半柔性路面大空隙基体沥青混合料设计与性能研究

基于矿料主骨料空隙体积填充法(CAVF)设计了3种不同空隙率的半柔性路面大空隙基体沥青混合料,采用马歇尔试验、透水试验与空隙率测定等试验评价其性能。结果表明,采用CAVF法设计的3种不同空隙率的基体沥青混合料,设计空隙率与实测空隙率较为接近,且具有适当的强度,较好的排水性能,砂浆的可灌入性强。

半柔性路面大空隙基体沥青混合料设计方法

基于主骨料填充法(CAVF)设计了20%、23%、25%、27%和30%五种空隙率的半柔性路面大空隙基体沥青混合料,通过反复试验计算确定了各空隙率下的级配碎石比例。采用析漏试验和飞散试验限定沥青最大用量和最小用量,最终通过马歇尔试验检验其稳定度确定了各空隙率下的最佳沥青用量。

基于CT扫描技术的不同压实度下沥青混合料细观空隙特性研究

【目的】深入了解压实不足对沥青混合料内部空隙细观结构的影响。【方法】以SMA-13试件为对象,通过调整压实次数制备不同压实度的试件。采用计算机断层扫描和图像识别技术精确识别空隙,探究不同压实度下的沥青混合料空隙细观结构特性,包括空隙数量、体积、主轴方向角和配位数。【结果】在沥青混合料成型过程中,受到外部击实功的影响,内部空隙的主轴方向逐渐趋向于稳定状态。此外,随着压实次数的增加,沥青混合料内的大部分空隙逐渐减小,但也存在一些相邻的开口空隙在逐渐结合后形成更大的开口空隙。最终,随着压实程度的提高,空隙的平均配位数减小,导致空隙连通性下降,整体空隙网络的复杂度逐渐减小。【结论】本研究旨在更好地理解不同压实度下沥青混合料空隙结构的细观差异,为沥青混合料的设计、评价和维护提供更为科学的依据。

基于X-ray CT图像的沥青混合料车辙过程空隙分布评估

X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography,X-ray CT)技术作为一种无损测试方法,已被广泛用于评估沥青混合料中的空隙结构和与空隙有关的病害。基于X-ray CT和图像处理技术,从细观结构层面探讨了车辙变形过程中沥青混合料的空隙结构特征。提出了体积等效球棍模型来表征空隙连通性的变化,用改进的环扇分割变异系数、位置偏心率和球度分别描述了空隙的分布和形状特征。结果表明,车辙对沥青混合料空隙结构的影响机制因混合料类型而异。与密级配沥青混凝土(AC-13)相比,沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA-13)中的空隙更加不均匀和离散,尤其是那些体积小于0.01 mm^(3)的空隙。此外,SMA-13中的空隙连通性和分布更容易受到外部荷载的影响,其粗集料在变形过程中往往会产生定向移动进而改变初始位置。尽管车辙变形同时增加了2种混合料中空隙的水平不均匀性,但AC-13的竖向不均匀性减少,而SMA-13的竖向不均匀性增加。加载使AC-13混合料的空隙几何形状变得复杂和分散,而SMA-13则相反,预示着与AC混合料相比,SMA混合料在加载1 h后仍保持抵抗车辙破坏的潜力。总体而言,沥青混合料中空隙的拓扑特征及其在车辙变形过程中的动态响应主要取决于混合料的级配形式。

寒区大空隙沥青混合料性能衍化效应研究

为明确大空隙沥青混合料在寒区服役环境下的损伤规律,研究采用宏观损伤试验和细观定量分析技术〔无损CT扫描和Image-Pro Plus(IPP)图像处理技术〕相结合的方法,对寒区冲刷、堵塞和冻融作用下OGFC-13和OGFC-16的性能和细观空隙结构特性进行了分析。结果表明:在动态水压冲刷作用下,空隙率为25%的试件强度降幅明显,最大降幅达到30%以上;在极端堵塞试验中,堵塞物最大堵塞深度达到20 mm左右,堵塞后的渗透系数均小于0.06 cm/s;冻融作用下,混合料的损伤度随循环次数而升高,而OGFC-13损伤度低于OGFC-16,且在23%的孔隙率下损伤度最低;细观空隙结构定量分析显示,混合料空隙率在冻融和冲刷作用下会略微升高,在堵塞状态下会大幅降低;孔隙数量变化趋势与孔隙率相反,孔隙特征表现为其等效直径均以1.18~4.75 mm为主,约占空隙数量的50%。本项研究得出了寒区大空隙沥青混合料宏观性能和细观空隙结构衍化规律,可为寒冷地区大空隙混合料设计提供技术支撑。

