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。

再生粗骨料沥青混合料的动态黏弹性特性研究

再生骨料是一种将建筑垃圾中的混凝土块等废料加工而成的再生产品,它可以替代部分天然骨料加入沥青混合料中铺筑路面,有助于减少对天然石材的开采,降低沥青路面的成本。为了研究再生粗骨料沥青混合料的黏弹性特征,针对4种取代率的再生骨料沥青混合料,采用不同频率和温度下的动态模量试验,通过Sigmoid函数建立动态模量和相位角的主曲线,探究再生骨料的掺量(0%、17%、37%、56.7%)对AC-20沥青混合料动态黏弹性特性的影响变化。研究结果表明:在相同频率、相同温度下随着再生骨料掺量的增加,沥青混合料的动态模量减小,这种现象在低温高频条件下表现得更为明显。低温和常温条件下(–10、5、20℃),沥青混合料的相位角随着再生骨料掺量增大而减小,随着频率增加而减小,在中高温条件下再生骨料掺量的变化对沥青混合料相位角的影响规律并不统一。通过动态黏弹性拟合参数结果分析发现Sigmoid模型的拟合参数变化趋势与再生掺量增幅之间存在着较大的相关性。该研究聚焦于道路工程中建筑垃圾资源化利用的环保设计需求,可为建筑垃圾应用于道路养护工程提供试验参考,可作为教学案例应用于工程领域的研究生课程。

钢渣粗集料骨架间隙率变化规律及应用

为指导钢渣沥青玛蹄脂碎石混合料(stone mastic asphalt,SMA)级配设计,采用混料试验设计方法与粗集料振实试验,研究了不同组合方案的钢渣粗集料、玄武岩粗集料及玄武岩与钢渣混合粗集料骨架间隙率(voids in coarse aggregate,VCA)变化规律,建立了3类粗集料VCA与各档粗集料比例之间的回归模型。结果表明:钢渣粗集料VCA与各档粗集料比例之间呈多元非线性关系,玄武岩粗集料及钢渣与玄武岩混合粗集料的VCA亦为类似规律;相同级配下钢渣粗集料VCA的数值不同于玄武岩粗集料及钢渣与玄武岩混合粗集料。利用建立的回归模型可预测不同级配曲线的VCA大小次序进而预知矿料间隙率(voids in mineral aggregate,VMA)大小顺序,为SMA配合比优化设计中级配的确定提供依据。

粗、细钢渣集料对AC-13型沥青混合料性能的影响

将粗、细钢渣集料分别以体积法取代玄武岩制备了钢渣沥青混合料,并研究了其体积稳定性、高低温性能及水稳定性,并与全玄武岩沥青混合料进行了对比,结果表明:粗、细钢渣集料均会降低沥青混合料的体积稳定性,尤其是钢渣细集料;粗钢渣集料对沥青混合料的各项路用性能均存在不同程度的提升作用;细钢渣集料可改善混合料的低温性能,而对高温性能和水稳定性会产生不利影响,在取代水平为80%时,高温车辙深度可达2.235 mm,冻融劈裂TSR值低于80%,工程应用时其取代水平应小于40%。

再生粗骨料沥青混合料路用性能试验研究

通过车辙试验、小梁弯曲试验和水稳定性试验测试了不同再生粗骨料掺量的70号道路石油沥青混合料和SBS(Ⅰ-D)改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性,试验结果表明:随着再生粗骨料掺量的增加,沥青混合料的动稳定度先增大后减小,破坏应变减小,浸水残留稳定度增大;再生粗骨料掺量为40%和60%左右时,70号道路石油沥青混合料和SBS(Ⅰ-D)改性沥青混合料的动稳定度分别达到最大;再生粗骨料掺量一定时,SBS(Ⅰ-D)改性沥青混合料的动稳定度、破坏应变和浸水残留稳定度均优于70号道路石油沥青混合料。结合《公路沥青路面施工技术规范》对沥青混合料的要求,得出了不同再生粗骨料时70号道路石油沥青混合料和SBS(Ⅰ-D)改性沥青混合料的适用性。

玻璃纤维改善再生粗集料沥青混合料性能试验研究

为促进固废再生利用,改善50%再生粗集料取代率的沥青混合料路用性能,研究分别以0,0.15%,0.2%,0.25%,0.3%,0.4%,0.5%、0.6%掺量的玻璃纤维掺入再生粗集料沥青混合料中,研究各种掺量下玻纤-再生粗集料沥青混合料的物理性能指标、标准马歇尔试验标准和浸水马歇尔试验指标改变规律。结果表明,当玻纤掺量增多,再生粗集料沥青混合料的密度不断下降,吸水率先降低后升高,稳定度和马歇尔模数先升高后降低,在0.15%掺量时为最大值,稳定度提升了44.13%;流值先降低后升高,在0.15%掺量时为最小值,流值下降了48.78%;浸水马歇尔稳定度先升高后降低,在0.15%时达到最大值,残留稳定度先升高后降低,在0.20%时达到最大值,提升了43.63%。因此50%再生粗集料沥青混合料中建议掺入玻纤的含量为0.15%~0.20%。

