多频率重复荷载作用下布敦岩沥青混凝土宏细观开裂特性分析

针对布敦岩沥青混凝土路面在不同工况下的使用寿命问题,对多种路用环境及不同频率重复荷载作用下布敦岩沥青混凝土小梁试件进行三点弯曲重复加载试验,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)法分别对布敦岩沥青混凝土、基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土在5种路用环境下的疲劳损伤进行分析。结果表明:在不同路用环境和多频率的作用下,疲劳寿命排序为SBS改性沥青混凝土>布敦岩沥青混凝土>基质沥青混凝土;布敦岩的掺加对沥青混凝土疲劳性能起到了提升作用,但对车速变化的敏感程度较强;布敦岩沥青能有效提升沥青混凝土的抗疲劳开裂性能;同种材料在相同重复荷载作用次数时的损伤程度随着加载频率的增加而减小;布敦岩的掺加可以提高混合料的抗损伤能力,延缓沥青混凝土出现加速开裂的时间点;布敦岩沥青混凝土宏观裂纹出现的时间点为重复荷载次数占比为70%时。研究成果有利于工程提前制定相应的防治措施。

基于加速加载试验的青川岩改沥青混合料疲劳性能研究

为评价青川岩改沥青混合料疲劳性能,该文设计了基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验系统的动轮载三点弯曲加载疲劳试验装置,对双层沥青混合料复合车辙试件进行轮胎碾压下的三点弯曲重复加载疲劳试验,结合沥青混合料小梁试件MTS弯曲疲劳试验,评价青川岩改沥青及复合改性沥青等对沥青混合料疲劳性能的改善效果。结果表明:青川岩改沥青提高了沥青混合料承受重复弯拉荷载的能力,改善了沥青混合料的抗疲劳性能,其抗疲劳性能优于青川岩沥青与SBS复合改性沥青、SBS改性沥青和基质沥青;基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验的动轮载三点弯曲重复加载疲劳试验,能更真实地模拟现场路面轮载作用,减少了小梁试件尺寸效应对疲劳寿命的影响,再现了轮载作用下路面结构的受力状况。

岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料黏弹特性研究

为研究岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料的黏弹特性,采用沥青混合料性能试验机(asphalt mixture performance testing,AMPT)对不同岩沥青用量的复合改性沥青混合料在不同试验条件下的单轴动态压缩模量和相位角进行了测试,构建了动态模量主曲线,建立了动态模量预测模型。结果表明:当试验温度增大或加载频率降低时,岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料的动态模量逐渐降低;随着岩沥青掺量的增加,AC-20复合改性沥青混合料抗车辙性能提高,疲劳性能降低;测定的复合改性沥青混合料20℃动态模量接近于14000 MPa,符合高模量沥青混合料的技术要求;经测试,所构建动态模量预测模型的预测精度可达83%。

伊朗岩沥青/玄武岩纤维掺量对改性沥青的影响与性能试验

通过动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验研究了伊朗岩沥青掺量和玄武岩纤维掺量对BF/IRA复合改性沥青性能的影响,并通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验等一系列试验研究了BF/IRA复合改性沥青混合料的路用性能。结果表明,岩沥青和玄武岩纤维可提高沥青高温性能,而岩沥青不利于改性沥青低温性能,玄武岩纤维可改善其低温性能,且岩沥青建议掺量为8%,玄武岩纤维掺量宜为5%。玄武岩纤维可显著提高岩沥青改性沥青高低温性能、水稳定性。

基于响应曲面法的玄武岩纤维-岩沥青混合料路用性能研究

为提升沥青混合料路面的路用性能,有效化解岩沥青对混合料低温抗裂性的不利影响,采用响应曲面法,并基于汉堡车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验和四点弯曲疲劳试验,对不同玄武岩纤维和岩沥青掺量下的混合料进行路用性能及抗疲劳特性评价。结果表明,玄武岩纤维和岩沥青的复合增强作用,可显著提升沥青混合料的高温性能、水稳定性和抗疲劳特性;通过响应曲面法设计预测,获得玄武岩纤维和岩沥青的最佳掺比分别为0.495%和7.6%,且经试验验证,预测值与实测值之间的计算准确度均>98%,此最佳掺比下,沥青混合料表现出优良的路用性能。

