重复荷载作用下布敦岩沥青混凝土宏细观开裂特性分析

针对布敦岩沥青混凝土路面在不同工况下的使用寿命问题,对多种路用环境及不同频率重复荷载作用下布敦岩沥青混凝土小梁试件进行三点弯曲重复加载试验,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)法分别对布敦岩沥青混凝土、基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土在5种路用环境下的疲劳损伤进行分析。结果表明:在不同路用环境和多频率的作用下,疲劳寿命排序为SBS改性沥青混凝土>布敦岩沥青混凝土>基质沥青混凝土;布敦岩的掺加对沥青混凝土疲劳性能起到了提升作用,但对车速变化的敏感程度较强;布敦岩沥青能有效提升沥青混凝土的抗疲劳开裂性能;同种材料在相同重复荷载作用次数时的损伤程度随着加载频率的增加而减小;布敦岩的掺加可以提高混合料的抗损伤能力,延缓沥青混凝土出现加速开裂的时间点;布敦岩沥青混凝土宏观裂纹出现的时间点为重复荷载次数占比为70%时。研究成果有利于工程提前制定相应的防治措施。

岩沥青胶粉复合改性高模量沥青性能研究

为改善沥青路面抗车辙性能,解决因交通量迅猛增长和重载化而导致的路面车辙病害问题,采用岩沥青、胶粉对沥青进行复合改性,制备高模量胶粉/岩沥青复合改性沥青。随后通过沥青三大指标、黏度、动态剪切流变试验等测试指标分析不同改性沥青的高低温性能特点,并采用抗老化性能试验和储存稳定性试验研究复合改性沥青的高温储存稳定性及抗老化性能的变化规律。利用荧光显微分析(FM)和红外光谱(FTIR)分析技术探明沥青的复合改性机理。结果表明:胶粉和岩沥青的掺入有效改善了沥青路用性能,且胶粉能够削弱岩沥青对沥青低温性能的劣化效果;岩沥青能够有效改善沥青的储存稳定性和抗老化性能。此外,胶粉和岩沥青颗粒使得复合改性沥青的弹性成分明显增加,弹性恢复能力得到提升。随着岩沥青的掺量增加,复合改性沥青的高温抗剪能力提升更加显著;但过量的岩沥青难以分布均匀,容易导致颗粒聚集。胶粉能够在沥青中产生溶胀形成局部的网络结构,岩沥青颗粒则能够分布在这些网络结构中,与沥青进行物理共混,从而提高了沥青的内聚力。确定岩沥青和胶粉的掺量分别为6%和20%。

青川岩沥青/SBS复合改性沥青流变性能及疲劳特性研究

为探究青川岩沥青(Qingchuan rock asphalt,QRA)和SBS在桥面铺装中的应用,以2%,3%SBS和5%,10%,15%QRA为改性剂,制备得到6组QRA/SBS复合改性沥青(QRA/SBS composite modified asphalt,QSMA),综合研究QSMA基本路用性能、微观改性机理、高温流变性能和疲劳特性。结果表明,QRA能够提高QSMA软化点并降低针入度,SBS对提升QSMA的5℃延度有利。特征官能团显示QSMA与基质沥青含有相同烃类化合物,QSMA改性机理为物理改性。QRA和SBS掺量的增大能提高沥青的变形阻力,抑制沥青不可恢复形变的产生,进而提升QSMA抵抗高温车辙变形的能力。QRA和SBS的加入可提高沥青的劲度和弹性。QRA和SBS能提升沥青基体抵抗疲劳断裂的能力,表现出更小的应变依赖性和更好的抗疲劳性。综合三大指标、高温流变实验与疲劳实验结果,推荐最优掺量组合为3%SBS+15%QRA。

基于响应曲面法的玄武岩纤维-岩沥青混合料路用性能研究

为提升沥青混合料路面的路用性能,有效化解岩沥青对混合料低温抗裂性的不利影响,采用响应曲面法,并基于汉堡车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验和四点弯曲疲劳试验,对不同玄武岩纤维和岩沥青掺量下的混合料进行路用性能及抗疲劳特性评价。结果表明,玄武岩纤维和岩沥青的复合增强作用,可显著提升沥青混合料的高温性能、水稳定性和抗疲劳特性;通过响应曲面法设计预测,获得玄武岩纤维和岩沥青的最佳掺比分别为0.495%和7.6%,且经试验验证,预测值与实测值之间的计算准确度均>98%,此最佳掺比下,沥青混合料表现出优良的路用性能。

