微生物对沥青集料间粘附作用的影响

沥青混合料的剥离是沥青路面几种常见破坏现象之一。通常认为沥青混合料水稳性主要依靠沥青与集料间的粘附程度，它同沥青集料间的物理化学作用密切相关。本文分析了微生物对沥青集料粘附作用的影响，这对改善沥青路面水稳性有重大意义。

分子动力学模拟的老化沥青与集料界面粘附愈合行为研究

从微观角度分析沥青老化后与集料界面粘附愈合行为,采用Materials Studio 2020软件,分别构建老化沥青、集料、老化沥青-集料界面粘附愈合模型,从密度、玻璃化转变温度和溶解度参数验证构建模型的准确性。基于分子动力学模拟,分析再生剂类型和温度变化对老化沥青-集料粘附愈合模型的界面相对浓度、粘附能的影响。结果表明:构建的老化沥青模型参数合理,能够表征真实老化沥青特性;随着温度的升高,界面相对浓度先升高后降低,温度为298 K时达到最大;界面相对浓度由大到小对应的再生剂类型依次为R2>R1>R4>R3,链状、小分子量再生剂对界面相对浓度提升幅度最大;温度和再生剂通过改变沥青与集料界面的粘附能,影响模型愈合速率,范德华势能是影响界面模型粘附能的主要因素。

基于间接拉伸试验的沥青-集料界面黏结性研究

为研究沥青-集料界面黏结性能,选取70号基质沥青及SBS改性沥青混合料在不同温度、老化、水分条件下进行间接拉伸试验,通过分析其峰值力、断裂能、开裂容忍指数(CT)来表征沥青与集料间的黏结性,揭示各影响因素对沥青-集料的影响特征。结果表明,沥青混合料的峰值力随温度升高而降低,但断裂能及CT指数随温度升高而增大,温度在本质上改变了沥青的黏弹性质,从而使得沥青与集料的界面黏结性能发生显著改变。随着老化程度的加剧,沥青混合料峰值力增大而断裂能、CT指数降低,在长期老化条件下,70号基质沥青与SBS改性沥青的峰值力分别增长31.1%,15.4%,而断裂能分别减少27.6%,19.1%,老化作用提升了沥青混合料的黏结强度,但抗裂性及延展性遭到削弱。长期高温浸水处理后,沥青混合料的峰值力、断裂能、CT指数均发生显著下降,在高温浸水4 d后,70号基质沥青和SBS改性沥青混合料的峰值力分别下降48.2%,33.1%,CT指数分别降低67.7%,32.5%,水分侵入沥青-集料界面造成了沥青膜的剥离,严重影响沥青-集料界面的黏结性。

材料特性对沥青-集料界面粘附性的影响

为了研究沥青-集料界面的粘附性能,详细分析了几种主要的影响因素,并着重研究了原材料表面能对沥青-集料界面粘附性的影响;借助表面能理论,通过测定沥青与集料的表面能参数,计算得到粘附功与表面能变化,将沥青与集料之间粘聚力的自愈性、抗开裂能力作为评价沥青-集料界面粘附性的指标,分析了无水和有水情况下沥青自身内聚力的变化,以及与沥青-集料系统粘附性的变化。试验结果表明:几种沥青-集料系统中,SBS改性沥青-石灰岩系统的界面粘附性最佳,克拉玛依基质沥青-角闪片麻岩最差;沥青和集料拥有较大的Lewis酸碱性力产生的粘附功和较小的范德华力产生的粘附功,有利于提高沥青-集料界面的粘附性能。

温拌再生沥青混合料集料-沥青黏附特性研究

为研究温拌再生沥青混合料黏附特性,根据表面自由能理论,通过测定温拌再生沥青和集料的表面能参数,计算了温拌再生沥青与集料的黏附功.结果表明:温拌剂的添加改善了再生沥青中的极性分量以及Lewis酸、碱作用力,改善了再生沥青的表面自由能,提高了沥青与石料的裹附能力;有水存在时温拌再生沥青-集料黏附功比较大,说明温拌条件下再生沥青混合料的水稳定性可以得到一定改善.

