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。

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。

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。

再生剂对乳化沥青冷再生混合料性能影响的试验研究

乳化沥青冷再生混合料存在水稳定性和抗裂性不足的缺陷,限制了其在工程中的应用范围。为了克服这种缺陷,研究了再生剂对乳化沥青冷再生路用性能的影响。考虑到再生剂对新沥青的不利影响,采用了再生剂与废旧沥青路面材料预再生的处理方式,并研究了预再生时间的影响。结果表明:再生剂较大幅提高了乳化沥青冷再生的水稳定性和抗裂性,添加再生剂的冷再生混合料劈裂强度最大为0.87 MPa,破坏应变值最大为8.26‰,冻融前后的劈裂强度最高分别为0.71 MPa和0.57 MPa,相比于基准的冷再生混合料分别提升了10%,117%,18.46%,27.25%;虽然再生剂软化了老化沥青,但其仍然有足够的抗车辙能力;在合适的预再生时间下,乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度、破坏应变、冻融劈裂强度比均大于直接添加再生剂的混合料;再生剂的作用机理主要是恢复了老化沥青性质,且提高了乳化沥青和水对再生沥青路面的润湿性,从而大幅改善了乳化沥青胶浆与再生沥青路面之间的界面黏结状态;再生剂大幅提升了冷再生混合料的水稳定性、抗裂性及劈裂强度,推荐预再生时间为5 d。

沥青路面全深式水泥稳定冷再生混合料性能研究

在半刚性基层沥青路面结构性养护设计中,将基层旧料和沥青路面旧料混合冷再生作为一种低碳工程技术。为探讨冷再生基层旧料和沥青路面旧料的不同比例混合料强度规律,本文以现场取回的沥青层RAP料和基层RBM料为原材料,在调查面层和基层料比例的基础上,就沥青混合料强度进行研究。选择了三种面层和基层混合料比例,以五种水泥掺量占比进行不同种类混合料的无侧限抗压强度试验,得出了其抗压强度的规律。综合考虑混合料强度与稳定性、经济性,采用33∶67的面基层用料比例较优;水泥掺量在5%~8%时随着水泥用量的增加再生混合料的强度增长较快,建议水泥掺量大于5%。

不同养生龄期下VAE改性乳化沥青冷再生混合料的路用性能

乳化沥青冷再生技术应用于道路工程时,常因养生龄期的限制和冷再生混合料自身水稳定性不足导致出现各种路面病害。以提高冷再生混合料的水稳定性为出发点,采用一种新型的改性剂醋酸乙烯-乙烯共聚物(VAE)对乳化沥青进行改性;探究VAE改性乳化沥青冷再生混合料在较长养生期间其路用性能的变化规律,以普通乳化沥青冷再生混合料为参照,采用干湿劈裂试验、冻融劈裂试验、20℃肯塔堡飞散试验、车辙试验和-10℃弯曲试验综合分析VAE改性乳化沥青冷再生混合料的路用性能,并从微观角度分析VAE改性乳化沥青冷再生混合料性能提升的机理。试验与分析结果表明:养生3~7 d是乳化沥青冷再生混合料发育形成强度的关键阶段;无论从水稳定性、抗剥落性方面还是高低温性能方面,VAE改性乳化沥青混合料的各项性能均优于普通乳化沥青冷再生混合料,具有推广应用价值。

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能及机理分析

乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳开裂性能会影响沥青路面结构层整体服役寿命。为了评价不同增强方式下乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳性能,以普通乳化沥青、外掺玄武岩纤维和SBR改性乳化沥青这3种冷再生混合料为研究对象,开展了乳化沥青冷再生混合料中梁试件的四点弯曲疲劳试验,建立了3种乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳方程,揭示了疲劳过程中动态弯拉模量和累积耗散能的演化规律。采用扫描电镜试验获取了乳化沥青冷再生混合料疲劳破坏界面的微观形貌。试验结果表明:动态弯拉模量衰减至初始模量的70%~80%即可能发生断裂。动态弯曲劲度模量比κ越小、累积耗散能越大,疲劳性能越好。SBR改性乳化沥青和外掺玄武岩纤维均可以改善乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能。SEM试验揭示了乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能增强机理。研究成果可为乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能提升及其耐久性设计提供参考。