基于细观尺度下布敦岩沥青混凝土低温开裂特性研究

为了更详细地描述布敦岩沥青的低温特性及裂缝发展规律。采用数字散斑成像技术(DIC),对布敦岩沥青混凝土试件在低温弯曲破坏试验中的裂缝扩展过程进行细观尺度下的观测和分析,通过DIC技术捕捉试件在加载过程中裂缝的形成、扩展,以及裂缝尖端的位移和应变变化。结果表明,①从DIC位移云图来看,裂纹从小梁试件底部开始萌生,随着加载进行,试件散斑点向两侧水平方向位移增大,跨中区域散斑面积变窄,出现散斑区域尖端,裂缝向上部开始延伸,散斑位移变化率减小,直至裂纹扩展至破坏;②从应变云图来看,试件在水平及竖直方向均存在拉应变与压应变,初期试件底部出现多个小范围受拉区域,衍生出若干细小裂纹,受拉区域汇聚、增大,随着加载增大,两侧对称的拉应变向跨中移动,底部压应变范围迅速增大,裂缝不断扩展直至破坏;③同条件下最终裂缝长度排序为SBS改性沥青>布敦岩沥青>基质沥青,裂纹破坏所需加载时间排序为SBS改性沥青>布敦岩沥青>基质沥青,表明布敦岩沥青的低温抑制宏观裂缝性能优于基质沥青。

弃渣料在土石坝设计中的应用

为充分利用弃渣料填筑沥青混凝土心墙坝、减少当地生态破坏,阐述了运用弃渣料填筑沥青混凝土心墙混合土石坝的坝体结构及筑坝材料特性,并进行二维渗流稳定、坝坡稳定、沉降分析。分析结果表明,沥青混凝土心墙混合土石坝在各工况下的渗流比降、坝坡稳定安全系数、沉降量均满足规范要求。本研究成果可对同类工程的设计提供一定的参考。

布敦岩沥青/纳米气凝胶/抗老化剂复合改性沥青制备及性能评价

实验选用布顿岩沥青(Buton-rock asphalt,BRA)、纳米气凝胶(Nanoaerogel,NA)和抗老化剂(Anti-aging agent,AA)对基质沥青进行复合改性。通过三大指标试验,确定三种改性剂的适宜掺量。利用动态剪切和弯曲梁流变试验分析了沥青的流变性能,以抗老化性能评价指标对耐老化性能进行表征。借助傅里叶红外光谱(FTIR)对沥青的官能团变化进行了分析,利用扫描电镜(SEM)观测了沥青在不同老化方式后的微观结构。结果表明:BRA+NA+AA复合改性沥青改性剂最佳掺量为:2%NA、10%BRA、0.3%抗氧剂1010和0.4%UV-327。BRA+NA+AA复合改性沥青相对于基质沥青,残留针入度比和延度保留率分别提高了74%和213%,软化点增量和车辙因子老化指数分别降低了57%和40%。加入改性剂后,沥青的高温性能得到明显改善,改性方式以物理改性为主,且改性剂与基质沥青界面之间相容性良好。改性沥青和复合改性沥青流变性能和耐老化性能均优于基质沥青。其中BRA+NA+AA复合改性沥青的耐老化性能和高温抗车辙能力最为优异。

玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土低温开裂特性

为了探究玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土在寒冷地区的适用性,通过小梁弯曲试验、数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术与低温约束应力试验,对布敦岩沥青混凝土、基质沥青混凝土和玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土的低温开裂特性进行研究。结果表明:在低温条件下,玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土变形能力强,冻断温度及转化点温度低;较其他2种沥青混凝土损伤因子达到1所需的时间长,裂缝宽度小,关键开裂点出现时间晚。宏细观分析均表明,玄武岩纤维复合布敦岩沥青改性沥青混凝土的低温抗裂性能优异。