岩沥青在路面工程中的应用及性能研究综述

天然岩沥青作为沥青的一种“绿色”可替代物,不仅可以部分或完全替代现有沥青,而且不存在与基质沥青相容性差的问题。为进一步推动路面用岩沥青材料的应用与发展,梳理总结了国内外路面用岩沥青材料研究动态;明确了不同种类岩沥青产地分布、化学组分、元素含量差异及工艺效能;全面综合对比评价国内外岩沥青及复合改性沥青基本物理性能、高低温流变性能及抗老化性能;调查总结岩沥青改性沥青混合料强度、低温抗裂性能、高温抗车辙性能及抗水损坏性能。结果表明:不同产地的岩沥青灰分、沥青、四组分及元素含量有差异,组分对岩沥青改性沥青及沥青混合料性能具有重要影响;岩沥青制备工艺分为干法和湿法,2种方法各有优缺点;岩沥青的加入能够改善沥青的高温流变性能,提高混合料的抗高温车辙、抗水损坏及抗老化性能;岩沥青较大的比表面积、发达的孔隙结构及灰分中含有的碱性矿物能够增强沥青的吸附作用;岩沥青改性过程中没有官能团的产生与消失,属于物理改性;岩沥青会与沥青中的轻组分结合,改变黏弹比例,提升热稳定性。

天然岩沥青四组分与微观特性研究进展

随着石油资源的逐渐枯竭和“双碳”风潮的兴起,天然岩沥青因其优异的路用性能和低廉的价格受到道路工程研究者的青睐。为了进一步促进天然岩沥青的四组分与微观组成结构研究的发展,首先综述了国内外天然岩沥青应用发展历程;随后介绍了天然岩沥青的四组分含量及相关分析;最后从微观角度,通过FTIR、SEM、XRD 3种方法对天然岩沥青的官能团组成、表面微观形态与聚集情况以及物相组成进行分析。研究结果表明:国外对天然岩沥青的应用与研究早于国内,但是国内对其微观组成的研究更加深入;天然岩沥青的四组分含量因产地不同而差异显著,但其沥青质含量均远高于基质沥青,且胶体不稳定性公式并不适用于天然固态岩沥青的测算与量化评价;通过FTIR中官能团的变化对天然岩沥青改性过程进行观察,发现不同种类与含量的天然岩沥青主要在物理层面对基质沥青进行改性,基本未涉及官能团的变化;SEM从微观角度观察到天然岩沥青表面形态较为粗糙,聚集程度较为紧密,能够很好地增强抗水剥离能力;XRD研究发现天然岩沥青中碱性矿物元素较多,显著提升了结合料与集料的黏附性。

岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料黏弹特性研究

为研究岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料的黏弹特性,采用沥青混合料性能试验机(asphalt mixture performance testing,AMPT)对不同岩沥青用量的复合改性沥青混合料在不同试验条件下的单轴动态压缩模量和相位角进行了测试,构建了动态模量主曲线,建立了动态模量预测模型。结果表明:当试验温度增大或加载频率降低时,岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料的动态模量逐渐降低;随着岩沥青掺量的增加,AC-20复合改性沥青混合料抗车辙性能提高,疲劳性能降低;测定的复合改性沥青混合料20℃动态模量接近于14000 MPa,符合高模量沥青混合料的技术要求;经测试,所构建动态模量预测模型的预测精度可达83%。

伊朗岩沥青/玄武岩纤维掺量对改性沥青的影响与性能试验

通过动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验研究了伊朗岩沥青掺量和玄武岩纤维掺量对BF/IRA复合改性沥青性能的影响,并通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验等一系列试验研究了BF/IRA复合改性沥青混合料的路用性能。结果表明,岩沥青和玄武岩纤维可提高沥青高温性能,而岩沥青不利于改性沥青低温性能,玄武岩纤维可改善其低温性能,且岩沥青建议掺量为8%,玄武岩纤维掺量宜为5%。玄武岩纤维可显著提高岩沥青改性沥青高低温性能、水稳定性。

浇筑式聚醚型聚氨酯混凝土的制备及与浇筑式沥青混凝土性能对比

浇筑式沥青混凝土由于其突出的变形追随性而广泛应用于长大桥梁的桥面铺装中,但该材料在高温稳定性及节能减排方面存在明显不足。而聚氨酯混凝土因其路用性能和环保特性,逐渐成为研究的热点。采用课题组自主研发的聚醚型聚氨酯代替沥青配制了浇筑式混凝土GPC-10,并将其与浇筑式沥青混凝土GA-10进行了性能对比评价。首先,以聚醚型聚氨酯为胶结料,采用GA-10的矿料级配,配制了GPC-10,并根据其裹敷状态及流动性确定了胶石比范围;然后,分别测定了所配制的GPC-10及岩沥青改性沥青浇筑式混凝土GA-10的路用性能,并进行了对比评价及机理分析。结果表明:与GA-10相比,GPC-10高温性能提高39倍以上,低温性能提高5倍以上,抗疲劳性能提高7倍以上,冻融后剩余劈裂强度提高1倍以上,冻融循环不影响GPC-10的密水性,耐老化性能提高1倍以上。最后,通过铺筑试验路段对上述室内研究成果进行了工程验证。