基于GPR模型的多孔沥青混合料空隙率预估

多孔沥青混合料空隙率是影响其排水功能和路用性能的关键指标之一。为实现多孔沥青混合料空隙率的快速判别,该研究以混合料级配不同筛孔尺寸通过率、油石比为自变量,通过相关性分析提取特征参数,进而基于高斯过程回归(GPR)模型建立PAC-13多孔沥青混合料空隙率预估模型,并对比分析GPR模型与多元线性回归、AdaBoost和随机森林法对多孔沥青混合料空隙率的预估准确性。结果表明,以4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.075 mm的筛孔通过率,以及油石比作为模型参数的多孔沥青混合料空隙率GPR预估模型具有较好的准确性,线性拟合系数达到0.95;相比多元线性回归、AdaBoost和随机森林法,GPR模型对于多孔沥青混合料空隙率预估的适用性相对更优。

不同空隙率的沥青混合料动态模量特性

为了研究沥青混合料的动态模量特性,使用UTM材料试验机分别测试了不同空隙率的3种沥青混合料在单轴压缩模式下的动态模量和相位角,并根据时温等效原理构建动态模量、相位角随荷载频率变化的主曲线。分析沥青材料、空隙率、温度和频率对动态模量和相位角的影响。结果表明:使用低标号沥青可使混合料具有较大的动态模量,使其具有较好的高温稳定性和路面结构承载力;随着温度的增加和加载频率的降低,动态模量逐渐减小;相位角主曲线存在峰值,相位角随荷载频率的降低先增大后逐渐减小;空隙率对沥青混合料的高温性能和低温性能有较大影响,对混合料黏弹性影响不大。

复合混凝土基体沥青混合料空隙率设计方法研究

为了准确设计复合混凝土路面基体沥青混合料的空隙率,进一步推广复合混凝土在国内的应用,文章讨论了传统主骨料空隙填充法(coarse aggregate void filling method,CAVF)的不足,并提出改进CAVF法;使用改进CAVF法设计目标空隙率为22%、25%、28%的基体沥青混合料的级配,以研究该方法的准确性;把目标空隙率为22%的基体沥青混合料的设计作为案例,验证改进CAVF法在基体沥青混合料设计中的有效性。结果表明:改进CAVF法明确了主骨料空隙率的测量方法,考虑了集料吸油率,设计出的基体沥青混合料空隙率误差在1%以内;采用改进CAVF法设计的空隙率为22%的基体沥青混合料性能满足要求。改进CAVF法可有效运用于复合混凝土基体沥青混合料的设计。

矿料级配对大空隙沥青混合料空隙参数的影响敏感性研究

文章为研究矿料级配对大空隙沥青混合料空隙率及连通孔隙率的影响敏感性,通过改变13.2 mm、2.36 mm、0.075 mm关键筛孔通过率以及2.36~4.75 mm含量,调试了16组矿料级配,测试了不同矿料级配下混合料的空隙率及连通孔隙率,分析了不同因素对混合料体积参数的影响规律。结果表明:9.5 mm筛孔通过率变化对空隙率影响较小,但对连通孔隙率影响显著,在一定范围内9.5 mm筛孔通过率越低,连通孔隙率越大;2.36 mm筛孔通过率与空隙率及连通孔隙率均具有高度的线性相关性,且对二者影响敏感性相当;2.36~4.75 mm含量<6%时,其含量变化对空隙率及连通孔隙率影响较显著,但其含量>6%时,混合料空隙率将降低至20%以下,会影响其透水效果;0.075 mm筛孔通过率对空隙率及连通孔隙率均有一定的影响,但对连通孔隙率影响更显著。

泡沫沥青冷再生混合料空隙分布特征研究

文章采用CT扫描技术和数字图像处理技术获取泡沫沥青冷再生混合料细观空隙特征,分析空隙特征沿试件高度方向的分布规律,提出基于“级配”理论的空隙尺寸分布Weibull双参数模型。结果表明:随着细集料比例增加,再生料试件内部空隙率逐渐降低,空隙数量逐渐减少。同时,Weibull分布函数模型中的“尺度参数”λ减小,“形状参数”k增大,即空隙分布更均匀。试验结果可为泡沫沥青冷再生混合料空隙演化规律研究提供一定参考。