模拟沥青混合料集料的多面体颗粒随机生成算法及程序

为了真实反映沥青混合料中集料的形状、级配及排列,准确模拟其复杂的几何特征与物理性质,提出了模拟沥青混合料的多面体随机生成算法,介绍了算法实现过程中的关键技术问题及程序设计。该算法不仅考虑了矿料级配、颗粒分布的随机性,多面体区域生成及级配的检验与确定,而且考虑到几何与物理参数的转换问题,解决了沥青混合料集料空间结构重构的关键问题。研究结果表明:该算法及程序操作简便,切实可行,为沥青混合料或其他矿物质混合料空间结构重构提供了一种新途径。

沥青与集料粘附性试验新方法

目的开发新的试验方法实现定量化评价沥青与集料的粘附性能.方法室内将集料置入一定质量浓度的沥青-甲苯溶液中,采用分光光度计测定溶液吸光度的变化并计算其初始吸附沥青量;再向溶液中加入蒸馏水,经过一定试验时间计算其净吸附沥青量以评价其受水剥离的程度.结果将5种类型的沥青和4种花岗岩集料的试验结果与水煮法试验结果相比较,得出集料粘附等级（由初始吸附量和净吸附量计算的剥落率）其关系为：5级（0~10%）、4级（10%~30%）、3级（30%~50%）、2级（50%~70%）、1级（70%~100%）.结论采用沥青—甲苯溶液质量浓度的改变来表征沥青与集料的粘附性能试验方法更客观,对于水煮试验无法判断的粘附性能细微差别,可以做出定量的判断,该方法试验敏感性强,可作为准确鉴别沥青与集料粘附性的试验方法.

基于分子动力学两集料间沥青的拉伸黏附机理

基于分子动力学(MD)模拟,建立了两集料间沥青的模型,研究了拉伸速率、温度对沥青-集料界面拉伸应力-位移曲线的影响,从原子尺度分析了沥青-集料界面的拉伸破坏形式和黏附机理,同时通过拟合拉伸应力-位移曲线,提出了适用于宏观数值分析的内聚力模型.结果表明:当拉伸应力超过应力峰值后,沥青-集料的破坏由以黏附破坏为主转变为以黏聚破坏为主;拉伸速率越大,应力峰值越大;温度越高,应力峰值越小;沥青在拉伸应力达到应力峰值之前保持弹性状态,此时变形可逆,当拉伸应力超过应力峰值后,受到的损伤不可逆.

基于表面能理论的沥青与集料粘附及剥落机理分析

运用表面能理论对集料-沥青粘附和剥落过程进行了理论计算分析,推导了集料与沥青粘附和剥落过程的体系自由能变化计算式,并据此计算得出了四种典型集料与沥青组合体系的自由能变化值。计算结果表明:干燥环境下,集料与沥青粘附良好;在水环境条件下,沥青具有从集料表面剥落的自发趋势;集料与沥青之间的粘附行为存在最佳配伍关系。

湿热环境下海盐侵蚀对沥青-集料界面体系的损伤效应分析

为研究海盐湿热耦合作用对沥青-集料界面体系的损伤效应,分析了盐溶液类型、浓度、浸泡时间对沥青-集料界面体系抗拉强度、沥青膜剥落率、自愈能力以及自愈后水稳定性的影响,探讨了盐湿热环境下沥青-集料界面体系的损伤机理.结果表明:沥青膜厚度为6μm的沥青-集料试样抗拉强度最大,可作为后续模拟试验的标准试样;随着盐侵蚀时间的延长,沥青-集料试样抗拉强度逐渐减小,沥青膜剥落率逐渐上升,并且在前期变化速率较大,之后逐渐趋于稳定;60℃高温烘干能够有效地恢复沥青-集料的界面强度,但因集料表面受到溶液的侵蚀,自愈之后的水稳定性明显下降,海盐溶液的腐蚀性越强,水稳定性越差;溶液的综合剥落功越大,沥青-集料试样抗拉强度越高,沥青膜剥落率越低,说明海盐溶液的腐蚀特征和表面张力特征均会影响其损伤效应.

