路用蓄盐除冰纤维配比设计及除冰性能确定

为解决道路凝冰问题,基于环保、经济、实用等原则,针对适用于沥青路面主动抗凝冰的蓄盐纤维填料的配合比进行设计,并对其相关性能展开研究。通过基于单纯形重心设计的融冰试验和电导率试验对蓄盐除冰材料配比进行探究,并基于融冰试验和冻粘剪切试验分析其除冰性能。试验结果表明:选用乙酸钠∶乙酸钾∶甲酸钠=7∶2∶1、复合有机盐∶纤维=3∶1为蓄盐纤维各种成分的最佳配合比;在融冰试验中,蓄盐纤维替换率为66%的除冰材料在较高负温下融冰速率能达到1022 g·(h·m 2)-1,表明其融冰性能良好;凝冰后,蓄盐纤维沥青混合料表面冻粘强度比普通沥青混合料下降33%,能够有效降低冻粘强度。基于最佳配合比,新型路用环保蓄盐除冰材料具有良好的融冰能力和除冰降粘功效。

基于CT扫描技术的不同压实度下沥青混合料细观空隙特性研究

【目的】深入了解压实不足对沥青混合料内部空隙细观结构的影响。【方法】以SMA-13试件为对象,通过调整压实次数制备不同压实度的试件。采用计算机断层扫描和图像识别技术精确识别空隙,探究不同压实度下的沥青混合料空隙细观结构特性,包括空隙数量、体积、主轴方向角和配位数。【结果】在沥青混合料成型过程中,受到外部击实功的影响,内部空隙的主轴方向逐渐趋向于稳定状态。此外,随着压实次数的增加,沥青混合料内的大部分空隙逐渐减小,但也存在一些相邻的开口空隙在逐渐结合后形成更大的开口空隙。最终,随着压实程度的提高,空隙的平均配位数减小,导致空隙连通性下降,整体空隙网络的复杂度逐渐减小。【结论】本研究旨在更好地理解不同压实度下沥青混合料空隙结构的细观差异,为沥青混合料的设计、评价和维护提供更为科学的依据。

典型高速公路路线运营油耗模型——以四川雅康高速为例

为建立更精确的高原高速公路路线运营油耗模型,以雅康高速为例,对改装油耗仪的小汽车进行实地油耗测量,并对所得油耗数据进行分析。研究发现:油耗主要与速度和纵坡坡度有关,其中油耗与速度成二次关系,与纵坡大致成正比例关系;1.6 L小排量轿车最佳经济车速约为90 km·h^(-1),雅康高速设计时速为80 km·h^(-1),说明雅康高速设计具有良好的燃油经济性;纵坡率每增加1%,小汽车相应油耗增加约1.4 L·(100km)^(-1)。以此建立油耗与速度成二次关系、与纵坡成一次线性关系的油耗综合模型,通过对比分析,验证该模型具有良好的适用性。

基于黏聚区模型的沥青路面反射裂缝数值模拟

为研究半刚性基层沥青路面反射裂缝的扩展规律,结合ABAQUS有限元软件,采用双线性黏聚区模型模拟了半圆弯曲试验断裂过程,将模拟得到的荷载-线位移曲线与试验结果进行对比以验证黏聚区模型在开裂分析中的适用性,其次使用弹簧单元模拟Winker地基,同时将黏聚区模型应用在沥青路面有限元模型中,研究沥青面层反射裂缝扩展规律。结果表明,双线性黏聚区模型在沥青混凝土开裂过程具有良好适用性;在加载过程中半圆弯曲试件经历了弹性、损伤和断裂3个阶段,荷载峰值为试件达到初始损伤点的7.39倍;损伤单元主要集中在轮印正下方,随着加载位移的不断增加,损伤单元向四周扩展,单元逐步失效形成宏观裂缝;路面结构参数中,基层模量、地基反应模量的增加对面层阻止反射裂缝扩展有利,而面层模量的增加则不利于面层阻止反射裂缝扩展。

基于双螺杆挤出机成型的复合改性剂制备的高黏沥青性能研究

为研究通过双螺杆挤出造粒机成型的复合改性剂性能,文中采用该设备将SBS改性剂、C9石油树脂,以及工业废油3种原料加工成型为颗粒状复合改性剂,旨在探究使用该复合改性剂制备高黏沥青与常规制备方法得到的高黏沥青在性能上的差异。通过进行沥青的三大指标测试、短期老化试验、布氏旋转黏度试验、沥青黏韧性试验及60℃动力黏度试验测试发现,由双螺杆挤出造粒机成型的复合改性剂制备出的高黏沥青性能接近常规制备方法下的高黏沥青,且前者60℃动力黏度值更高,其性能完全满足超薄罩面对高黏沥青的要求。此外,由双螺杆挤出造粒机成型的复合改性剂具有出色的稳定性和储存性;其熔融性能优异,使用此复合改性剂制备高黏沥青可大幅缩短制备过程所需的剪切时间,从而减少大量能耗。