基于细观尺度下布敦岩沥青混凝土低温开裂特性研究

为了更详细地描述布敦岩沥青的低温特性及裂缝发展规律。采用数字散斑成像技术(DIC),对布敦岩沥青混凝土试件在低温弯曲破坏试验中的裂缝扩展过程进行细观尺度下的观测和分析,通过DIC技术捕捉试件在加载过程中裂缝的形成、扩展,以及裂缝尖端的位移和应变变化。结果表明,①从DIC位移云图来看,裂纹从小梁试件底部开始萌生,随着加载进行,试件散斑点向两侧水平方向位移增大,跨中区域散斑面积变窄,出现散斑区域尖端,裂缝向上部开始延伸,散斑位移变化率减小,直至裂纹扩展至破坏;②从应变云图来看,试件在水平及竖直方向均存在拉应变与压应变,初期试件底部出现多个小范围受拉区域,衍生出若干细小裂纹,受拉区域汇聚、增大,随着加载增大,两侧对称的拉应变向跨中移动,底部压应变范围迅速增大,裂缝不断扩展直至破坏;③同条件下最终裂缝长度排序为SBS改性沥青>布敦岩沥青>基质沥青,裂纹破坏所需加载时间排序为SBS改性沥青>布敦岩沥青>基质沥青,表明布敦岩沥青的低温抑制宏观裂缝性能优于基质沥青。

弃渣料在土石坝设计中的应用

为充分利用弃渣料填筑沥青混凝土心墙坝、减少当地生态破坏,阐述了运用弃渣料填筑沥青混凝土心墙混合土石坝的坝体结构及筑坝材料特性,并进行二维渗流稳定、坝坡稳定、沉降分析。分析结果表明,沥青混凝土心墙混合土石坝在各工况下的渗流比降、坝坡稳定安全系数、沉降量均满足规范要求。本研究成果可对同类工程的设计提供一定的参考。

布敦岩沥青/纳米气凝胶/抗老化剂复合改性沥青制备及性能评价

实验选用布顿岩沥青(Buton-rock asphalt,BRA)、纳米气凝胶(Nanoaerogel,NA)和抗老化剂(Anti-aging agent,AA)对基质沥青进行复合改性。通过三大指标试验,确定三种改性剂的适宜掺量。利用动态剪切和弯曲梁流变试验分析了沥青的流变性能,以抗老化性能评价指标对耐老化性能进行表征。借助傅里叶红外光谱(FTIR)对沥青的官能团变化进行了分析,利用扫描电镜(SEM)观测了沥青在不同老化方式后的微观结构。结果表明:BRA+NA+AA复合改性沥青改性剂最佳掺量为:2%NA、10%BRA、0.3%抗氧剂1010和0.4%UV-327。BRA+NA+AA复合改性沥青相对于基质沥青,残留针入度比和延度保留率分别提高了74%和213%,软化点增量和车辙因子老化指数分别降低了57%和40%。加入改性剂后,沥青的高温性能得到明显改善,改性方式以物理改性为主,且改性剂与基质沥青界面之间相容性良好。改性沥青和复合改性沥青流变性能和耐老化性能均优于基质沥青。其中BRA+NA+AA复合改性沥青的耐老化性能和高温抗车辙能力最为优异。

基于多种路用环境下对布敦岩沥青混凝土低温开裂特性的分析

本研究通过冻断试验和三点弯试验分别对五种路用环境下的布敦岩沥青混凝土、基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土进行低温抗裂对比分析,并通过数值模拟试验从试件损伤和能量耗散两方面进行布敦岩沥青混凝土低温开裂机理研究。结果表明:布敦岩沥青混凝土具有比其他两种沥青混凝土更高的转化点温度,但在冻结时的断裂强度和冻断温度略低于SBS改性沥青混凝土,而优于基质沥青混凝土。在低温下,布敦岩沥青混凝土的应变能密度大于基质沥青混凝土,略低于SBS改性沥青混凝土,这表明在基质沥青中掺加适量的布敦岩沥青可以提高其抗温缩开裂性能。另外,布敦岩沥青混凝土在低温条件下弯曲破坏过程中只有少部分塑性变形,应变能以塑性变形的方式耗散较少,主要是通过脆性破坏产生的裂隙耗散。

玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土低温开裂特性

为了探究玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土在寒冷地区的适用性,通过小梁弯曲试验、数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术与低温约束应力试验,对布敦岩沥青混凝土、基质沥青混凝土和玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土的低温开裂特性进行研究。结果表明:在低温条件下,玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土变形能力强,冻断温度及转化点温度低;较其他2种沥青混凝土损伤因子达到1所需的时间长,裂缝宽度小,关键开裂点出现时间晚。宏细观分析均表明,玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土的低温抗裂性能优异。

表面接枝C—S—H的岩沥青对高温油井水泥石力学性能的影响

研究了表面接枝C—S—H的岩沥青对高温油井水泥石力学性能和微观结构的影响,采用压力试验机及XRD、TG、SEM和EDS对油井水泥石的力学性能和微观结构进行了测试和表征。研究结果表明,与纯水泥石相比,掺入1%未改性岩沥青的水泥石3 d抗压强度下降了2.98%,而掺入1%表面接枝C—S—H岩沥青的水泥石3 d抗压强度提高了4.26%。物相分析和热重实验表明,表面接枝C—S—H岩沥青的加入不会引起水化产物类型的变化,而掺量为3%表面接枝C—S—H的岩沥青水泥石养护3 d的失重量比纯水泥石高1.01%,说明表面接枝C—S—H的岩沥青可以促进水泥的水化。水泥石的微观形貌和元素分析表明,未改性岩沥青在180℃下热解导致沥青颗粒破碎,而接枝C—S—H的岩沥青表面形成的富Si层可以避免沥青颗粒因气孔而引起破碎,使得未改性岩沥青水泥石界面处的C元素含量较接枝C—S—H的岩沥青水泥石高29.14%,未改性岩沥青水泥石基体中C元素含量较接枝C—S—H的岩沥青水泥石高13.76%。

西北地区沥青混凝土心墙坝坝体填筑料层间关系

沥青混凝土心墙作为土石坝常用的防渗体,其防渗效果显著,适应变形能力强。以西北地区某项目的沥青混凝土心墙坝为例,结合2个天然料场的详查资料,C1料场作为坝体填筑料场,但因颗粒间关系不满足滤土、排水效果,不能直接用作筑坝料。针对坝体的砂砾石填筑料、过渡料及下游堆石料之间的相互作用进行分析,并通过转换保护土与被保护土的形式,对过渡料、填筑料及堆石料的层间关系进行复核,进而得到满足滤土、排水要求的颗粒级配关系。

任意料在纳达水库沥青混凝土心墙土石坝中的应用研究

纳达水库为沥青混凝土心墙土石坝,坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例。针对坝壳料采用任意料的特点,主要介绍了沥青混凝土心墙土石坝在合理利用土、石混合任意料,渗流控制,坝坡稳定及坝体变形控制等方面的设计成果,相关成果可供设计人员参考。

川北硬质岩沥青液相碳化及热解产物特性

为探究川北硬质岩沥青的热解特性,以及液相碳化过程中碳化温度和碳化时间对孔隙结构及元素成分等的影响,以广元岩沥青为原料,采用液相碳化法制备了沥青基多孔碳材料并进行分析。热重测试结果表明,岩沥青主要失重温度区间为400~600℃,最大失重速率温度为450℃,在1000℃时其残碳率为56.35%,升高碳化温度和延长碳化时间均能促进岩沥青热解和缩聚反应的进行。随着岩沥青中可挥发性成分的分解,稠环大分子趋向定向排列,其芳香性增加,极性降低,表面活性基团减少,比表面积增加,而过高的碳化温度和过长碳化时间会使所制材料的孔隙结构塌陷,造成比表面积降低。比表面积测试表明,所制ASUK4-2样品具有最大比表面积365.14 m^(2)/g,各样品的氮气吸附-脱附等温线均属于Ⅱ型,存在典型的H3滞后环,材料孔径分布以介孔为主,并存在少量大孔和微孔。本研究可为天然岩沥青碳化制备新型碳材料的高值化开发利用提供参考依据。

阳蓄电站下水库大坝沥青混凝土心墙施工配合比试验研究

沥青混凝土心墙是土石坝坝体防渗的关键性、隐蔽性工程,施工质量控制标准要求高。沥青混凝土的力学性质不仅与温度变化、工作条件有密切的关系,还取决于所用原材料的特性、配合比以及施工质量等因素,因此,选择优异性能及适合施工的沥青混凝土配合比就显得尤为重要。本文结合阳江抽水蓄能电站下水库大坝沥青混凝土心墙施工实例,对沥青混凝土心墙原材料的选择、室内配合比试验和现场铺筑试验情况进行了介绍。通过沥青混凝土物理力学及变形性能试验检测、试验结果验证,选择出最佳的沥青混凝土心墙施工配合比,该配合比在工程实施中得到了有效的验证。