透水沥青混凝土PAC-13在高速公路中的应用研究

为提高广州新白云国际机场第二高速的使用性能,采用一种开级配骨架空隙型结构沥青混合料,即透水沥青混凝土PAC-13。文章对透水沥青混凝土PAC-13进行了材料比选、配比设计优化、路用性能验证、实体工程铺装和检测,对其作为上层铺装的应用效果进行了研究。选用高粘性改性沥青并进行级配优化设计,确定透水沥青混凝土PAC-13的最佳配比,确定沥青最佳用量为4.5%。设计的透水沥青混凝土上层PAC-13经过高温性能、水稳性能和抗滑性能等试验验证,认为其路用性能优越。广州新白云国际机场第二高速公路工程试验段结果表明,采用4cm透水沥青混凝土上面层PAC-13的路用性能满足相关规范和设计文件要求,具有推广应用价值。

Mechanical Properties of Sustainable,Self-healing Porous Asphalt Concrete

Long lifetime sustainable porous asphalt concrete containing steel fibers was designed. The material is self healing in such a sense that some external stimulus is needed in the form of heating by induction energy. Steel wool was added to porous asphalt concrete to enhance its electrical conductivity and induction heating was applied to increase the temperature to heal the micro-cracks and repair the bonding between aggregate and binder. The main purpose of this paper is to examine the mechanical properties of this sustainable porous asphalt concrete including indirect tensile strength,work of fracture,particle loss resistance and water sensitivity. It is found that adding steel fibers to porous asphalt concrete to increase the healing performance also can improve its overall mechanical properties.

高黏改性沥青砂浆粘结强度多层次表征及其与多孔混合料破坏形式的关联研究

多孔沥青混合料的粘聚粘附破坏主要发生在沥青砂浆位置,然而现阶段针对其内部沥青砂浆的粘附粘聚力的表征尚存空白。因此,以沥青粘结强度(BBS)试验为基础,设计可用于砂浆和胶浆的粘结强度(MBBS)试验,对基质沥青、SBS改性沥青和高黏改性沥青的多层次粘结强度和相应多孔沥青混合料在不同条件下的破坏形式进行研究。试验结果分析表明,MBBS试验可较好地表征不同改性沥青砂浆的粘结粘聚强度特征;多孔沥青混合料的劈裂强度和飞散损失指标与其砂浆/胶浆的粘结粘聚强度指标之间具有很强的相关性,使用MBBS试验表征得到的粘结粘聚强度与混合料的强度以及混合料在不同水损害条件下的耐久性有着较好的关联性。高温条件下多孔混合料的主要破坏形式是胶浆与沥青的粘结破坏;而在中低温条件下,多孔沥青混合料短期和长期浸水的破坏形式分别为砂浆的粘聚破坏和沥青-集料的粘结破坏。研究成果在砂浆/胶浆尺度的视角下深入分析多孔沥青混合料粘附粘聚破坏机理,为多孔沥青路面材料耐久性评价提供新思路。

多孔沥青混合料的空隙堵塞试验研究

通过设计堵塞试验和渗水试验研究了多孔沥青混合料的抗堵塞性能,分析了空隙率、公称最大粒径、级配变化以及堵塞物的粒径大小对混合料空隙堵塞的影响规律,研究了发生堵塞后混合料渗水能力的变化趋势.结果表明:材料组成的不同导致多孔沥青混合料抗堵塞性能的差异,通过增大混合料的空隙率、公称最大粒径以及空隙率相近时采用粗型级配均能不同程度地改善混合料的抗堵塞性能.多孔沥青混合料PAC-13发生堵塞的位置集中在试件最上部的30mm内,粒径1.182.36mm的颗粒是造成混合料表面空隙堵塞的关键粒径,粒径0.150.30mm的颗粒则是造成混合料中上部空隙堵塞的关键粒径.

多孔沥青混合料的疲劳特性试验研究

采用应力控制模式对不同材料组成的多孔沥青混合料进行疲劳试验,分析了空隙率、油石比和浸水状态对混合料疲劳特性的影响,并比较了不同油石比的沥青混合料在不同浸水时间下的疲劳特性差异.结果表明:多孔沥青混合料的抗疲劳性能随空隙率的增大而减小;随着油石比的增大,多孔沥青混合料疲劳寿命的应力敏感性降低,存在着最佳油石比,在最佳油石比下混合料的抗疲劳性能最好;浸水状态对多孔沥青混合料的疲劳特性影响与油石比大小密切相关,当油石比适中或偏大时,浸水3～10d对其疲劳特性影响较小.