季节性冻土地区隧间路段沥青路面温度场研究

为研究川藏季节性冻土地区冬季隧间路段沥青路面温度场变化规律,基于康定地区的现场温度观测数据,利用有限元仿真软件对隧间钢桥段和路基段进行了温度场分析。分析结果表明,隧间钢桥段和路基段路面结构温度分布特征有所差异;增大风速与考虑太阳辐射均使路面温度场变化幅度变大,风速从0.0 m/s升高到2.0 m/s,钢桥段和路基段路表最低温度分别下降了2.40℃和2.29℃,但温度变化速率随风速的增大而逐渐减小;受日照时间越长,温度振幅越大,但路基段温度受太阳辐射的影响程度明显大于钢桥段;不考虑风速和太阳辐射条件下,在h=0 cm处钢桥段比路基段最低温度小0.44℃,因此在冬季更易发生结冰现象。相关研究结论为类似工程提供了参考。

基于GBDT的沥青路面抗滑性能感知模型研究

为了克服接触式路面抗滑性能测试方法适用范围局限、稳定性与可重复性较差的缺陷,文章通过非接触式三维激光扫描技术建立沥青路面抗滑性能梯度提升决策树(GBDT)感知模型。研究选取巴通万高速公路上的12个测试站点,收集了216组原始数据,对路面三维纹理数据进行面积分层,并提取宏微观纹理指标。然后将不同面积占比下的宏微观纹理特征指标、测试温度及摩擦系数BPN分别代入模型中,并与决策树、随机森林、线性回归三个模型进行对比分析。研究表明,以40%为最佳切割面,GBDT路面抗滑性能感知模型准确度更高、稳定性更好,测试集R2达到0.8732,能够准确有效地评估沥青路面抗滑性能。GBDT感知模型参数重要性分析结果显示:温度对沥青路面抗滑性能具有显著性影响,针对不同的评价指标,其宏微观纹理特性对路面抗滑性能的影响差异性较大。研究验证通过非接触式路面纹理测试替代现有的接触式路面摩擦测试的可能性,所建立的指标体系和模型以期推动路面抗滑性能测试技术的进步。

基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型(如裂纹初始偏转角,空间位置)的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明:1)在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2)在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3)当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4)当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.

基于路堤稳定性的斜坡软土碎石桩复合地基面积置换率确定研究

现行国家行业标准从路堤稳定性角度出发,要求斜坡软土地基路堤的稳定安全系数下限值根据地基横向坡度大小进行修正,即尝试通过提高路堤稳定性间接地对斜坡软土地基侧向变形予以控制。采用碎石桩复合地基可提高斜坡软土地基路堤稳定性,但其面积置换率可调整范围较宽,易致碎石桩复合地基处理设计时面积置换率确定方面随意性偏强。文中基于有限元剪切强度折减法,构建斜坡软土地基路堤碎石桩处治数值模型,分析在不同地基横向坡度条件下路堤稳定性随碎石桩复合地基面积置换率变化的规律,提出从路堤稳定性角度出发的斜坡软土碎石桩复合地基面积置换率确定方法,讨论了经碎石桩置换后土体重度、黏聚力和内摩擦角三者变化的综合作用。

水泥混凝土桥面环氧沥青超薄磨耗层层间结合性能提升工艺研究

环氧沥青超薄磨耗层是一种厚度小于10 mm的路面加铺技术,常用于旧混凝土桥面铺装恢复工程。但是由于其厚度更薄,导致对铺装层与原混凝土桥面间的黏结性能和抗剪性能的需求更高。文中采用胶结料拉拔试验测试了温度、界面粗糙度对环氧沥青胶结料黏附性能的影响,采用超薄罩面层扭剪试验研究了不同结构、不同施工工艺下的环氧沥青超薄罩面层的层间抗扭剪性能演变。结果表明,低温对环氧沥青胶结料的黏附性能基本无影响,高温对环氧沥青胶结料的黏附性能影响较大,高温(60℃)下的拉拔强度相比常温(25℃)下降约50%;水泥混凝土表面不同处理方式下的环氧沥青胶结料黏结性能有区别,但总体差别较小,表现为:刻槽处理>拉毛处理>光面;相同环氧沥青罩面层结构下,同步施工工艺与异步施工工艺的效果相近;同样的施工工艺下,双环氧单层石料结构超薄磨耗层的抗扭剪强度约为三环氧结构的2倍,但双环氧结构的超薄磨耗层整体韧性较差,容易发生脆性破坏,适应变形的能力弱。