沥青稳定再生集料的试验研究

采用钠水玻璃、有机硅树脂和硅烷偶联剂强化再生集料(RA),测试未强化和强化再生集料的压碎值、磨耗值、吸水率和黏附性,优选强化剂;采用扫描电镜观察未强化和强化再生集料的表面微观形貌,探讨强化剂强化再生集料的机理;采用再生粗集料和天然细集料配制沥青稳定再生集料(ATRA),然后进行车辙试验、低温弯曲试验和水稳定性试验,测定沥青稳定再生集料的路用性能.结果表明:再生集料存在孔隙和微裂缝,致使其压碎值、磨耗值和吸水率较高,黏附性较低;有机硅树脂对再生集料综合性能强化效果优于硅烷偶联剂和钠水玻璃;有机硅树脂强化后再生集料的大部分孔隙被有效封堵,微裂缝得到一定程度上的修复,再生集料的抗压碎性能和黏附性提高,吸水性降低;当采用未强化再生粗集料时,沥青稳定再生集料的平均弯曲应变、残留稳定度和冻融劈裂强度比均不满足JTG F40—2004规范要求;当采用2%(质量分数)有机硅树脂强化再生粗集料时,沥青稳定再生集料的路用性能大幅提高,能满足JTG F40—2004规范的相关要求.

集料沥青浸渍相对密度试验法及估计法的研究

本文介绍作为沥青混合料中集料有效相对密度的规定方法——集料沥青浸渍相对密度试验法及其试验结果。对国内外有效的相对密度估计法作了严密的推导,揭示其真实意义,并提出了新的估计方法。

细粒式薄表层沥青混合料中粗集料的骨架特性

为研究薄表层沥青混合料的骨架特性,同时为保证公称最大粒径9. 5 mm(UTL-10)矿料级配的稳定性,在4. 75 mm与9. 5 mm筛孔中间增设7. 5 mm筛孔,通过捣实密度试验分析了不同粗集料配比的集料骨架间隙率(VCA)。同时,提出了利用粗集料-沥青胶浆试件的单轴贯入试验来研究不同组合的粗集料抗剪强度相关参数,确定了薄表层粗集料的级配设计控制指标,最终给出了薄表层粗集料的推荐配比范围。结果表明:集料内摩阻角φ能够很好地反映粗集料级配的骨架强度稳定性;采用VCA和内摩阻角φ双重指标可以有效控制薄表层沥青混合料的粗集料配比设计;公称最大粒径为13. 2 mm(UTL-13)矿料级配三档集料含量的推荐范围分别为12. 5%～22. 2%,37. 5%～44. 4%,33. 3%～50%;UTL-10三档集料含量的推荐范围分别为10%～16. 7%,40%～50%,33. 3%～50%。

重载交通沥青-集料界面水分的扩散通道和水损害分析

重载交通情况下由于动水压较大,水分极易在沥青-集料界面扩散,会削弱沥青-集料界面的黏附力,降低沥青路面的使用寿命。针对重载交通沥青-集料界面黏附力小,水损害严重等问题,通过分子动力学及重力吸附实验从分子(细观)尺度和宏观尺度半定量计算重载情况下水分在沥青-集料界面间的扩散系数,借助分子动力学分析可能存在的扩散系数及扩散方向,预测动水压对沥青-集料界面水损害的影响。结果表明:重载交通可推动水分在沥青混合料中的扩散,促进水分在沥青-集料界面的迁移;随着动水压的增大,沥青-集料界面会发生一定程度的变形,沥青会慢慢地从集料表面剥落,水分不断地扩散渗透进入沥青-集料界面。

沥青四组分对沥青与集料黏附-黏聚性的影响

为了研究沥青四组分对沥青与集料间黏附-黏聚性的影响,选用3种油源、2种标号的老化前后的沥青,利用石灰岩、辉绿岩和花岗岩3种集料石板作为刚性底板,采用无纺布作为沥青的有效载体,进行90°剥离试验。结果表明:3种油源沥青与集料的黏附性和沥青质均存在明显的相关性,老化使沥青质增多、聚集,从而使黏附强度下降;油源相同的沥青与石灰岩的黏附性相关性最好,辉绿岩次之,花岗岩最差;花岗岩与沥青之间的黏附性和沥青四组分的回归方程相关性最好,石灰岩次之,辉绿岩最差。

