不同纤维增韧环氧沥青混合料性能

为探究不同种类纤维(玄武岩纤维、玻璃纤维和聚酯纤维)对环氧沥青混合料抗开裂和耐疲劳性能的提升效果,在混合料配比设计的基础上,采用车辙试验、低温小梁试验、浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验等对其进行路用性能测试。通过冲击试验,探究纤维对环氧沥青混合料的三种增韧效果:在环氧沥青混合料中添加纤维可以不同程度提高其路用性能;低温性能再加入纤维后,提升效果较为明显;添加玄武岩纤维路用性能优于玻璃纤维和聚酯纤维。

复掺纤维SMA沥青混合料路用性能分析

为确定SMA混合料中复掺纤维合理的掺配比例,文章采用不同掺配比例添加纤维稳定剂以制备试件,开展路用性能试验分析。结果表明:玄武岩纤维掺配比例越高,混合料高温稳定性越好;木质素纤维掺配比例越高,混合料低温稳定性越好;掺配比例BF:CF=2:2时,混合料水稳定性达到最优,疲劳开裂性能也较好,因此综合考虑建议掺配比例选择2:2。

导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合研究

针对沥青路面因车辆荷载、温度荷载等带来的裂缝扩展问题,采用碳纳米管-碳纤维制备导电沥青混合料,进行电-热愈合试验,分析沥青混合料裂缝愈合前后的电阻率值、断裂能、极限承载力和微观结构,研究导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合水平。结果表明,碳纳米管掺量在0.5%,1.0%时可以显著提高沥青混合料的自愈合能力;导电沥青混合料的自愈合水平与愈合前、后电阻率比值存在Sine函数关系;在50℃、20 min环境下小梁试件的极限承载力和断裂应变能得到最大限度的恢复。

玄武岩纤维对聚氨酯改性沥青混合料水稳定性提升研究

为解决聚氨酯改性沥青混合料水稳定性不良的缺陷,通过浸水马歇尔试验、冻融循环条件下的劈裂试验、低温弯曲试验,研究不同玄武岩纤维掺量下聚氨酯改性沥青混合料的抗水损害能力。结果表明:在冻融循环作用下,玄武岩纤维降低了沥青混合料水损作用造成的空隙率变化,增强了沥青间的粘附性,当纤维掺量为0.3%时,其提升作用最强,残留稳定度和劈裂强度比分别提升了10.9%、32.3%,有效降低了冻融循环引起的弯拉强度与弯拉应变的下降速率,增强沥青混合料之间的粘结力,聚氨酯沥青混合料的水稳定性能得到提高。

镍铁矿渣纤维对SMA-13沥青混合料高温稳定性的影响研究

纤维沥青混凝土具有优异的抵抗变形能力,耐久性较好,受到业内广泛关注。文章选用一种新型矿物纤维——镍铁矿渣纤维作为SMA-13混合料的纤维改性剂,通过马歇尔试验和车辙试验对改性后SMA-13沥青混合料的高温稳定性进行研究。结果表明:1#镍铁矿渣纤维掺量为0.4%时,对SMA-13沥青混合料马歇尔模数的提升效果最为明显,其改性效果优于木质素纤维;1#和3#镍铁矿渣纤维均可较好提升SMA-13沥青混合料的车辙动稳定度,且掺量达到0.4%以上时效果略优于木质素纤维的改善效果。综合高温性能测试结果,1#镍铁矿渣纤维提升SMA-13混合料高温性能的效果最佳,其最优掺量为0.4%。

冻融循环下纤维增韧型环氧沥青混合料损伤演化

为了研究季冻区玄武岩纤维增韧型环氧沥青混合料的性能劣化规律,首先,通过沥青黏温曲线分析和直接拉伸性能测试,初步确定纤维长度和掺量,并对比纤维改性前后的环氧沥青混合料(EAC)的路用性能,进一步确定最佳纤维长度和掺量,形成玄武岩纤维增韧型环氧沥青混合料(FEAC)的设计流程。随后,进行低温弯曲试验,测试不同冻融损伤程度沥青混合料的弯拉强度、弯拉应变、弯曲劲度模量和弯曲应变能密度。研究结果表明:6%(质量分数)玄武岩纤维掺量的FEAC具有较好的高温性能和低温抗裂性,并保持了与EAC相当的水稳定性。随着冻融循环次数的增加,EAC和FEAC的弯拉强度、弯曲劲度模量和弯曲应变能密度逐渐降低,而弯拉应变的变化趋势则与之相反。相较于EAC,FEAC表现出更高的弯拉强度、弯拉应变和较低的弯曲劲度模量。FEAC和EAC的弯曲应变能密度冻融损伤变化均呈现明显的3段式性能下降。S形逻辑函数能够有效地描述冻融循环的损伤变化规律,其中模型参数a、k和x c显示出玄武岩纤维对延缓环氧沥青混合料冻融损伤增长具有积极作用。

