Superpave再生沥青混合料路用性能影响研究综述

文中基于国内外的研究表明,Superpave(Superior Performing Asphalt Pavements,简称高性能沥青路面)沥青设计法现阶段得到大力推广和使用,其有沥青混合料空隙率小,沥青用量小等优势,更适用国内公路设计。在“双碳”目标的推动下,更多学者针对Superpave再生沥青混合料路用性能的研究,除了温度和荷载对其影响较大,不同纤维掺量也对再生沥青混合料有极大的可研性。

基于Superpave法和平衡设计法热再生沥青混合料性能优化设计

沥青混合料回收利用是路面养护中旧料有效利用的方式。我国目前主要采用马歇尔设计方法进行热再生沥青混合料配合比设计,但该方法的指标体系与实际性能缺乏关联性。为解决这一问题,引入了国外设计沥青混合料的方法(Superpave法和平衡设计法)进行热再生沥青混合料设计。根据不同沥青混合料回收料掺量、再生剂制备了9种再生沥青混合料。通过开展汉堡车辙试验、半圆弯拉试验和冻融劈裂试验研究了沥青混合料的抗车辙、抗开裂和水稳定性能。试验结果表明基于Superpave法确定的最佳沥青含量制备的再生沥青混合料抗裂性能无法满足规范要求。其中,芳香烃再生沥青混合料对改善抗开裂性能效果最佳。将平衡设计法用于热再生沥青混合料设计可获得高性能的热再生沥青混合料,各项性能均满足规范要求,为我国热再生沥青混合料的广泛应用提供了一种设计方法。

SUPERPAVE厂拌热再生沥青混合料性能试验研究

对某高速公路铣刨的废旧沥青混合料(RAP)的性能进行了试验研究。在回收沥青中加入适量的自行研制的再生剂制备再生沥青,并利用针入度体系和SHRP PG体系评价再生沥青的性能,发现回收沥青的性能得到了恢复。利用SUPERPAVE技术,进行了SUPERPAVE-13厂拌热再生沥青混合料(RAP掺配率为30%)和普通沥青混合料的设计,并对其高温稳定性、水稳定性、低温性能以及疲劳性能进行了评价。研究表明:SUPERPAVE-13厂拌热再生沥青混合料的性能均满足规范要求,相对于普通沥青混合料,其疲劳性能和低温性能会有一定程度的下降,但其高温性能却得到了很大程度的提高。

应用Superpave体积设计法设计冷再生沥青混合料

旧沥青路面的再生利用是我国公路建设即将面临的重要课题,其中冷法再生是一种重要方法。本文针对乳化沥青冷再生沥青混合料的设计提出了修正Superpave设计法,经室内试验验证,证明该法取得了较好的效果。

Superpave技术在再生沥青混合料设计中的应用

通过应用Superpave技术对再生沥青混合料设计的研究,探讨了应用Superpave技术和国内常规试验方法对再生沥青胶结料和混合料配合比设计之间的差异,确认了在再生沥青混合料设计中Suerpave设计方法的合理性。

Superpave与马歇尔设计方法对AC-20沥青混合料性能影响试验研究

为了对比Superpave和马歇尔方法所设计的沥青混合料在体积参数、高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等方面的差异,以AC-20沥青混合料为研究对象,以高模量橡胶沥青为胶结料,设计满足工程级配范围和避开Superpave限制区的粗、中、细三个级配。结果发现:Superpave设计方法比马歇尔设计方法可减少0.3%左右的沥青用量;Superpave方法设计的沥青混合料毛体积相对密度比马歇尔方法设计的沥青混合料略大;Superpave方法设计的沥青混合料在高温稳定性和低温抗裂性方面优于马歇尔方法设计的沥青混合料,级配越粗,高温稳定性优异性越大、低温抗裂性优异性越小;Superpave方法和马歇尔方法设计的沥青混合料在水稳定性方面差别不大。

