泡沫沥青再生混合料水稳定性的试验研究

在室内试验的基础上,根据泡沫沥青再生混合料的物理特征和强度影响因素,探讨提高该材料水稳定性能的技术措施,包括拌和用水量、泡沫沥青用量、细料掺量、掺加活性填料和工后养护。随后通过国内外的工程经验总结对比,给出泡沫沥青再生混合料水稳定性能的评价指标和技术要求的建议值。

冻融循环对泡沫沥青再生混合料微观结构的影响

为了探究泡沫沥青冷再生混合料抗水损害能力的衰变情况,选取6种不同级配泡沫沥青冷再生混合料,采用劈裂强度试验及电子断层扫描试验,系统研究了不同冻融循环次数下混合料强度衰减特性、空隙级配及最可几孔径的变化规律.结果表明:随着冻融循环的增加,冷再生混合料的强度明显减小,微空隙显著减小,大空隙显著增加,空隙数目的变化直接影响到混合料的强度.电子断层扫描试验及劈裂强度试验结果表明:在总空隙率相同的条件下,微空隙越多混合料强度越高;大空隙越多混合料强度越低.以此为基础提出再生混合料内部空隙的3种分类:无害孔、少害孔及有害孔.前2次冻融循环对冷再生混合料最可几孔径影响最大.在相同的冻融次数下初始空隙率越大泡沫沥青冷再生混合料的最可几孔径越大.

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。

冷再生泡沫沥青混合料水稳定性研究分析

通过控制新集料掺加比例、泡沫沥青用量、水泥剂量、集料温度和抗剥落剂等,研究各因素对冷再生泡沫沥青混合料的路用性能和水稳定的影响,并揭示其微观机理.结果表明,旧料利用率、泡沫沥青用量、水泥剂量和抗剥落剂宜分别控制在50%~75%、2.5%~3.0%、1.0%~1.5%和0.5%左右.此夕卜,适当提高集料温度,有助于提高泡沫沥青分散均匀性,从而提升冷再生泡沫沥青混合料的水稳定性.泡沫沥青用量和水泥剂量是冷再生泡沫沥青混合料水稳定的关键因素.尽量使泡沫沥青分散均匀,避免产生结团现象,是保证冷再生泡沫沥青混合料水稳定性的基础,进一步通过水泥补强作用,可获得良好的水稳定性.

泡沫沥青作用机理及其再生混合料路用特性研究

首先分析了泡沫沥青的作用机理及影响因素,其次对其配合比进行设计,得到最佳拌合用水量,最后通过室内试验研究泡沫沥青混合料的路用性能,研究结果表明:发泡温度一定时,随着用水量的增加,泡沫沥青的膨胀率增加和半衰期减少,A-70基质沥青的最佳发泡温度为160℃,最佳发泡用水量2.7%;级配改善后泡沫沥青再生混合物的最佳拌合用水量为3.8%;水泥含量为1%~4%时,泡沫沥青再生混合料的抗压强度逐渐增加,增加幅度在12%~20%;泡沫沥青含量为2%~3%时,混合料高温稳定性随着水泥含量的增加逐步提升,泡沫沥青含量为3%~4%时,高温稳定性出现略微的下降。

水泥对泡沫沥青冷再生混合料强度影响机理

采用扫描电镜对掺加水泥前后回收沥青路面材料(RAP)、新集料、泡沫沥青胶浆微观形貌的分布特征等进行对比研究,进而采用工业CT的无损检测技术定量揭示了水泥对泡沫沥青冷再生混合料马歇尔试件内部孔隙特征的影响。研究结果表明,泡沫沥青冷再生混合料中水泥水化产物显著改善了集料表面的棱角性,从而增加了沥青与集料的粘附性;水泥水化物与沥青形成的胶浆复合物所构成的空间立体网格结构在混合料中起到"加筋"、填充作用,且显著增强了泡沫沥青胶浆的整体稳定性,从而提高了混合料的强度;水泥水化产物起到次级结合料的同时,还改变了混合料内部孔隙分布特征,增加了微孔隙数量,降低了内部孔隙的平均孔径,从而提高了混合料的水稳定性。