纤维类型及沥青用量对增强混合料性能影响研究

为评估纤维类型、掺量和沥青用量对纤维增强沥青混合料路用性能的影响,研究采用低温弯曲试验、高温车辙试验和冻融劈裂试验对不掺纤维的AC-16型沥青混合料以及三种不同类型纤维(玄武岩纤维、聚酯纤维和碳纤维)增强改性沥青混合料进行测试。沥青混合料中纤维掺量分别为0.2%、0.3%、0.4%和0.5%(按沥青混合料总重量计),沥青用量选用最佳沥青用量及其加减0.1%的值。研究结果表明,0.3%玄武岩纤维掺量的沥青混合料高温抗车辙性能及低温抗裂性能表现最好;0.4%碳纤维掺量的沥青混合料水稳定性表现最好;减少沥青用量不会提高混合料性能;提高沥青用量情况下,碳纤维增强沥青混合料路用性能会显著提高。

介孔硅-玄武岩纤维复合改性沥青混合料路用性能试验研究

基于介孔硅和玄武岩纤维的自身特点,文章研究复合改性沥青混合料高低温和水稳定性等特性,用于评价这两种材料复合改性沥青混合料的路用性能以及应用于道路工程的可行性。结果显示:介孔硅和玄武岩纤维均能够改良沥青混合料的高低温性能,其中介孔硅的作用更为突出,而玄武岩纤维则不利于沥青混合料的水稳定性能,但加入介孔硅后水稳定性有一定的改善提升作用;综合复合改性沥青混合料的各方面性能,通过介孔硅-玄武岩纤维复合改性后的沥青混合料具有优异的高温稳定、低温抗裂和耐水损伤等路用性能,满足路用标准。

玄武岩纤维直径对其沥青混合料性能的影响

为研究玄武岩纤维直径对其沥青混合料性能的影响,设计制备掺有7、16、25μm这3种直径玄武岩纤维的AC-13沥青混合料,采用车辙试验、单轴贯入试验、低温小梁试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验测试其路用性能,通过理想开裂试验、动态模量试验测试其力学性能。结果表明:玄武岩纤维直径对沥青混合料各项性能指标的改善效果影响较大,沥青混合料的最佳油石比随着玄武岩纤维直径的减小而略有升高;由于相同纤维掺量和纤维长度条件下,纤维直径越小,其根数越多,在沥青混合料中形成的筋体网络越丰富,故7μm直径玄武岩纤维对沥青混合料的高低频动态模量、中低温抗裂性能以及高温抗变形能力改善效果最为显著。研究结论可为沥青混合料用玄武岩纤维的精细化设计提供参考。

高寒大温差条件下玄武岩纤维沥青混合料低温性能研究

本研究基于低温弯曲实验、冻融劈裂实验和约束试件温度应力实验,模拟北方高寒地域环境纤维沥青混合料的低温耐受性,探究了沥青种类、玄武岩纤维长度和直径对沥青混合料低温性能的影响规律。研究结果表明:在高寒大温差条件下,沥青种类对沥青混合料低温性能具有显著影响,其中SBS改性沥青>70#基质沥青;在相同纤维掺量下,三种直径的玄武岩纤维对AC-13混合料低温性能的改善作用为7μm>16μm>25μm;三种长度(3 mm、6 mm、12 mm)的玄武岩纤维对AC-13混合料的性能改善呈先增后减趋势,6 mm长度的纤维对低温性能改善效果最佳。该研究成果可为玄武岩纤维在寒冷地区道路上的应用提供实验参考,也可作为教学案例应用于土木工程领域研究生课程,用来研究高寒地区道路工程路面材料的特殊设计需求。