基于路用性能的热再生沥青混合料RAP掺量研究

为解决沥青路面热再生技术中RAP掺量受限,提高沥青混合料再生利用效益,对热再生沥青混合料的RAP掺量开展了研究。首先,从试验材料的性能测试着手,严格控制试验材料的质量,对7种不同RAP掺量下再生沥青混合料进行详细的配合比设计;然后通过高温车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、小梁低温弯曲试验和间接拉伸疲劳试验,综合测试不同RAP掺量下AC-20型再生沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和疲劳耐久性等4类路用性能;最后,采用灰色关联度分析方法,确定了RAP掺量与路用性能评价指标之间的关联程度。结果表明:(1)随着RAP掺量的增加,再生沥青混合料的高温性能逐渐提高,水稳、低温和疲劳性能逐渐下降,并且其高温、低温和水稳性能的评价指标均在30%~40%的RAP掺量范围内加速变化,而疲劳性能的评价指标在40%~50%RAP掺量范围内加速变化;(2)灰色关联度分析显示RAP掺量与再生沥青混合料的动稳定度联系最为紧密,因此其高温性能对RAP掺量变化最为敏感;(3)根据再生沥青混合料路用性能评价指标与RAP掺量的灰色关联度分析结果,并结合路用性能随RAP掺量增加的变化规律以及沥青路面结构层功能,综合确定本批AC-20型再生沥青混合料中RAP合理掺量范围为35%~40%。

温拌SBS改性再生沥青混合料的路用性能研究

为研究再生SBS改性沥青混合料(RAP)掺量和温拌剂种类对温拌SBS改性再生沥青混合料的路用性能的影响,通过车辙试验、小梁弯曲试验和冻融劈裂试验分析了在RAP掺量为0,10%,30%,50%,Sasobit温拌剂掺量为3.0%和Evotherm温拌剂掺量为2.0%的温拌SBS改性再生沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳性能,并通过灰色关联度分析RAP掺量对两种温拌再生沥青混合料路用性能的影响。结果表明,RAP的掺入可以极大地改善温拌再生沥青混合料的高温性能,但不利于其低温抗裂性能和水稳定性能。不同RAP掺量的沥青混合料对各项路用性能影响程度大小排序均为:水稳定性能<低温抗裂性能<高温稳定性能。在RAP掺量为30%时,掺入Evotherm温拌剂的再生沥青混合料的高温性能、低温抗裂性能、水稳定性能优于掺入Sasobit温拌剂的再生沥青混合料。

基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究

内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。研究-10℃时不同RAP掺量(0、25%、50%、75%、100%,质量分数)对再生沥青混合料SCB试件应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)的影响。研究结果表明:无RAP掺入的SCB试件具有较好的断裂性能;随着RAP掺量增大,应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)均减小,表明RAP的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能;采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致;相比于集料同分布模型,集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大,表明集料分布状态对开裂结果有一定影响;当计算样本足够多时,这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致,可有效评价再生沥青混合料断裂性能。

再生沥青混合料拌和均匀性识别与机理分析

为探究再生沥青混合料(RAP)拌和过程中的均匀性特征变化规律,考虑拌和时间和RAP料老化程度因素,选择二氧化钛粉末作为RAP料示踪剂,在实验室内制备掺有质量分数40%RAP料的再生沥青混合料,并建立均匀性指标评价再生沥青混合料均匀性特征.通过计算机断层扫描技术(CT)获取沥青混合料数字图像,并对图像进行基于Mimics软件的组分识别,最终建立关于组分和结团的均匀性评价体系.结果表明:粗集料分布情况对混合料拌和均匀性的影响最大,其次是沥青和孔隙分布情况;延长搅拌时间有利于提高再生沥青混合料的拌和均匀性,然而拌和过程中形成的新结团又会阻碍拌和均匀性的改善.考虑组分和结团的均匀性评价体系可以有效揭示再生沥青混合料拌和均匀性特征变化规律,为建设高质量再生沥青路面提供参考.

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。

不同RAP掺量下热再生沥青混合料性能衰变规律

本文采用自主研发的全寿命分析仪对沥青混合料分别进行0、4、8、12个月的模拟老化,采用冻融劈裂试验、动态蠕变试验和半圆弯曲试验,研究不同RAP掺量下热再生沥青混合料长期老化后各项性能的衰变规律.结果表明:在12个月模拟老化后,RAP掺量为30%时沥青混合料的流变次数达到最大,RAP掺量的提高使得TSR衰减幅度变大且断裂能下降.50%RAP掺量时再生料TSR衰减幅度比新拌料大7.9%,流变次数和断裂能较新拌料分别减少38.6%和61.7%.长期老化作用下RAP掺量对沥青混合料疲劳寿命衰减的影响不明显,但会降低其应力敏感性.