基于多种路用环境下对布敦岩沥青混凝土低温开裂特性的分析

本研究通过冻断试验和三点弯试验分别对五种路用环境下的布敦岩沥青混凝土、基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土进行低温抗裂对比分析,并通过数值模拟试验从试件损伤和能量耗散两方面进行布敦岩沥青混凝土低温开裂机理研究。结果表明:布敦岩沥青混凝土具有比其他两种沥青混凝土更高的转化点温度,但在冻结时的断裂强度和冻断温度略低于SBS改性沥青混凝土,而优于基质沥青混凝土。在低温下,布敦岩沥青混凝土的应变能密度大于基质沥青混凝土,略低于SBS改性沥青混凝土,这表明在基质沥青中掺加适量的布敦岩沥青可以提高其抗温缩开裂性能。另外,布敦岩沥青混凝土在低温条件下弯曲破坏过程中只有少部分塑性变形,应变能以塑性变形的方式耗散较少,主要是通过脆性破坏产生的裂隙耗散。

表面接枝C—S—H的岩沥青对高温油井水泥石力学性能的影响

研究了表面接枝C—S—H的岩沥青对高温油井水泥石力学性能和微观结构的影响,采用压力试验机及XRD、TG、SEM和EDS对油井水泥石的力学性能和微观结构进行了测试和表征。研究结果表明,与纯水泥石相比,掺入1%未改性岩沥青的水泥石3 d抗压强度下降了2.98%,而掺入1%表面接枝C—S—H岩沥青的水泥石3 d抗压强度提高了4.26%。物相分析和热重实验表明,表面接枝C—S—H岩沥青的加入不会引起水化产物类型的变化,而掺量为3%表面接枝C—S—H的岩沥青水泥石养护3 d的失重量比纯水泥石高1.01%,说明表面接枝C—S—H的岩沥青可以促进水泥的水化。水泥石的微观形貌和元素分析表明,未改性岩沥青在180℃下热解导致沥青颗粒破碎,而接枝C—S—H的岩沥青表面形成的富Si层可以避免沥青颗粒因气孔而引起破碎,使得未改性岩沥青水泥石界面处的C元素含量较接枝C—S—H的岩沥青水泥石高29.14%,未改性岩沥青水泥石基体中C元素含量较接枝C—S—H的岩沥青水泥石高13.76%。

西北地区沥青混凝土心墙坝坝体填筑料层间关系

沥青混凝土心墙作为土石坝常用的防渗体,其防渗效果显著,适应变形能力强。以西北地区某项目的沥青混凝土心墙坝为例,结合2个天然料场的详查资料,C1料场作为坝体填筑料场,但因颗粒间关系不满足滤土、排水效果,不能直接用作筑坝料。针对坝体的砂砾石填筑料、过渡料及下游堆石料之间的相互作用进行分析,并通过转换保护土与被保护土的形式,对过渡料、填筑料及堆石料的层间关系进行复核,进而得到满足滤土、排水要求的颗粒级配关系。

任意料在纳达水库沥青混凝土心墙土石坝中的应用研究

纳达水库为沥青混凝土心墙土石坝,坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例。针对坝壳料采用任意料的特点,主要介绍了沥青混凝土心墙土石坝在合理利用土、石混合任意料,渗流控制,坝坡稳定及坝体变形控制等方面的设计成果,相关成果可供设计人员参考。

川北硬质岩沥青液相碳化及热解产物特性

为探究川北硬质岩沥青的热解特性,以及液相碳化过程中碳化温度和碳化时间对孔隙结构及元素成分等的影响,以广元岩沥青为原料,采用液相碳化法制备了沥青基多孔碳材料并进行分析。热重测试结果表明,岩沥青主要失重温度区间为400~600℃,最大失重速率温度为450℃,在1000℃时其残碳率为56.35%,升高碳化温度和延长碳化时间均能促进岩沥青热解和缩聚反应的进行。随着岩沥青中可挥发性成分的分解,稠环大分子趋向定向排列,其芳香性增加,极性降低,表面活性基团减少,比表面积增加,而过高的碳化温度和过长碳化时间会使所制材料的孔隙结构塌陷,造成比表面积降低。比表面积测试表明,所制ASUK4-2样品具有最大比表面积365.14 m^(2)/g,各样品的氮气吸附-脱附等温线均属于Ⅱ型,存在典型的H3滞后环,材料孔径分布以介孔为主,并存在少量大孔和微孔。本研究可为天然岩沥青碳化制备新型碳材料的高值化开发利用提供参考依据。