基于响应曲面法确定玄武岩纤维热再生沥青混合料最佳配合比

在进行沥青混合料配合比设计时,由于掺加两种或两种以上掺合物时,采用马歇尔试验法或正交试验法进行沥青混合料配合比存在不足,为了确定沥青混合料最佳配合比,通过基于响应曲面法中的BBD(Box-Behnken design)法对级配类型AC-13掺加玄武岩纤维、RAP的热再生沥青混合料进行级配优化设计。结果表明,计算优化得出最佳油石比为5.17%、旧料掺量RAP为31.89%及玄武岩纤维掺量0.26%。并通过试验对预测模型进行验证,预测值与实测值模型之间相对误差较小(小于3%),可见BBD法建立的二阶模型具有较好的拟合效果,对再生沥青混合料各掺量配合比设计能进行有效优化,并且最佳各掺量下的玄武岩纤维热再生沥青混合料具有良好的路用性能。

老化条件下聚丙烯纤维改性乳化沥青及其微表处混合料性能分析

为探究老化条件下聚丙烯(polypropylene,PP)纤维改性乳化沥青及其微表处混合料的性能,以丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青为黏结剂,PP纤维为改性剂,对不同老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的流变性能展开研究,通过湿轮磨耗试验、车辙变形试验和低温劈裂试验探究5 d和12 d老化条件对微表处混合料路用性能的影响.研究结果表明:老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的车辙因子和应力敏感性均随老化时间延长而增大,其高温抗车辙能力提升,而承受荷载变化下的弹性恢复能力下降.在2.5%应变幅值时,相较于未改性的乳化沥青,老化后PP纤维改性乳化沥青结合料蒸发残留物的疲劳寿命提高,抵抗疲劳损伤的能力提升明显.在0.2%PP纤维掺量下老化后微表处混合料的黏聚力提升11%,1 h及6 d湿轮磨耗值分别降低32%及25%,轮辙变形率降低46%,低温劈裂抗拉强度提升16%,微表处混合料路用性能得到提升.

玄武岩纤维沥青混合料的路用性能及抗裂性能

为研究玄武岩纤维对沥青混合料路用性能和断裂性能的影响,基于马歇尔试验确定了不同玄武岩纤维掺量下的最佳油石比,并基于此分析纤维掺量对路用性能、老化性能、抗断裂性能的影响规律及其改善效果.结果表明:(1)玄武岩纤维掺量将影响最佳沥青用量,需同时考虑纤维掺量以确定最佳油石比;(2)纤维质量掺量为0.1%时,具有最佳的改善效果,最大可将高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性能分别提升31.5%~38.4%、24.4%~37.3%、1.2%~5.5%.纤维对老化沥青混合料的高温稳定性的改善程度最佳,尤其是动稳定度,改善程度是其他性能的1.28~15.0倍;其次是低温抗裂性;水稳定性的改善效果最弱.纤维可通过增加沥青混合料的延性,以提高峰值荷载对应的裂纹张开位移,且玄武岩纤维在中温情况下对沥青混合料的抗断裂性能改善效果要高于低温条件,最大可提升21.64%的断裂韧性.

煤矸石粉/玄武岩纤维沥青混合料低温抗裂性能研究

为提升沥青混合料的低温抗裂性能,通过马歇尔试验和半圆弯曲(SCB)试验,制备了不同掺量玄武岩纤维(0、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)及不同煤矸石粉替代S95矿粉比例(0、25%、50%、75%、100%)的沥青混合料试件,利用荷载峰值和断裂能评价沥青混合料试件的低温抗裂指标。结果表明:当玄武岩纤维掺量为0.3%,并配以50%煤矸石粉替代S95矿粉时,沥青混合料的低温抗裂性能达到最优。与未添加任何改性材料的基准样品相比,在测试温度为0、-10、-20、-30℃时,该配比下SCB试件的荷载峰值与断裂能提高幅度较为显著,分别为39.88%~53.44%和44.02%~49.84%。

不同尺寸玄武岩纤维混掺沥青混合料抗裂性能研究

针对常规沥青路面材料开裂问题,提出通过不同长度的玄武岩纤维混掺来改善沥青混合料的抗裂性能.选取-10℃、-20℃、-30℃低温开裂温度及15℃、25℃疲劳开裂温度,通过低温小梁弯曲试验和SCB半圆弯拉试验测试抗裂效果,SEM扫描电镜分析断裂面微观形貌,研究7种不同长度玄武岩纤维混掺方案下沥青混合料的抗裂性能.结果表明:纤维混掺有利于延缓开裂速度,增强低温抗裂性.在半圆弯拉试验中观察到裂缝首先出现在峰值荷载的80%处,并在卸载阶段迅速扩大.混掺比例为3∶2时表现出最佳综合抗裂效果,较无纤维沥青混合料及单掺纤维沥青混合料的抗裂效果提升显著.

