钢渣矿物组分与沥青黏附的分子模拟和试验研究

为从矿物化学组成层面分析钢渣与沥青的黏附机理,通过建立钢渣典型矿物(C_(3)S、C_(2)S、CaCO_(3)、Ca_(2)Fe_(2)O_(5)、Fe_(2)O_(3))的分子模型,评价了矿物成分、沥青老化和水分对沥青与钢渣相互作用的影响.基于分子动力学模拟和表面自由能理论,通过接触角测量仪和纳米尺度的黏附功揭示了钢渣沥青混合料在沥青老化和水分侵蚀耦合条件下界面黏结性能的演变规律.结果表明:C_(2)S、C_(3)S、Ca_(2)Fe_(2)O_(5)等强碱性矿物相的存在显著提高了钢渣作为集料与沥青的黏结能力,不同矿物相与沥青界面黏附差异主要源于胶质和芳烃,并受到原子电荷和质心距离的双重作用;钢渣的极性在吸附沥青的过程中发挥了关键作用,沥青氧化老化显著增强沥青和钢渣矿物相静电相互作用,强碱矿物质与沥青的黏附更容易受到沥青老化影响,但对水敏感性较低.

宽温度域内沥青路面结构响应规律分析

为研究较宽温度范围内的沥青路面结构实际响应行为,基于RIOHTrack足尺路面试验环道,以落锤式弯沉仪(FWD)作为试验荷载,选择半刚性基层沥青路面和全厚式沥青路面作为研究对象,对两种路面结构2017年全年的服役温度和结构响应进行同步跟踪观测,得到了宽温度域内沥青路面结构响应基本规律,建立了温度与弯沉、温度与应变、温度与应力之间的关系模型,分析了结构内部应变、应力沿深度方向的分布特征.结果表明:温度对弯沉、应变和应力响应具有显著影响,随着季节变化,宽温度域内的沥青路面结构响应数值会出现以年为周期的循环交替变化,冬季时结构响应数值小、夏季时结构响应数值大;可采用指数函数模型描述温度与结构响应参数的相关关系,决定系数R^2可达到0.95以上,相关性好;宽温度域内,温度变化除引起结构内部应变或应力数值的单调增减以外,还会改变应变方向.在路面结构计算中,宜选择最不利季节时的温度验算沥青混凝土层的受力状态,以保证结构安全性.

天然红土粒料矿物组成及其对工程性能影响分析

针对目前天然红土粒料因矿物组成对工程性能影响不明确,而导致红土粒料物理、力学性质认识不全面等问题,选择非洲塞内加尔某高速公路沿线7种天然红土粒料,通过矿物组成分析、工程性能试验及其在路面基层材料中的路用性能评价,研究了红土粒料矿物组成与物理、力学等工程性能的相关关系。结果表明:高岭石、石英、褐铁矿、纤磷钙铝石等矿物是天然红土粒料的主要组成成分,且不同产地红土粒料的矿物组成差异较大,从而导致表观特征和工程特性差异显著;红土粒料的矿物组成对界限含水率具有明显影响,红土粒料液限随着高岭石和石英总含量的增加,呈先增大后减小的二次曲线变化;红土粒料中的石英含量以及高岭石与石英的总含量,对红土粒料的重型击实试验都具有较为明显的影响;水泥稳定以后,石英和褐铁矿含量较高的红土粒料,因矿物结晶程度较高,其强度和硬度明显高于纤磷钙铝石含量高的发白红土粒料;矿物晶格结构越不稳定、材料的工程性能越差。

非洲贝壳土的工程性质及应用建议

为了探明非洲贝壳土的工程性质、提出其在公路建设中的合理使用方案,依托塞内加尔某规划中的高速公路项目,对沿线贝壳土开展了试验研究,分析颗粒组成、物理性质、化学性质、工程性质、力学性质和盐渍性,根据法国标准中的方法进行土质分类,给出用于路基填筑的应用建议方案。结果表明:研究的贝壳土由粒径为1~40 mm的粗粒组分、粒径为0.5~1 mm的贝壳与砂混合物、粒径小于0.5 mm的砂土3部分组成,质量百分比分别为14%、5%、81%,具有一定的工程级配,可归类为粒料类材料;贝壳土中的粗粒组分、贝壳与砂混合物,材质坚硬,力学强度高,RCBR(加州承载比)远高于砂土;贝壳土中砂土的塑性指数仅为4,塑性较低,主要化学组分为石英,含有少量石盐,具有一定的盐碱性;贝壳土的全盐量为0.73%,可判定为氯盐渍土,盐渍化程度为中盐渍土;根据法标土质分类方法,可将塞内加尔产贝壳土划分为A1ts类,采取相应措施后可作为规划中高速公路的路基填筑材料。

利用kNN方法的沥青路面平整度智能检测

路面平整度是路面性能的主要技术指标之一,其准确、快速检测对于路面养护、维修和管理具有重要意义。文中利用自主开发的智能手机App采集行车状态等相关数据,开展了实际道路的行车试验,采集了振动加速度、车速等行车数据,研究了利用行车数据检测路面平整度IRI的可行性。本文中提出了以合成振动加速度作为行车振动加速度指标的方法,建立了归一化的kNN特征向量空间。研究结果表明:文中提出的方法技术简便、易于应用,提升了利用智能手机检测路面平整度IRI的检测精度,IRI检测绝对评价准确率达到78%以上,而考虑相邻评价后的相对准确率达到96%以上,可以满足道路路网中路面平整度IRI的实时检测和监测要求,在提高路面平整度IRI检测的针对性、减少路面性能总体检测量方面具有应用前景,可为路网路面的养护决策和管理提供宏观指导。

基于材料非线性的沥青路面结构当量力学分析方法

针对目前沥青路面结构分析中存在的线弹性层状体系假设无法描述材料非线性特性以及结构层模量取值不合理等问题,为了寻找更加符合路面结构非线性服役行为的沥青路面结构分析方法,将材料非线性与层状体系相结合,研究3种典型路面材料模量依赖模型,建立材料模量与结构模量跨越的联系机制,提出了一种基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法,并通过足尺环道实测应变结果对方法的可靠性进行了验证。研究结果表明:基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法,其计算结果与足尺环道实测结果之间具有良好的相关性,方法可靠、合理,可以作为沥青路面非线性分析的一种计算手段;基于材料非线性原理构建的沥青混合料、半刚性材料和路基土的模量依赖模型,可以用于表征路面结构计算中的材料非线性特性;采用Mises等效应力可作为室内单一应力状态和现场复杂应力状态的联系机制,以协调室内试验模式和现场实际受力状态;当路面结构形式、荷载与环境条件确定时,路面结构的力学响应具有唯一性。所提出的当量计算方法一方面获得了一种确定路面材料回弹模量取值的有效技术途径,另一方面改进了沥青路面结构力学分析的合理性和可靠性,在非线性沥青路面分析理论和计算方法等方面具有一定的学术意义和应用价值。