基于离散单元方法的多孔沥青混合料级配比选

应用离散单元方法结合PFC2D软件,对多孔沥青混合料的级配进行了评价,建立了细观尺度上的直观离散元数值模型,构建了粗细两种级配的PAC-13多孔沥青混合料骨架结构二维模型,进行了结构稳定性虚拟试验。仿真结果表明,相同空隙率条件下,PAC-13粗型级配的骨架结构比细型级配更稳定,结构承载力和抵抗局部变形的能力更佳。同时进行了相关室内试验的验证,与模拟结果一致,证明了本文方法的有效性。

大空隙沥青混凝土空隙参数与渗透特性相关性

文章研制了一种渗透系数测试仪,该仪器能够测试同一试件的横向渗透系数和竖向渗透系数,采用该仪器测试了不同级配组成和压实程度的大空隙沥青混凝土试件的渗透系数,从而研究了大空隙沥青混凝土体积参数与渗透特性之间的相关关系,研究结果表明:相比于空隙率,连通空隙率与大空隙沥青混凝土渗透特性有更好的相关性,其中连通空隙率与横向渗透系数相关性最好;减少细集料的用量将增加大空隙沥青混凝土的空隙率改善渗透性能,但改善效果逐渐减弱;压实程度对连通空隙率和横向渗透系数的影响更大,欠压会显著增加其渗透特性,超压会略微减弱其渗透特性,大空隙沥青混凝土路面开放交通的早期会因为压密而明显降低其排水功能,后期的影响减弱。

多孔沥青混合料矿料间隙率物理模型的构建

为了解多孔沥青混合料(PAC)的主骨架结构和矿料间隙率,针对多孔沥青混合料的多空隙特点,将所有矿料划分为较大粒径集料(LSA)、主集料(DASR)、干涉集料(PDA)和间隙集料(ICA)四部分,分析主集料形成的主骨架空隙结构,确定各部分集料的粒径范围,并提出了主骨架空隙率的计算方法。基于体积法,考虑ICA的填充作用、PDA的干涉作用和LSA的取代效应,构建PAC混合料矿料间隙率的物理模型,并通过PAC-13和PAC-10击实试验验证该模型预测效果。结果表明:对于DASR形成的主骨架空隙,ICA主要起填充作用;PDA的干涉作用虽然会占据DSAR形成的部分骨架空隙,但一定程度上也会增大主骨架的空隙;粒径较大的LSA取代部分DASR后也会使得主骨架的空隙率有所增大;对于DASR形成的主骨架空隙率,LSA、PDA和ICA对矿料间隙率的影响具有不同的方向性;在PAC级配设计初始阶段,无需制作混合料试件,仅依据级配曲线确定四组分集料的分界粒径即可预估相应的矿料间隙率,方便确定最佳级配,在很大程度上减少了PAC混合料配合比设计的试验量。综上,所建模型具有合理性和有效性,有较好预测效果。

新型钢箱梁桥面抗推移铺装材料试验研究

提出了一种新型的环氧树脂灌入式多孔隙沥青混凝土抗推移铺装方案.对环氧树脂灌浆料的经时黏度、初凝时间、收缩率、固化后的抗压、抗折强度进行综合分析,确定了环氧树脂灌浆料的最优配合比;测定了环氧树脂灌入后沥青混凝土的马歇尔稳定度、动稳定度、灌注密实度、低温弯曲性能以及耐老化性能;通过垂直剪切试验评价了该方案中铺装层材料与钢板组合结构的抗推移能力;同时,组合结构疲劳性能与其他铺装方案的对比分析表明,环氧树脂灌入式多孔隙沥青混凝土铺装层与钢板的随从变形性能较好.