100%RAP的废机油-乳化沥青冷再生沥青及混合料性能试验

基于100%RAP再生率,采用废机油预润再生老化沥青,并对其进行三大指标和红外光谱试验,同时对其混合料进行干湿劈裂试验、冻融试验及马歇尔稳定度试验,以评价其力学及水稳性能。试验结果表明:废机油可以在三大指标上使老化沥青接近新沥青,但掺量过高会导致软化点过低,使冷再生混合料性能降低;红外光谱表明废机油具有降低亚砜基和羰基极性官能团指数的作用;经过废机油预润再生后,RAP表面老化沥青初步激活,与乳化沥青更好的粘结,可提高混合料的强度及水稳性能;废机油掺量为10%的乳化沥青再生混合料性能较差,这与废机油过量有关。

改性乳化沥青冷再生技术及设备改进分析

在我国经济建设稳步推进的背景下,交通运输线路肩负着重要的功能作用,为解决路面损坏的问题,缓解其对于出行与运输安全造成的阻碍,该文提出改性乳化沥青冷再生技术的应用,其作为一种新型的路面翻修施工技术具有显著的优势。通过对改性乳化沥青冷再生技术的分析,对该技术工艺与设备进行全面了解,由此得出改性乳化沥青冷再生技术及设备改进具体性能结论,为沥青路面施工创造出更好的经济效益。

乳化沥青冷再生混合料断裂性能试验研究

乳化沥青冷再生沥青路面的开裂问题是制约其大规模推广使用的主要原因之一。为了研究冷再生沥青混合料断裂性能的评价指标及抗裂性能提升措施,以普通乳化沥青、外掺玄武岩纤维和SBR改性乳化沥青3种冷再生混合料为研究对象,开展了有预制裂缝中梁的四点弯曲强度试验及其断裂过程的声发射测试;以应变能释放速率、应力强度因子和声发射测试中所采集的能量及振铃计数‒撞击数等参数为评价指标,对比分析了3种不同乳化沥青冷再生混合料的断裂性能。试验结果表明:使用SBR改性乳化沥青和外掺玄武岩纤维均对乳化沥青冷再生混合料的抗断裂性能有较为显著的提升,且相比于使用SBR改性乳化沥青,外掺玄武岩纤维更为有效。振铃计数和撞击数参数可以较好地描述材料的断裂特征,声发射试验结果与断裂力学参数计算结果满足较好的线性相关性。声发射信号参数能够很好地描述乳化沥青冷再生混合料在四点弯曲试验中的断裂特征。

高RAP掺量SBS改性乳化沥青冷再生混合料的性能影响因素研究

为了改善高RAP掺量带来的冷再生混合料性能下降问题,研究了采用SBS改性乳化沥青作为再生沥青的冷再生混合料的设计及其性能。设计并制备了不同RAP掺量的冷再生混合料,并研究了水泥掺量、沥青用量、养护方式等因素对混合料力学强度、高温稳定性和抗水损害能力的影响规律。试验结果表明,在冷再生混合料设计中,RAP掺量越高,最佳含水量越高,最佳乳化沥青掺量越低。尽管RAP掺量的增加会导致混合料力学强度和高温性能的降低,但掺量在88%以内的冷再生混合料的各项性能均能满足再生规范要求,证明SBS改性乳化沥青有效改善了高RAP掺量下冷再生混合料性能不足的问题。水泥含量的增加会提高冷再生混合料的强度和耐久性,而沥青用量的增加使混合料的各项性能先提高后降低。