SMA-5钢渣沥青混合料的组成设计与性能评价

为更好地促进小粒径钢渣在薄层沥青混合料中的应用,采用V-S(volumetric mix)法设计SMA-5沥青混合料的集料掺配比例;等体积替换掺加1.18~2.36 mm、2.36~4.75 mm两种粒径钢渣于SMA-5沥青混合料中,分析其对沥青混合料试件的粗集料间隙率VCAmix、最佳沥青用量的影响;借助车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验与浸水马歇尔试验对钢渣沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性与水稳定性进行评价。结果表明:掺入钢渣降低了集料间的骨架结构效应,提高了混合料沥青用量;复掺钢渣降低了沥青混合料的高温稳定性,但随着钢渣掺量增加,各掺配方案下沥青混合料的低温性能均降低,水稳定性、高温稳定性均提升;推荐SMA-5钢渣沥青混合料中2.36~4.75 mm粒径钢渣掺量75%为最优配比。

粗集料分布形态对沥青混合料疲劳性能影响研究

为分析粗集料的分布形态对沥青混合料疲劳性能的影响,选择粗集料棱角性和混合料内部接触状态2个细观特征作为粗集料分布形态参数,利用MATLAB等图像软件分析并提取粗集料在沥青混合料中的细观特征,同时生成虚拟的二维沥青混合料试件。利用交互手段将虚拟试件导入离散元PFC2D软件,编辑设置相关细观参数和模拟间接拉伸室内虚拟实验的代码,完成离散元模拟实验。结果表明:定义的棱角性参数在110 000~130 000之间时,存在一个抗疲劳破坏的强度峰值;在级配正常的接触对范围内,接触对数量与沥青混合料抗疲劳破坏性能呈现一定的正相关关系。

基于多因素耦合作用的路面抗滑性能衰变规律研究

采用单轮式横向力系数测试仪对不同路表材料的9段高速公路(分别为AC-13的4段、AC-16的3段、Superpave-13的2段),每隔半年进行1次抗滑性能跟踪检测,分析抗滑性能与通车时间、累计轴载作用次数的关系,比较抗滑性能在累计轴载作用次数、沥青混合料级配、粗集料磨光值(PSV)等多因素耦合作用下的衰变规律,给出AC-13、AC-16、Superpave-13路面抗滑性能衰变规律预测模型。

沥青混合料抗车辙性能的分形描述方法

为了准确模拟沥青混合料抗车辙性能,采用分形理论分析了沥青混合料微观结构,研究了粗细集料不同级配分形维数对沥青混合料抗车辙性能的影响,并根据级配分形维数公式计算了沥青混合料的分形值,进行了沥青混合料车辙试验和微观结构的电子扫描。分析结果表明:4.75 mm通过率是集料尺度的分界点,集料分形维数与抗车辙性能有一致相关性,分形值越大,抗车辙能力越高;根据路用性能设计集料级配可以定量地分析沥青混合料的级配差异和路面性能,及路面微观结构与宏观路用性能的关系。

基于数字图像处理与概率统计方法的VCA_(mix)研究

粗集料骨架间隙率VCAmix是沥青混合料试件的重要体积参数之一.应用数字图像处理技术,采用红色石料作为粗集料,普通石料作为细集料,利用颜色的对比精确区分粗、细集料;进一步对试件做薄片切割,采用概率统计理论,推导了由多幅二维截面图像上的粗集料面积比计算三维空间中粗集料体积比的方法;并对如何确定薄片数量,及其与保证率之间的关系做出了说明和验证.结果显示,40片薄片能够满足工程精度要求.

沥青混合料中骨架结构特征的评价

在沥青混合料级配设计理论中 ,可采用主骨料间隙率来评价骨架排列紧密程度 .在研究集料填充过程中发现 ,次级集料的填充是填充和干涉并存的 ,次级集料逐步填充是偶然干涉和必然干涉交替出现的 ;同时室内试验证明良好的骨架具有良好的继承性 。