长期浸水对沥青和集料-沥青界面性能损伤的试验研究

将空隙率为7%左右的AC-13沥青混合料试件放置于25℃的水中达60d,定期观测试件的质量吸水率,并采用肯塔堡飞散试验测定其质量损失率。结果表明:沥青混合料试件的饱水特征曲线存在两个阶段:第一阶段自由水迅速填充大孔隙,吸水率快速增加;第二阶段水分向微孔隙渗流并向沥青胶结料扩散,吸水率趋于某平衡上限,且长期作用下水分可能扩散到集料-沥青膜界面处,导致沥青胶结料内聚力和集料-沥青膜间粘结力下降,飞散质量损失率增大。

基于表面能法的沥青/集料粘附机理研究

水损害是制约沥青路面使用寿命的长期的棘手问题,而沥青与集料的粘附性是其中的关键所在。该文通过表面能法,结合接触角测试试验,获得沥青、集料的表面能参数,通过计算沥青与集料的粘附功、剥落功以及配伍率来评价粘附效果。与此同时,深入分析了沥青温度变化对粘附性的影响。该文所得可为进一步研究沥青/集料的粘附机理、提高沥青与集料的粘附性提供理论借鉴。

铁尾矿粉沥青混凝土胶浆-集料粘附性和TG-DSC实验研究

在研究铁尾矿粉掺入沥青混凝土中的力学性能和路用性能的基础上,分析了铁尾矿粉掺量对沥青胶浆-集料粘附性的影响,并开展了不同铁尾矿粉掺量下沥青混凝土的TG和DSC实验。结果表明,综合不同铁尾矿粉掺量作用下沥青混凝土胶浆基本物理性能指标的变化规律,得到在铁尾矿粉掺量为60%时,沥青混凝土各项指标达到较佳值,且此时沥青混凝土的路用性能也能完全满足公路道路的使用要求。随着铁尾矿粉掺量的不断增大,沥青胶浆接触角和表面能与粘附功和剥落功的变化规律呈现出先增大后减小的趋势,且在铁尾矿粉掺量为60%时取得较大值。同时,铁尾矿粉的掺入可以有效地提升沥青混凝土的耐热性能以及有效地提升了沥青混凝土热稳定性。

再生沥青混合料中集料的几何形态分析

文中通过数字图像处理分析回收集料以及新集料中粗集料的二维形态特征,研究不同岩性集料与回收集料二维形态特征变化,采用椭圆度、形态因子和异形指数三个指标参数分析回收集料和新集料的二维形态特征变化及对回收集料整体的影响。试验得出同种集料颗粒的形态因子、异形指数随着颗粒粒径的增大而逐渐增大,椭圆度随粒径的增大而减小;而回收花岗岩集料颗粒总体形状特征较圆形表面平滑、棱角性较小。

压剪耦合条件下沥青-集料界面粘脱滑移特征行为研究

为探求沥青与集料界面间的压剪断裂失效机制,在研发测试加载系统及分析原材料基本物性参数的基础上,通过制作沥青-集料三明治试件,开展了不同影响因素(集料粗糙度、沥青老化、环境温度及加载速率等)下沥青-集料界面的粘脱滑移特征行为研究,定量感知了沥青-集料界面的应力传荷与粘脱滑移过程,构建了沥青-集料界面的粘脱滑移本构模型.结果表明:增大粗糙度和法向应力与加快荷载速率能够提升界面抗剪能力与剪切抑制能;沥青老化在一定程度上能够提高界面抗剪强度,但降低了界面剪切抑制能;所构建的粘脱滑移本构模型能够表征沥青-集料界面在压剪耦合状态下应力变化三阶段特征.研究成果可为沥青混合料复杂力学行为的细观分析提供理论支撑,并为混合料结构参数的优化设计提供科学依据.