空隙率对透水沥青混合料路用性能的影响研究

透水沥青混合料(Permeable Asphalt Conerete,PAC)具有良好的排水性能和抗滑性能,可以吸收路面噪声,因此被广泛应用于城市道路,但其较高的空隙率可能影响路用性能。通过对不同空隙率(18%、20%、22%和24%)的混合料进行试验,观察空隙率对路用性能的影响。结果表明:当空隙率为20%时,PAC混合料具有最大的渗水系数,其动稳定度达到最大值,抗开裂性能最优;随着空隙率的增大,PAC混合料的飞散损失值增大,间接拉伸强度比逐渐降低;当冻融循环次数增多时,混合料的间接拉伸强度比下降明显。

基于多物理场间接拉伸试验的多孔沥青混凝土水稳定性

由于多孔沥青混凝土(PAC)的大孔隙结构和应用环境,目前评价水稳定性能的试验方法和指标较为单一。通过自行研发的多物理场环境箱模拟了不同的降雨阶段,并采用间接拉伸强度试验和间接拉伸疲劳试验评价和研究了PAC的水稳定性能及其破坏过程。与传统水稳定性试验方法相比,采用多物理场间接拉伸评价饱和状态下PAC的水稳定性能具有更好的合理性。在此基础上,进一步采用高温浸水和冻融循环作用加速水损害,发现随着高温浸水时间的增长和冻融循环次数的增加,PAC的水稳定性不断降低,特别是当冻融循环次数达到6次或者高温浸水时间达到6 d时,PAC的水稳定性能显著降低,因此冻融循环次数达到6次或者高温浸水时间达到6 d可作为评价PAC长期水损害的试验条件。此外,本研究基于强度和间接拉伸回弹模量提出了水稳定性能损伤变量,发现损伤变量与剩余疲劳寿命之间具有较好的相关性,因此该损伤变量可用于评价和预测PAC的水稳定性。

多序列重复加载试验表征排水沥青路面抗永久变形能力

考虑到实际排水沥青路面全厚度结构的温度场和交通荷载轴载作用,提出一种改进的多序列重复加载实验方法。研究表明可通过对复合流变次数、第二阶段蠕变发展速率及敏感性曲线进行分析,评价不同排水沥青路面结构的高温抗永久变形能力。根据不同路面结构的复合流变次数和第二阶段蠕变发展速率,高温抗变形的能力由劣到优依次为三层排水路面、双层排水路面、单层排水路面;根据敏感性曲线分析,单层排水路面对重载交通敏感性较小,而双层和三层排水路面对重载交通具有显著的敏感性;添加纤维的单层排水沥青路面高温性能和传统密级配路面结构相当。通过对不同排水性路面的累计标准轴载作用次数分析表明,单层排水路面可用于重交通等级的道路,双层和三层排水路面更适用于中等交通等级的道路。

多孔沥青混凝土多场动态蠕变过程的细观表征

为了研究多孔沥青混凝土(PAC)高温蠕变的细观退化过程,采用多物理场动态蠕变试验和图像分析方法研究多孔沥青混凝土蠕变过程的细观结构变化,表征了多孔沥青混凝土内部空隙在蠕变3个阶段中的变化规律。结果表明:PAC空隙率和连通空隙率在多物理场动态蠕变第一阶段显著减小,直径介于1 mm和5 mm之间的空隙比例上升,其余空隙比例减小,降雨中条件下PAC空隙的压密程度比干燥条件下要更大;多物理场动态蠕变第二阶段中,PAC空隙率和连通空隙率增大,空隙数量整体上升,部分直径介于1 mm和5 mm之间的空隙被压密成直径小于1 mm的空隙;在第三阶段,PAC破坏时空隙率和连通空隙率继续增大,直径小于1 mm的空隙占比持续上升,试件上部空隙数量减小而中部空隙数量增大,在试验结束时出现压剪破坏。

多孔沥青混合料级配与骨架强度关系

通过骨架贯入试验,对多孔沥青混合料(PAC)骨架强度与不同筛孔通过率之间的关系进行了研究。并得出如下结论:(1)2.36~4.75 mm粒径大小的石料会为PAC-13混合料提供一部分骨架强度,因此混合料2.36mm通过率越高,混合料骨架强度越小;(2)4.75 mm通过率对PAC-13混合料骨架强度影响不大;(3)对多孔沥青混合料骨架强度具有最大影响的筛孔是9.5 mm筛孔,多孔沥青混合料骨架强度会随9.5 mm通过率的增长呈现出先增加后减小的趋势。骨架强度与高温稳定性具有较好的相关性,因此可以根据上述试验结果,对PAC-13设计级配范围进行改进。