级配对沥青混合料体积特性的影响

基于 15 0组不同级配沥青混合料相关分析的结果 ,提出了调整和控制沥青混合料体积特性的方法 .该方法可以有效提高混合料的设计质量和效率 ,减少试验量 。

考虑粗集料和空隙的沥青混合料粘弹性细观力学分析

为了分析粗集料和空隙对沥青混合料粘弹性能的影响,在Laplace空间域内,利用细观力学的Mori-Tanaka等效夹杂理论解决了沥青混合料的混合夹杂问题.然后基于宏观平均场理论,根据沥青砂浆基体的粘弹性能推导了沥青混合料的粘弹性能.最后以单轴和简单剪切应力下的预测为例,分析了粗集料和空隙对沥青混合料性能的影响.结果发现:沥青混合料粘弹本构方程可以表示为粗集料和空隙的综合影响系数与沥青砂浆粘弹本构方程的乘积形式;空隙和粗集料对沥青混合料的粘弹性分别起到衰减和增强作用,但空隙的衰减作用弱于粗集料的增强作用;粗集料和空隙对沥青砂浆的综合影响体现为对刚度的增强作用,且剪切应力下增强作用近似为单轴应力下的2倍;沥青砂浆基体泊松比对综合影响系数的影响甚微,在以后的研究中可以取定值.

排水性沥青混合料降噪性能测试研究

研制并开发沥青混合料吸声降噪性能室内测试的仪器,采用单传声器法对不同空隙率以及相同空隙率下不同最大公称粒径的沥青混合料进行吸声系数的测试,并对试验路段的降噪效果进行现场测试。分析空隙率、最大公称粒径对沥青混合料吸声性能的影响。发现空隙率尤其是有效空隙率是影响沥青混合料吸声系数的关键因素;最大公称粒径4 75mm级配的排水性沥青混合料吸声效果明显。结果表明,提高空隙率,采用较小最大公称粒径级配的方案都能有效提高沥青混合料的吸声降噪能力。

粗集料形态特征的定量评价指标研究

为了提出能够合理评价粗集料形态特征（形状、棱角）的定量指标,采用洛杉矶磨耗仪对4.75～9.5mm,9.5～13.2mm,13.2～16mm,16～19mm共4档粗集料分别磨耗0,600,1 200次,以改变粗集料的形态特征,然后通过自主研制的粗集料形态特征研究系统（MASCA）测得粗集料轴向系数、凸度、粗糙度、棱角参数、圆度、分形维数共6个定量评价指标值,并运用二元方差法比较它们对颗粒形态变化的敏感性,发现分形维数是能够合理评价粗集料形态特征的最优定量指标.为验证这一结论,利用磨耗得到的不同形态特征的粗集料分别成型AC-16,SAC-16,SMA-16级配类型混合料试件进行车辙试验和贯入剪切试验,验证结果表明分形维数与沥青混合料高温性能之间具有很好的相关性.

乳化沥青冷再生沥青混合料的研究

采用CAVF法进行冷再生混合料级配设计,采用普通乳化沥青、SBR改性乳化沥青和自行研制的乳化SBS改性沥青对广深高速公路旧路面回收料(RAP)进行了冷再生室内对比试验研究,试验结果表明乳化SBS改性沥青冷再生混合料性能优于其它两种类型乳化沥青冷再生混合料.同时,在旧料评价过程中,提出了细度模数比这一新的量化评价指标以评价旧料的结团状况.研究表明,细度模数比与旧料和再生混合料性能指标密切相关,对于旧料质量控制和再生混合料配合比设计具有较大的工程意义.

沥青混合料高温稳定性的单轴静载蠕变试验

为探讨油石比和空隙率对沥青混合料高温性能的影响,对AC-20改进型沥青混合料进行了单轴静载蠕变试验研究。结果表明,流变时间Ft值与混合料高温稳定性有较好的相关性,Ft值越大,混合料的高温抗变形能力越好;柔量—时间半对数曲线直线部分的截距a值和斜率m值越大,混合料的高温性能越差,相关性相对较差。当空隙率大于4%时,空隙率越小,混合料高温性能越好;在最佳油石比下,混合料具有较好的高温性能。

粗集料表面纹理粗糙度的分形测量和描述

为了分析粗集料表面纹理状况对沥青混合料性能的影响,采用激光轮廓仪对8种不同粗集料表面纹理曲线进行直接测量.运用分形理论中对随机过程的结构函数方法,分析了表面纹理曲线的分形特征.采用定量评定方法,以分形维数D和截距K为评价指标,对粗集料表面纹理粗糙度进行了研究.结果表明,粗集料表面纹理曲线均在一定范围内具有分形特性,粗集料表面纹理的粗糙程度不受粒径大小影响.

超薄罩面层SMA-5沥青混合料的设计

介绍了采用体积填充法进行碎石混合料SMA-5的配合比设计的全过程,提出了主骨料空隙体积填充法设计SMA沥青混合料的修正公式,并对SMA-5沥青混合料的各项性能进行了试验研究.结果表明,SMA-5沥青混合料具有良好的路用性能和表面功能,可作为沥青路面预防性养护的超薄罩面层.SMA-5沥青混合料层较薄,可以加快施工进度,节省工程造价.