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。

基于热再生沥青混合料的半柔性路面材料性能研究

对热再生沥青混合料半柔性路面材料进行相关性能研究,运用CAVF法设计出具有单一粒径(9.5~13.2 mm)且空隙率为28%的母体混合料,通过沥青析漏和混合料飞散试验确定其母体混合料最佳沥青用量,并试验确定再生剂最佳掺量;最后通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验、车辙试验及劈裂疲劳试验等,分析评价不同RAP掺量再生半柔性路面材料性能,结果表明,半柔性路面材料性能优异,虽伴随RAP料掺量的增加,其疲劳性能、高温性能、低温性能及灌浆率有所下降,但都符合现行规范相关要求。控制好RAP料的掺量,热再生沥青混合料半柔性路面材料具有良好的灌浆率、优异的高温稳定性、水稳定性及抗疲劳性能,能够满足道路在重载交通和夏季高温等情况的使用要求。

回收料掺量对热再生沥青混合料路用性能的影响

选取10%、30%、50%三个回收料掺量制备AC-16热再生沥青混合料,通过试验测试其稳定度、动稳定度、最大弯拉应变、冻融劈裂强度比、汉堡车辙剥落点等高温、低温、水稳、抗老化等路用性能,并与相同级配全新混合料路用性能进行对比,分析不同回收料掺量条件下热再生沥青混合料路用性能变化的规律。结果表明,随回收料掺量增加,热再生沥青混合料高温性能逐渐提高,低温性能逐渐降低,水稳性能先提高后降低。在保证良好路用性能的基础上兼顾经济因素和环保效益,推荐热再生沥青混合料回收料最佳掺量为30%左右。

水反应型全比例冷再生沥青混合料的路用性能研究

针对常规热拌再生沥青混合料应用时工序繁杂的问题,采用再生AC-20C矿料级配制备了水反应型全比例冷再生沥青混合料、热拌再生沥青混合料和泡沫沥青再生混合料,并对比了3种再生沥青混合料的性能。研究结果表明:水反应型全比例冷再生沥青混合料的性能优于泡沫沥青再生混合料,接近热拌再生沥青混合料。水反应型全比例冷再生沥青混合料7 d的马歇尔稳定度和动稳定度分别可达9.52 kN、4 228次/mm,其水稳定性能、低温抗裂性能和疲劳耐久性能均满足现行施工技术规范对热拌沥青混凝土的要求。随着时间的推移,反应型稀释剂与固化剂的交联络合反应会持续进行,水反应型全比例冷再生沥青混合料的物理力学性能也会持续增强。

Superpave沥青混合料路用性能

通过试验研究,系统分析了Superpave和SMA沥青混合料的路用性能,包括马歇尔稳定度、水稳定性、低温抗裂性、高温稳定度、疲劳耐久性和抗滑性能,并与密级配沥青混凝土进行了对比分析。结果表明,Superpave和SMA沥青混合料具有较好的路用性能,可以改善沥青路面使用品质,延长使用寿命,具有较好的经济和社会效益,是一种性能优良的沥青路面类型。

SAC及superpave沥青混合料路用性能

通过试验研究 ,系统分析了多碎石沥青混凝土 SAC、superpave沥青混合料和密级配沥青混凝土的路用性能 ,包括马歇尔稳定度 ,水稳定性 ,低温抗裂性 ,高温稳定度 ,疲劳耐久性和抗滑性能。结果表明 ,SAC和 superpave具有较密级配沥青混合料更好的路用性能 ,可以改善沥青路面使用品质 ,延长使用寿命 ,具有较好的经济和社会效益。

沥青混合料Superpave与马歇尔设计方法的比较

以通鲁一级公路沥青混合料设计为依托,对沥青混合料Superpave与马歇尔设计方法进行比较和分析。采用Superpave方法成型旋转压实试件,进行混合料设计,确定混合料级配和沥青用量,再按照确定的级配制作马歇尔试件,获取2种方法的体积指标以进行对比。结果表明,旋转压实得到的试件毛体积密度较大,空隙率和矿料间隙率较小,同样的沥青用量下其沥青饱和度较大。旋转压实较接近实际的现场压实功,能反映公路交通荷载的实际情况,因此应该进一步推广应用。

Superpave沥青混合料低温抗裂性评价方法

采用低温弯曲破坏试验和约束试件温度应力试验,评价了Superpave沥青混合料的低温抗裂性,并对两种试验方法及其评价指标进行对比分析。研究结果表明:约束试件温度应力试验中的冻断温度和转折点温度可以较好的评价Superpave沥青混合料的低温抗裂性;弯曲破坏试验中用弯曲应变能密度作为评价指标可以很好表征Superpave沥青混合料的低温性能,并且与约束试件温度应力试验结果基本吻合。