Low Temperature Performance Prediction Model of Cold-Filled SMA-13 Asphalt Mixture

Sets of cold-filled SMA-13 asphalt mixture were designed by means of orthogonal design method. The bending and low temperature creep tests of the cold-filled SMA-13 asphalt mixture were carried out. The related models of the fractal dimension and the road performance evaluation index including low temperature bending failure strain εB and bending strength RB are established by using fractal theory. The model can be used to predict the low temperature performance of cold-filled SMA-13 asphalt mixture according to the design gradation, which can reduce the test workload and improve the working efficiency, so as to provide the reference for engineering design.

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。

高寒大温差条件下玄武岩纤维沥青混合料低温性能研究

本研究基于低温弯曲实验、冻融劈裂实验和约束试件温度应力实验,模拟北方高寒地域环境纤维沥青混合料的低温耐受性,探究了沥青种类、玄武岩纤维长度和直径对沥青混合料低温性能的影响规律。研究结果表明:在高寒大温差条件下,沥青种类对沥青混合料低温性能具有显著影响,其中SBS改性沥青>70#基质沥青;在相同纤维掺量下,三种直径的玄武岩纤维对AC-13混合料低温性能的改善作用为7μm>16μm>25μm;三种长度(3 mm、6 mm、12 mm)的玄武岩纤维对AC-13混合料的性能改善呈先增后减趋势,6 mm长度的纤维对低温性能改善效果最佳。该研究成果可为玄武岩纤维在寒冷地区道路上的应用提供实验参考,也可作为教学案例应用于土木工程领域研究生课程,用来研究高寒地区道路工程路面材料的特殊设计需求。

泡沫沥青冷再生混合料最佳沥青用量设计

结合泡沫沥青冷再生混合料的室内试验,探讨确定泡沫沥青再生混合料最佳沥青用量的方法和最佳油石比。采用干劈裂强度、湿劈裂强度、干湿劈裂强度比、冻融劈裂强度比、马歇尔稳定度和浸水马歇尔残留稳定度进行综合性能分析,获得最佳沥青用量。

冷拌环氧沥青及其混合料性能研究进展

由于独特的三维交联网络结构和特殊的官能团,环氧沥青具有良好的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性和使用寿命。冷拌环氧沥青在不牺牲环氧沥青材料性能的前提下,在降低能源消耗、减少温室气体排放和可加工性方面显示出许多优势。对冷拌环氧沥青的技术研究进行了综述,介绍了冷拌环氧沥青的基本组成及复合机理,包括其固化反应过程和三维交联网络的形成,详细阐述了冷拌环氧沥青及其混合料的各项性能与环氧树脂、添加剂、改性剂和热氧老化等因素的关联性。总结并展望了冷拌环氧沥青及其混合料在性能方面的优点以及未来研究方向,推动冷拌沥青混合料的相关研究和实际路面应用。

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%。

寒区沥青混合料阻裂性能研究进展

从材料研究与路面结构设计等角度综述了沥青及沥青混合料的低温性能研究进展,以沥青低温性能评价、沥青混合料低温性能评价及混合料低温性能仿真模拟评价三个角度介绍了近年来国内外针对沥青及沥青混合料的低温性能评价研究。认为应在材料研究、路面设计的基础上对高寒、大温差地区的路面低温性能展开探索;建立同高寒、大温差气候条件相适应的耐久性路面低温性能评价指标;并同时从力学仿真模拟领域入手,对沥青混合料的抗裂力学性能变化趋势进行深入研究。

冷拌冷铺橡胶沥青混合料路用性能与碳排放研究

基于室内试验和实体工程对冷拌冷铺橡胶沥青混合料进行研究。结果表明,冷拌橡胶沥青混合料马歇尔稳定度、车辙动稳定度大于热拌密级配沥青碎石,但残留稳定度略低于热拌混合料,其高温、水稳性满足高速公路中、下面层技术要求。此外,冷拌橡胶沥青碎石施工总碳排放为2970.77kg/(1000m^(2)),主要为运输和摊铺碾压阶段所致,占总排放的47.1%、51.9%;热拌沥青碎石总碳排放为6151.80kg/(1000m^(2)),主要来自于碎石和沥青加热,运输、摊铺及碾压机械消耗燃油。热拌混合料碳排放约为冷拌混合料的2倍,说明冷拌橡胶沥青混合料可大大减少碳排放。

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。

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。

冷拌冷铺沥青混合料在高速公路施工中的应用

为研究冷拌冷铺沥青混合料在高速公路工程中的应用,论文结合实际工程,详细介绍了冷拌冷铺沥青混合料的作用机理,阐述了冷拌冷铺沥青混合料原材料设计及级配设计,重点对冷拌冷铺沥青混合料施工技术要点进行研究。

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。

泡沫沥青厂拌冷再生混合料在G228国道的应用

泡沫沥青厂拌冷再生技术具有环保性强、造价低的特点,同时具有抗车辙强、高温稳定性好等优点,阐述了该技术的应用情况,通过对研究项目路面病害的检测及路面、路基状态的分析,并从原材料配合比、沥青发泡特性、最佳含水量、沥青用量、改造后路况检测等方面进行了研究探讨,使用该技术改造后的路面使用状况良好,发展前景十分广阔。

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。

机场道面冷拌环氧沥青研发及性能研究

沥青路面新材料的开发为提高机场道面使用性能提供了思路,其中环氧沥青近年来被逐步开发研究,其表现出了良好的使用性能。目前环氧沥青混合料多采用高温拌和,难以满足机场道面工程的不停航施工和环保性要求,冷拌环氧沥青混合料能较好地解决上述问题。因此,从冷拌环氧沥青的制备原理出发,基于对固化时间、力学性能、变形能力和容留时间等影响因素的探究,确定了冷拌环氧沥青各组分的种类和配比,自主研发了一种拉伸强度为2.78 MPa、断裂伸长率为58.61%的新型冷拌环氧沥青材料,并对使用该冷拌环氧沥青制成的沥青混合料性能进行了测试,发现该冷拌环氧沥青混合料的高温稳定性、低温变形能力以及水稳定性都较好,均满足机场道面使用要求,可以在机场道面修补工程中推广应用。

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。

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。