二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

为了量化分析现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响,基于常规力学性能试验、Overlay Tester反射裂缝试验、低应变水平下的四点弯曲疲劳试验,对比分析了现场铺筑上覆热拌沥青混合料前后乳化沥青冷再生芯样与室内马歇尔试样的力学性能差异。量化分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能及耐久性能的增强效果,并基于工业CT无损检测技术,分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料微细观空隙结构的影响规律。结果表明:现行规范推荐的马歇尔二次击实方法并不能很好地模拟现场实际压实状况,现场二次热压实对乳化沥青冷再生混合料力学性能、抗反射裂缝性能和抗疲劳耐久性能均有明显增强作用;现场压实乳化沥青冷再生混合料内部的大空隙数量和等效空隙直径均小于马歇尔击实成型,二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料空隙级配影响显著;现场二次压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能和疲劳性能的改善机理在于二次压实作用增强了乳化沥青冷再生混合料密实度,降低了微细观空隙直径,改善了微细观空隙级配。

寒区低温环境下泡沫沥青冷再生混合料性能研究

我国西藏、青海等省区全年气候寒冷,平均气温低,昼夜温差和年温差大,冻融循环频繁,公路建设普遍面临着生态环境脆弱、建筑材料数量匮乏且质量较差等问题。针对上述寒区气候特点,采用5℃、10℃、22℃、40℃、60℃和110℃分别模拟低温、室温、中温和高温养生条件下泡沫沥青冷再生混合料现场养生条件,基于室内试验分析了寒区低温环境温度对泡沫沥青冷再生混合料力学性能、路用性能、耐久性能的劣化影响;进而基于数字图像处理技术和工业CT无损检测技术,探讨了养生温度对泡沫沥青冷再生混合料内部泡沫沥青分散性状及微细观空隙结构的影响规律。结果表明:随着养生温度升高,泡沫沥青冷再生混合料的单轴贯入强度、无侧限抗压强度、动态回弹模量等力学指标均呈指数函数关系增大;相较于标准养生条件,在低温条件下拌和、养生的泡沫沥青冷再生混合料,其高温稳定性、抗反射裂缝性能及抗疲劳性能下降明显,并且环境温度越低,泡沫沥青冷再生混合料的综合路用性能降低幅值越大。升高养生温度后,泡沫沥青在破坏试件界面的分散面积增大,微细观空隙直径减小,并且微细观空隙结构中体积小于0.05 mm3的空隙占比增大。养生温度对泡沫沥青冷再生混合料的作用机理主要在于提高养生温度对泡沫沥青分散性状的促增作用和微细观空隙结构的细化作用。建议在泡沫沥青冷再生路面施工期间加强施工和养生期间的温度控制,并且结合寒区施工季节温度调整室内配合比设计养生温度。本研究成果可为泡沫沥青冷再生技术在寒区的推广应用提供借鉴。

PAM-10/OGFC-10沥青混合料渗水性能对比研究

【目的】探讨多孔沥青混合料PAM-10与开级配排水沥青混合料OGFC-10渗水性能的差异,为排水路面沥青混合料类型的选取提供一定的参考。【方法】对空隙率为12.5%、14.0%、15.5%、17.0%的PAM-10及空隙率为22.0%的OGFC-10沥青混合料试件开展连通空隙率试验、计算机断层扫描(computed tomography,CT)空隙内部特征试验、竖向渗透系数试验、抗冲刷性及抗堵塞性试验,对比分析两种排水沥青混合料的渗水性能。【结果】PAM-10的内部空隙结构比OGFC-10的更容易形成连通空隙;空隙率为17.0%的PAM-10竖向渗透系数与空隙率为22.0%的OGFC-10的相当;动水冲刷对OGFC-10的影响大于对PAM-10的影响;OGFC-10的抗堵塞性能比PAM-10的差。【结论】PAM-10的竖向渗透性、抗冲刷性能及抗堵塞性能均比OGFC-10的更优。

沥青混合料空隙率影响因素的灰关联分析

基于几种不同沥青材料及级配类型的沥青混合料马歇尔试验数据,利用灰关联分析法分析了矿料级配、沥青原材料的性质、沥青质量分数、毛体积密度、吸水率等指标对沥青混合料空隙率的影响程度,并得出各相关因素对沥青混合料空隙率影响程度的排序结果。研究结果表明:灰关联分析法用于分析诸因素对空隙率的影响能获得较好的结果。基于灰关联理论的排序结果表明:沥青质量分数是影响空隙率最主要的因素,粒径小于0.075 mm细集料颗粒尽管在沥青混合料中所占的分量很少,但其影响程度却很高,因此,级配中应注意粒径小于0.075 mm颗粒质量分数的重要作用;吸水率值的大小既反映试件的密实程度又反映对有效沥青含量计算的准确性,也是影响空隙率的重要因素。