养生方法对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响

为了更真实模拟现场养生状况,设计开放养生、半密封养生及半密封+全密封养生("组合"养生)3种养生方式,并采用力学试验对3种养生条件下泡沫沥青冷再生混合料的含水率、劈裂强度(indirect tensile strength,ITS)、无侧限抗压强度(unconfined compressive strength,UCS)及抗剪参数的发展规律进行研究;同时,通过CT扫描试验对混合料内部空隙结构进行分析.结果表明:不同养生方式下,混合料内部水分迁移路径和散失速率不一致,导致混合料养生过程中含水率及强度发展规律不一致;含水率与混合料终期养生强度密切相关;不同养生条件下混合料的内摩擦角变化规律基本一致,而黏聚力受含水率影响明显;半密封及"组合"养生水分散失速率慢,养生过程中被水化产物包裹的水分产生的水蒸气压力会破坏原有空隙结构,从而揭示了不同养生方式的空隙分布机理并推荐半密封养生36 h+全密封养生36 h作为泡沫沥青冷再生混合料中长期养生方法.

冷再生泡沫沥青混合料强度影响因素

对泡沫冷再生沥青混合料进行了强度的研究。主要从几个方面考虑其强度对泡沫冷再生沥青混合料的强度影响:RAP含量、泡沫沥青的发泡效果、沥青用量、水泥用量、拌合时含水量,拌合温度以及养生条件。并对这几种因素作了一些量化的分析。

不同RAP掺量对泡沫温再生沥青混合料路用性能分析

随着道路维修养护任务的增加,RAP材料再利用技术在国内得到了新发展。通过多组高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验及力学性能试验对不同RAP掺量下泡沫温再生沥青混合料路用性能进行分析,研究结果表明:RAP材料经过分档处理后,可以减小材料的不均匀性,有利于保持级配的整体稳定;随着RAP掺量的增加,泡沫温再生混合料高温稳定性迅速提高,力学性能增强,低温抗裂性下降,水稳定性先小幅增大后大幅减小,推荐泡沫温再生沥青混合料适宜的RAP掺量为30%,以满足公路养护经济适用性要求。

不同加速养生方式泡沫沥青冷再生混合料宏细观结构性能研究

为了使泡沫沥青冷再生混合料室内加速养生方式能更加真实地模拟现场实际养生条件,基于含水率试验、力学性能及疲劳试验研究了5种养生方式的泡沫沥青冷再生含水率、劈裂强度(ITS)、贯入剪切强度(SD)、无侧限抗压强度(UCS)的影响规律,对比了不同养生方式泡沫沥青冷再生混合料早期强度、中长期力学强度、疲劳性能的差异;进而以X-Ray CT为平台,研究了不同养生方式泡沫沥青冷再生混合料微细观三维空隙结构的分布特征。结果表明,5种养生方式的泡沫沥青冷再生中长期力学强度与疲劳寿命排序为:开放养生>马歇尔模内养生>半封闭养生>组合养生>封闭养生,不同养生方式泡沫沥青冷再生混合料的微细观空隙结构有明显差异,不同养生方式下泡沫沥青冷再生混合料微细观空隙级配、平均空隙直径、最可几空隙直径与力学性能、疲劳寿命之间的拟合良好。推荐40℃半封闭养生36 h来模拟加铺上覆层前现场早期(7~14 d)养生条件,采用40℃半封闭36 h+全封闭养生72h“组合”养生方案作为泡沫沥青冷再生混合料的中长期室内加速养生方案。