BRA改性沥青混合料性能试验及路用价值研究

通过细致分析并优选布敦岩沥青干法改性工艺。采用干法改性工艺,研究布敦岩沥青的特性及布敦岩沥青的改性机理。针对现有的布敦岩沥青改性沥青混合料配合比设计方法进行比较,分析了得出其优缺点,采用“改进型折减法”作为布敦岩沥青改性沥青混合料的配合比设计方法,结合某公路试验路路面采用的BRA改性沥青AC-16C型混合料、70号基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料的性能对比实验研究,同时结合同类型工程实际进行BRA和SBS的成本和碳排放对比分析,从混合料的高温性能、水稳性能、低温性能、疲劳性能和路用价值需要综合考量,分析BRA改性沥青混合料在国内现今形式下综合路用价值,得出相较于传统混合料30年周期综合性能优越、节约财务成本320万/km、每吨沥青混合料的碳排放为24.08 kg。

掺加BRA的RAP再生沥青混合料路用性能研究

为了减少沥青路面的永久变形,提高沥青混合料的路用性能,对BRA材料的特性进行了概述。对BRA掺量的RAP再生沥青混合料的原材料及再生混合料配合比设计进行了总结,从高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性能等方面对BRA掺量的RAP再生沥青混合料路用性能进行了分析。结果表明,BRA外掺用量为2%~3%时,BRA掺量的RAP再生沥青混合料路用综合性能表现较好,适合高温多雨地区的路面施工。该混合料值得在类似项目中推广和应用。

阳蓄电站下水库大坝沥青混凝土心墙施工配合比试验研究

沥青混凝土心墙是土石坝坝体防渗的关键性、隐蔽性工程,施工质量控制标准要求高。沥青混凝土的力学性质不仅与温度变化、工作条件有密切的关系,还取决于所用原材料的特性、配合比以及施工质量等因素,因此,选择优异性能及适合施工的沥青混凝土配合比就显得尤为重要。本文结合阳江抽水蓄能电站下水库大坝沥青混凝土心墙施工实例,对沥青混凝土心墙原材料的选择、室内配合比试验和现场铺筑试验情况进行了介绍。通过沥青混凝土物理力学及变形性能试验检测、试验结果验证,选择出最佳的沥青混凝土心墙施工配合比,该配合比在工程实施中得到了有效的验证。

岩沥青/SBR复合改性乳化沥青的制备与性能研究

以岩沥青和SBR为改性剂,采用边乳化边改性的方式制备岩沥青与SBR乳胶复合改性乳化沥青,对掺加3%岩沥青和5%SBR与未改性乳化沥青和单掺5%SBR的乳化沥青作比较。进行乳化沥青蒸发残留物基本性能试验和布氏黏度测试及乳化沥青储存稳定性能研究,通过动态剪切流变试验(DSR)研究分析3种乳化沥青的高温流变性能。分析结果表明:随着岩沥青和SBR乳胶的加入,增强了乳化沥青的高温性能,但低温性能被削弱,研究分析改性乳化沥青的各项性能指标,得出岩沥青与SBR复合改性乳化沥青的综合性能较优良。

岩沥青改性沥青在高速公路路面中的应用研究

项目以西北地区某高速公路建设为例,通过分析该项目所处地域的自然环境,结合该项目路面结构特性,确定采用两阶段混融法制备岩沥青改性沥青,同时对原材料进行了性能检验,结合马歇尔试验确定了最佳配合比。对制备出的岩沥青改性沥青设计了水稳定性、高温稳定性和低温稳定性测试试验,选择目前广泛应用的SBS改性沥青作为对照,结果表明岩沥青改性沥青受到雨水侵蚀及温度的影响均较小,相比于SBS改性沥青具有更优越的性能。

天然岩沥青掺量对改性沥青高温流变性能的影响

本研究对基质沥青及经过短期老化和长期老化的岩沥青改性沥青进行动态剪切试验,分析不同岩沥青掺量的改性沥青的复数模量G^(*)、相位角δ、车辙因子(G^(*)/sinδ)等指标变化情况,得出天然岩沥青掺量对岩沥青改性沥青高温流变性能的影响规律。