多孔沥青混合料的空隙堵塞试验研究

通过设计堵塞试验和渗水试验研究了多孔沥青混合料的抗堵塞性能,分析了空隙率、公称最大粒径、级配变化以及堵塞物的粒径大小对混合料空隙堵塞的影响规律,研究了发生堵塞后混合料渗水能力的变化趋势.结果表明:材料组成的不同导致多孔沥青混合料抗堵塞性能的差异,通过增大混合料的空隙率、公称最大粒径以及空隙率相近时采用粗型级配均能不同程度地改善混合料的抗堵塞性能.多孔沥青混合料PAC-13发生堵塞的位置集中在试件最上部的30mm内,粒径1.182.36mm的颗粒是造成混合料表面空隙堵塞的关键粒径,粒径0.150.30mm的颗粒则是造成混合料中上部空隙堵塞的关键粒径.

基于工业CT技术的沥青混合料内部空隙分布特性

采用高精度工业CT获取大量断层图像,首先对重建后的三维空隙各体积参数进行研究,统计各空隙的测量值,掌握其分布特性;对不同成型方法、路面不同层位取芯试件中的面空隙沿深度方向的分布情况进行研究。研究结果表明:对马歇尔成型的试件,其面空隙率沿试件深度方向不断变化;对旋转压实成型的试件,在30～105 mm高度范围内其面空隙率分布较均匀;上、中、下面层取芯的试件,三者的面空隙率变化趋势基本相同,面空隙率最大值都出现在试件上部。

不同成型方法和级配的沥青混合料内部空隙特征

采用X-ray CT技术和数字图像处理技术研究两种成型条件下三种级配沥青混合料试件的内部空隙特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明,沥青混合料的空隙空间分布规律受试件成型方法及级配类型的影响较大。不同级配条件下,马歇尔试件内部空隙率分布沿着高度方向总体呈现对称形状,而静压试件内部空隙率分布则为'一端大,一端小'的形状,马歇尔试件的平均空隙率与目标空隙率差异较小,而静压试件的平均空隙率是目标空隙率的1.4倍以上;相同级配条件下,与马歇尔试件相比,静压试件的空隙空间分布离散性、平均空隙率和平均空隙数量均较大,但平均空隙等效直径相差较小;采用两参数数学模型能够较好地表征成型方法和集料级配对沥青混合料内部空隙空间分布规律的影响。

多孔沥青混合料的细观空隙特征与影响规律

基于CT(computed tomography)、图像处理及重构技术和室内试验分析了多孔沥青混合料细观空隙特征的表征,研究了空隙率、粗细级配和公称最大粒径等对多孔沥青混合料细观特征的影响规律以及细观空隙特征同混合料性能之间的关系.研究结果表明多孔沥青混合料试件断面图像的空隙等效直径、空隙面积、空隙数量、空隙分形特征同混合料的材料组成与性能密切相关;对于空隙率相近的多孔沥青混合料,其细观空隙特征同混合料动稳定度、飞散损失和吸声系数峰值具有良好的回归关系.

两种压实方法下沥青混合料空隙分布特性细观分析

为研究标准马歇尔击实成型方法和旋转压实成型方法对沥青混合料空隙分布的影响规律,在实验室分别采用SYM-457自控马歇尔击实仪和HTHY-XY150旋转压实仪制作SMA-13和AC-10的沥青混合料试件,并对上述2种沥青混合料路面进行现场取芯;将上述试件按3 mm间隔进行CT扫描,然后用Matlab对图像进行处理,采用统计学方法计算其空隙参数,分析在2种压实方法下不同混合料类型的沥青混合料空隙数量、空隙率、空隙等效直径的变化规律,并将室内2种成型方法的试件与现场取芯试件进行对比。结果表明:相对于标准马歇尔击实成型方法,采用旋转压实成型方法获得的沥青混合料试件均匀性较好,且与现场取芯试件的空隙参数更接近,与工程实际情况更相符。

基于X-CT技术的多孔排水沥青混合料空隙竖向分布特性

采用X-CT技术、数字图像处理技术与分形理论相结合对多孔沥青混合料的空隙竖向分布特性进行了研究,结果表明:空隙特征图像可以定性描述多孔沥青混合料的连通情况和分布特性,多孔沥青混合料中没有面内连通情况;所研究的6个截面空隙率分布范围为17.7%~22.2%;不同截面的空隙数量最大相差16个,约占空隙总量的四分之一;空隙轮廓分维数均大于其相应的空隙面积分维数,且与空隙数量和空隙率无关。空隙级配图显示,同一试件内两个正交截面空隙的级配大多分布在4~8 mm内,但分布形态各异。经对比分析发现,横向空隙与竖向空隙除最大直径相差2 mm外,等效直径分布较为接近。