泡沫(乳化)沥青冷再生混合料动态模量特性及其主曲线研究

为了指导泡沫（乳化）沥青冷再生混合料的设计和应用,采用简单性能试验机（SPT）测试了不同水泥和泡沫（乳化）沥青掺量的冷再生混合料的动态模量,开展了动态模量关键影响因素试验温度、加载频率、水泥剂量、泡沫沥青用量的方差分析,并根据时间-温度等效原理利用非线性最小二乘法拟合得到了20℃参考温度下的动态模量主曲线。试验结果表明,水泥和泡沫（乳化）沥青用量均对冷再生混合料的动态模量有显著影响,随着水泥掺量增大,冷再生混合料动态模量增大,适宜的水泥掺量为1.5%~2.0%,动态模量在最佳泡沫（乳化）沥青用量时达到峰值。采用规划求解所确定的动态模量主曲线可预测加载频率以外的动态模量,《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）推荐的泡沫（乳化）沥青冷再生混合料15℃抗压回弹模量1 400~1 800 MPa,对应的动态模量主曲线加载频率为0.01~10.05 Hz,20℃抗压回弹模量1 000~1 400 MPa,对应的动态模量主曲线加载频率为0.01~10.2 Hz。推荐路面结构动态设计时泡沫（乳化）沥青冷再生混合料10 Hz动态模量为3 500~5 500MPa,5 Hz动态模量为3 000~5 000 MPa。

养生温度对泡沫沥青冷再生混合料路用性能影响的研究

为了探究养生温度对泡沫沥青冷再生混合料路用性能的影响,研究了10、25、40、60、80℃共5种不同养生温度下泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、低温性能和抗疲劳性能。试验结果表明:提高养生温度后泡沫沥青冷再生混合料力学强度、低温抗裂性能和抗疲劳性能显著提高;建议泡沫沥青冷再生混合料设计与施工细则在配合比设计阶段采用40℃养生,并揭示了室内混合料设计试件养生温度应当与现场施工气温一致的重要性及必要性。

生物油再生剂预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料性能研究

国内外现阶段泡沫沥青冷再生技术将RAP仅作为“黑色集料”使用,没有发挥RAP中老化沥青应有价值。提出在泡沫沥青冷再生混合料中添加生物油再生剂,在拌和阶段首先将生物油与RAP进行预拌,实现对RAP表面老化沥青的再生、恢复老化沥青的黏结力。基于室内试验综合研究了生物油预拌增型泡沫沥青冷再生混合料力学性能、路用性能、抗松散性能与抗疲劳耐久性能,并通过铺筑试验段验证添加生物油预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的技术可行性。结果表明,生物油预拌增强泡沫沥青冷再生混合料的劈裂强度、贯入剪切强度、无侧限抗压强度及高低温性能、水稳定性、疲劳性能明显优于未添加生物油的泡沫沥青冷再生混合料;随着生物油掺量增大,预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料的力学强度、路用性能和抗疲劳耐久性能呈现增大后减小趋势,生物油掺量为2.0%时,预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料使用性能达到最佳;生物油作为泡沫沥青冷再生混合料辅助再生剂适宜的掺量为2.0%,预拌增强型泡沫沥青冷再生混合料技术优势在于生物油再生剂对老化RAP中的老化沥青性能改善和发挥老化沥青黏结力作用,从而增加泡沫沥青冷再生混合料内部黏结强度。

RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响

回收沥青路面材料(RAP)的温度受季节和一天当中空气温度的影响,既有泡沫沥青冷再生混合料配合比设计方法并没有考虑RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响。该文研究了RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料干湿劈裂强度、高低温性能和泡沫沥青分散性状的影响。结果表明:RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度有显著的影响,随着RAP温度增加,泡沫沥青冷再生混合料干湿劈裂强度增大,最佳泡沫沥青用量减小;增加RAP温度可显著改善泡沫沥青冷再生混合料的高低温性能,不同RAP预热温度下,泡沫沥青冷再生混合料马歇尔试件劈裂破坏界面的泡沫沥青面积百分比与试件干湿劈裂强度之间线性拟合关系良好,RAP预热温度对泡沫沥青冷再生混合料的影响机理在于其影响了泡沫沥青在混合料中的分散形状和分散的均匀性,提高了混合料的压实特性。

RAP掺量对泡沫温再生沥青混合料路用性能影响

为确定泡沫温再生沥青混合料中旧路面铣刨料(RAP)的合理添加比例,进行了不同RAP掺量(质量分数,全文同)下泡沫温再生沥青混合料目标配合比设计及其路用性能分析,研究结果表明:随着RAP掺量的提高,泡沫温再生沥青混合料高温性能及力学强度得到提升;低温性能降低;水稳定性先提高后降低.综合考虑路用性能和经济性,推荐泡沫温再生沥青混合料适宜的RAP掺量为30%.