冷拌冷铺乳化沥青混合料压实时机确定方法室内模拟研究

冷拌冷铺乳化沥青混合料的强度形成受多种因素的影响,导致其压实时机难以把握,而现行规范中缺少冷拌冷铺乳化沥青混合料压实时机的判定标准,制约了该材料的推广应用。为此,对冷拌冷铺乳化沥青混合料压实时机的确定方法和判据开展室内模拟研究。首先,通过室内试验建立了乳化沥青混合料劈裂强度、高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性与试件成型时机的关系方程,相关性分析表明,劈裂强度与高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性之间的相关性极显著,可以用劈裂强度作为代表性指标来确定压实时机。在此基础上,以路用性能满足热拌改性沥青混合料的规范要求为判据,确定了乳化沥青混合料压实时机的判定指标和标准,即判定指标为劈裂强度,判定标准为劈裂强度Q≥0.69 MPa。该成果对乳化沥青混合料压实时机的确定具有参考价值。

乳化沥青冷再生路面研究进展:材料特性、组成设计及性能评价

乳化沥青冷再生技术在常温下利用沥青路面回收料,实现节能减排、资源集约和可持续发展目标,是目前的热门绿色低碳道路建设技术之一。目前工程中回收料利用率一般低于40%,加之冷再生材料早期强度形成慢、初期强度不足,显著影响其性能与工程应用。如何提高回收料利用率、加速早期强度形成成为研究的关键问题。目前研究主要包括材料特性、组成设计和性能评价三大主要方向。在材料方面,道路回收料主要聚焦表面老化沥青活性、颗粒特性、再生剂使用后组分变化等细微观研究,尚未实现工程中道路回收料的高掺量大规模应用;乳化沥青的改性类型、黏度、用量能显著改善冷再生混合料的力学与路用性能,乳化沥青的固化进程决定冷再生混合料强度形成速度。在组成设计方面,回收料级配显著影响材料骨架结构和性能,目前聚焦关键孔径作用、级配改善、材料体积指标等方面的研究,同时现行主流材料成型方法与实际工程存在较大差异,旋转压实法更为贴近实际工程状态,但在旋转参数、成型指标等方面尚未形成统一定论。在性能方面,道路回收料的使用提高了冷再生混合料的高温性能和低频率作用下的疲劳性能,但水泥的使用增强了材料的低温脆性,沥青性能满足使用需求时,应当降低水泥掺量。此外,目前在早期强度形成机理、改善手段方面的研究不足,应加强乳化沥青冷再生混合料早期性能研究,以提高工程建设效率。

基于智能颗粒的冷再生混合料压实状态感知

为了更好地揭示压实过程中混合料颗粒间的相互作用,实现优化压实工艺与混合料设计的目的,基于智能颗粒传感装置开展了冷再生沥青混合料室内旋转压实试验。监测混合料在旋转压实过程中的受力、转角及加速度动态响应规律;研究智能颗粒动态响应规律与混合料相对压实度之间的关联性;揭示压实过程中颗粒间的互锁机制,并对混合料的压实状态做出评价。开展了不同粗骨料含量下的冷再生混合料旋转压实试验,研究不同粗骨料含量对压实过程的影响。试验结果表明:旋转压实过程中混合料相对压实度的变化规律与智能颗粒的动态响应有较好的相关性,初步实现旋转压实过程中混合料压实状态的智能感知;与45%和65%粗骨料含量的混合料相比,55%粗骨料含量的混合料更容易达到较高压实度,且在压实过程中的稳定性较高。此外,建立了基于改进的人工神经网络的压实度预测模型,选取智能颗粒实测的x、y方向的相对旋转角和加速度,z方向的接触力及集料在各筛孔的通过率作为模型的输入变量,采用Tensorflow2.0框架构建网络、循环神经网络结构与全连接深度神经网路结构,分别处理序列特征数据与连续特征数据,并通过拼接操作进行数据融合训练。经过600次迭代训练后,网络的损失函数和精度达到了收敛阈值,混合料相对压实度的实测值与预测值拟合直线方差为0.93,结果表明该模型对于混合料的相对压实度具有较好的预测能力。

混杂纤维改性乳化沥青冷再生混合料性能研究

为了提高乳化沥青冷再生混合料(EACRM)的使用性能,选用玄武岩纤维(BF)和聚丙烯纤维(PP)作为混杂纤维进行配比设计,并基于一系列室内试验针对混杂纤维EACRM的力学、路用、抗松散及耐久等性能进行了研究。结果表明:随着纤维掺量的增加,EACRM的力学性能先提高后降低,掺入合理配比及掺量的混杂纤维均能有效提高EACRM的力学性能;与未掺、单掺纤维相比,混杂纤维对EACRM路用性能、抗松散性能以及耐久性能的改善效果更优;m(BF):m(PP)=7:3、总掺量为0.4%的混杂纤维可显著增强EACRM的综合性能,进一步提升其服役质量及使用性能。