不同植物纤维改善沥青混合料性能研究

为扩展植物纤维在沥青路面中的应用范围,选取木质素纤维、竹纤维和剑麻纤维添加于AC-13和SMA-13混合料中,通过力学强度、路用性能和沥青-矿料黏结力试验对比不同植物纤维沥青混合料的性能差异,并采用方差分析方法探讨不同因素对沥青混合料性能影响的显著性。结果表明,植物纤维的使用有效改善沥青混合料的性能,但不同植物纤维对沥青混合料性能的影响存在差异,其中木质素纤维、竹纤维和剑麻纤维对混合料强度和高温性能的改善效果依次降低,而掺有不同植物纤维的沥青混合料低温抗裂性能、水稳性能和抗松散性能优劣为:竹纤维>剑麻纤维>木质素纤维。纤维沥青混合料的性能变化与纤维的物理指标密切相关,尤其是吸水率和抗拉强度指标。竹纤维沥青混合料具有较好的强度和路用性能,能够替代木质素纤维应用于沥青路面中。

玄武岩纤维沥青混合料损伤演化规律研究

为了探究不同玄武岩纤维直径(3、7、13μm)沥青混合料的裂缝损伤演化规律,制作了SCB沥青混合料试件,通过同步开展SCB半圆弯拉试验及数字图像散斑(DIC)分析,并对破坏后的试件进行扫描电镜成像,分析玄武岩纤维的掺入及其直径对混合料抗裂性能的影响,结论如下:SCB试验结果表明,掺入直径7μm玄武岩纤维能够提高裂缝发展所需能量36.6%,同时延缓裂缝发展速度122.2%;DIC分析表明,掺入玄武岩纤维能够大幅降低混合料的水平位移与垂直位移,同时降低试件起裂时间3 s以上;断裂指标的计算结果表明,相比未掺加纤维混合料,直径为3、7、13μm纤维试件的平均裂缝扩展速度分别降低21.5%、55.7%、11.1%,断裂韧性分别提高13.1%、28.6%、10.3%;扫描电镜微观形貌表明,掺入纤维后混合料的破坏面裂缝明显减少,玄武岩纤维强度、空间成网性、与沥青的黏附性,是其阻裂能力的来源;直径为7μm的玄武岩纤维的阻裂效果优于直径为3、13μm的。

水-温-紫外线耦合作用下玄武岩纤维沥青混合料路用性能研究

为改善沥青路面性能,延长其使用年限,将玄武岩纤维掺入到沥青混合料中并开展高低温及水稳定性能试验。引入水-温-紫外线耦合作用试验条件来模拟现场沥青混合料快速老化环境。通过配合比设计,确定AC-20C、BFAC-20C两种沥青混合料的最佳油石比;通过对沥青混合料开展相关路用性能试验,评价水-温-紫外线耦合作用试验条件下玄武岩纤维对AC-20C沥青混合料路用性能的影响。试验结果表明,未经水冲刷、冻融循环及紫外线照射的BFAC-20C沥青混合料高低温及水稳定性能显著优于AC-20C沥青混合料;水冲刷、冻融循环及紫外线照射下两种沥青混合料高低温及水稳定性能均显著降低,BFAC-20C沥青混合料降低幅度较小;玄武岩纤维的掺入能够显著降低沥青路面运营阶段相关路用性能的衰减速度。

混掺纤维改性沥青混合料的路用性能试验研究

将不同掺量的玄武岩纤维(BF)和聚丙烯纤维(PP)单掺、混掺至沥青混合料中进行改性,采用高温车辙、低温小梁弯曲、浸水马歇尔、冻融劈裂及弯曲疲劳等室内试验,研究桥面铺装AC-20级配沥青混合料的使用性能。结果表明:BF纤维能够有效提升沥青混合料的强度和硬度,而PP纤维可以提供沥青混合料更好的柔性与黏性;单掺BF纤维可以有效改善沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能以及抗疲劳性能,单掺PP纤维仅改善水稳定性能的效果优于BF,而通过采用合理比例的BF与PP纤维混掺改性可综合提升沥青混合料的服役性能及使用寿命。

低温地区木质素纤维沥青混合料的低温性能研究

使用木质素纤维作为稳定剂,制备不同掺量的试件,研究了浇注式沥青混合料在不同低温情形下的稳定性能。通过不同温度下的小梁弯曲试验、低温劈裂试验和低温弯曲蠕变试验,得到不同掺量情况下各性能指标的曲线变化规律;确定了质量分数4%的木质素纤维掺加量,对低温寒冷气候下的浇注式沥青混合料的稳定性起到积极作用。