不同水泥掺量泡沫沥青冷再生混合料细微观空隙分布特征

基于马歇尔试验、工业CT的无损检测技术以及VG软件的三维重构功能,系统研究了水泥掺量对泡沫沥青冷再生混合料的强度特性、空隙率大小、最可几空隙、空隙分形特征变化规律的影响,分析给出最可几空隙、空隙分形特征的数学模型表征,并建立了细微观空隙分布特征与力学性能之间的回归关系。试验结果表明,水泥掺量对泡沫沥青冷再生混合料细微观空隙分布特征有显著的影响,泡沫沥青冷再生混合料空隙体积与其概率分布之间具有较好的洛伦兹分布关系,采用最可几空隙和空隙分形维数可较好地表征水泥掺量对泡沫沥青冷再生混合料细微观空隙特征的影响;随着水泥掺量增大,最可几空隙体积减小;掺加水泥改变了泡沫沥青冷再生混合料的整体空隙形状特征,且水泥掺量越大,空隙形状改变越明显;水泥改变了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料的空隙衰变过程。

WEP改性泡沫沥青冷再生混合料的强度特性及耐久性

为提高泡沫沥青冷再生混合料的早期强度、抗松散性能、水稳定性和耐久性能,将水性环氧树脂(WEP)应用于泡沫沥青冷再生混合料,研究了WEP掺量对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响,通过SEM分析了影响机理。结果表明,掺加WEP能显著提高泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、水稳定性和抗疲劳耐久性能,同时降低疲劳寿命对应变水平的敏感性。WEP对泡沫沥青冷再生混合料的改性机理在于其界面增强作用、加箍锁作用及加筋阻裂作用。推荐泡沫沥青冷再生混合料中WEP的适宜掺量为2%~3%。

泡沫温拌再生沥青混合料路用性能研究

基于泡沫沥青温拌技术,研究再生沥青混合料路用性能。通过马歇尔试验、车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验和疲劳试验等对比分析不同RAP料掺量比例下的泡沫温拌再生沥青混合料的路用性能,最终推荐一种RAP料掺量下的泡沫温拌热再生沥青混合料,并应用于实际工程。经室内外试验和工程实践结果表明:泡沫温拌再生沥青混合料的各项路用性能都能满足规范要求,能达到与普通热拌沥青混合料相近的路用性能指标,同时还兼备了良好的经济性,是值得推广的一种路用材料。

泡沫(乳化)沥青冷再生混合料的剪切性能

为了检验泡沫(乳化)沥青冷再生混合料抗剪切性能,采用简易三轴试验模拟路面内部沥青冷再生混合料的受力状态,分析沥青结合料的种类和掺量、试验级配、水泥掺量、RAP掺配比例对混合料抗剪切强度的影响。结果表明:泡沫(乳化)沥青冷再生混合料具有较大的内摩擦角和较小的黏聚力;泡沫(乳化)沥青最佳用量可采用简易三轴试验剪切强度峰值确定。

泡沫沥青冷再生混合料设计方法的探讨

结合室内研究成果和工程应用经验,提出了泡沫沥青冷再生混合料的设计方法。设计内容包括:材料与级配设计、沥青及沥青发泡特性、拌和用水量的确定、试件的成型与养护、泡沫沥青最佳用量的控制指标讨论以及泡沫沥青最佳用量的确定方法等。通过实践应用证明这种基于水稳性的泡沫沥青混合料配合比设计方法可作为室内研究和工程应用的主要指导依据。