不同级配改性乳化沥青混合料的路用性能研究

为探究不同级配条件下乳化沥青混合料的路用性能,文中以AC-13、AC-16乳化沥青混合料为主,对水泥含量为0、1%、2%和3%冷拌冷铺沥青混凝土低温性能、水稳定性能和高温性能差异展开试验分析。结果显示,AC-13和AC-16乳化沥青混合料掺加1%、2%水泥时高温性能良好,水泥掺量提升能够有效改良乳化沥青水稳定性、高温稳定性;同时也会导致混合料低温性能受到不利影响。综合考虑,推荐1.0%~1.5%为水泥最佳掺量。

高层位乳化沥青冷再生混合料水稳定性研究

为了更加真实准确地评价高层位乳化沥青冷再生混合料通车后的抗水损害性能,文中在实体工程路面现场钻取芯样并开展了水稳定性试验。首先在冷再生层成型后1~8 d分别钻取路面芯样,分析了养生时间对劈裂强度的影响;其次以新铺SMA罩面层作为对比,分析了不同类型路面芯样的干湿劈裂强度比和冻融劈裂强度比。结果表明,养生时间对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度的影响显著,分别在养生3 d和7 d达到早期强度的两个稳定期。乳化沥青冷再生层的干湿劈裂强度比和冻融劈裂强度比明显小于新铺SMA罩面层,且存在不达标的情况,水稳定性提升是乳化沥青冷再生混合料用于高层位再生时需重点关注的问题。

地沟油冷再生沥青混合料路用性能研究

将地沟油作为老化沥青再生剂,通过再生沥青三大指标及再生沥青混合料劈裂强度、浸水马歇尔稳定度和四点弯曲疲劳寿命等测试,研究了地沟油对老化沥青再生性能及冷再生混合料路用性能的影响。结果表明:地沟油掺量在15%时再生沥青的性能基本达到70^(#)基质沥青要求;铣刨料掺量相同时,随地沟油掺量增加,冷再生混合料力学性能、低温性能、水稳定性逐渐提高,高温稳定性能降低,疲劳寿命呈先延长后缩短的趋势;地沟油掺量相同时,随铣刨料掺量增加,混合料的力学性能、低温性能、水稳定性降低,高温稳定性能提高,疲劳寿命缩短。

不同类型纤维对乳化沥青冷再生混合料路用性能影响研究

将玄武岩纤维(BF)、聚丙烯纤维(PPF)、聚丙烯腈纤维(PANF)以不同的掺配比例添加至乳化沥青冷再生混合料(EACRM)中进行改性,并分别进行沥青混合料的高温车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及间接拉伸疲劳试验,考察不同纤维类型、掺量对EACRM性能影响规律。结果表明:随着纤维掺量的增加,三种纤维改性EACRM的各指标性能均呈先增大后减小变化;掺入适量的纤维有利于提升EACRM的路用性能及疲劳性能,但纤维过量会对其综合性能有所削弱;推荐BF、PPF、PANF的最佳纤维掺量分别为0.3%、0.2%、0.3%,其中BF改善EACRM的性能效果最佳。

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能分析

为了研究乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能,采用半圆弯曲疲劳试验,以乳化沥青混合料CIR-20试件为对象,深入探讨了不同应力比条件下乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能。研究发现,水泥用量对再生混合料疲劳性能具有显著影响。添加1.5%的水泥能增强乳化沥青冷再生混合料的抗裂强度。在同等应力条件下,水泥的添加对乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能产生负面影响,导致疲劳寿命的减少。相对于热拌沥青混合料,在低应力比(<0.35)下,乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能优于普通热拌沥青混合料;而在高应力比(≥0.35)条件下,其抗疲劳性能则相对较差。