树脂类与弹性体类高黏改性沥青零剪切黏度研究

为了更好地评价热塑性弹性体和热塑性树脂类两类高黏沥青的高温性能,该文对不同掺量的高黏沥青(3%、5%、8%)进行针入度、软化点、低温延度及黏温曲线测试等常规试验检测以及零剪切黏度(η_(ZSV))流变试验分析,并对两类高黏沥青采用TEM进行机理分析。特别地,研究不同试验频率以及拟合模型对η_(ZSV)拟合效果的影响,最后,利用η_(ZSV)试验结果对高黏改性沥青的改性效果进行评价。结果表明:0.01~100 Hz为最适合η_(ZSV)试验测试的频率范围;测试基质沥青以及弹性体高黏沥青时可采取简化模型替代标准模型,而树脂类高黏沥青则建议使用Cross标准模型拟合;两类高黏改性沥青与η_(ZSV)、软化点以及延度都具有良好的相关性,但与针入度相关性较差。

Evotherm温拌剂对沥青混合料压实特性影响研究

选用基质沥青、SBS改性沥青和Evotherm温拌剂制备了温拌沥青(Evotherm 3G温拌剂掺量为沥青质量的1%,外掺),结合常规三大指标试验和温度扫描试验分析了Evotherm温拌剂对沥青混合料性能的影响;利用旋转压实仪在不同压实温度下(90、130℃)成型沥青混合料试件,并通过试件的压实高度曲线、空隙率研究了Evotherm温拌剂对沥青混合料压实特性的影响。研究结果表明:掺入Evotherm 3G温拌剂,可增大沥青针入度、提高沥青低温延展性,且对沥青流变性能没有显著影响;压实温度过低时,Evotherm 3G温拌剂对试件压实效果的改善不明显;对于黏度较低的基质沥青,Evotherm 3G温拌剂对沥青混合料压实特性影响较小。该研究成果可为实际工程提供参考。

三款弹性层状体系理论电算程序应用技术评析

基于弹性层状体系理论开发的沥青路面结构电算程序数量众多、应用广泛、各具特色。文中选取ELSYM5、WESLEA和EVERSTRESS这3款具有代表性的电算程序,从结构层、荷载、计算点等方面出发,讨论它们在计算轮载作用下层状沥青路面结构附加应力时应用技术层面的差异;通过一具体算例,经与解析解对比,提出并验证适用于这3款程序的一种结构层划分方式,进而阐述WESLEA和EVERSTRESS程序应用上存在的缺陷,帮助使用者合理选择电算程序,并解决其在应用这2款程序时可能的困扰。

不同温拌剂对高黏沥青流变及微观特性影响研究

高黏沥青已在我国取得广泛应用,向高黏沥青中添加温拌剂可改善其施工和易性,但目前系统性分析不同温拌剂对高黏沥青流变性能和微观特性影响的研究较少。本工作先用布氏黏温曲线确定不同温拌剂(ACMP、Sasobit、WCO、Evotherm)对高黏沥青降黏效果相同时对应的掺量,并利用红外光谱试验从分子层面分析不同温拌剂对高黏沥青微观特性的影响,再利用温度扫描、蠕变试验、线性振幅扫描试验(LAS)研究不同温拌剂对高黏沥青流变性能的影响。研究结果表明:Sasobit为蜡质温拌剂,在温度低于熔点时以晶体状态存在,使得高黏沥青的高温性能和蠕变恢复性能得到提升,但低温性能和抗疲劳性能下降。温拌剂Evotherm为季铵盐表面活性剂,加入其可改变沥青质分子间的表面张力,不利于高黏沥青的高温性能和抗疲劳性能。温拌剂ACMP、WCO具有润滑作用,加入它们可提高高黏沥青的抗疲劳性能。综合不同温拌剂对高黏沥青物理性能、流变性能及微观特性影响分析,推荐采用ACMP温拌剂。

钛酸酯改性玄武岩纤维增强沥青混合料界面黏附性能研究

为探究钛酸酯偶联剂改性玄武岩纤维对沥青混合料界面黏附性能的影响和作用机理,从纤维力学性能,纤维-沥青界面微观结构,混合料高低温性能的角度分析探究改性纤维对沥青混合料的改善效果。质量分数为10%的钛酸酯偶联剂下浸润60 min,纤维的处理效果最佳,具有良好的力学性能和黏附性能,在沥青混合料体系中起着良好的桥接增韧作用。钛酸酯偶联剂改性纤维优异的黏附性能增加混合料的内聚力和抗剪切变形能力,提高了高温稳定性和低温抗开裂能力,最大抗弯拉强度和最大弯拉应变值分别提升10.1%和15.2%。加入改性纤维提高了路面的耐久性,延长沥青路面使用寿命。

不同温拌剂对高黏沥青混合料路用性能影响研究

为对比分析不同温拌剂对高黏沥青混合料路用性能的影响,选用现阶段常用的表面活性型温拌剂(Evotherm M1)、稀释型温拌剂(WCO)和有机降黏型温拌剂(Sasobit)对高黏沥青进行改性,并对不同温拌改性沥青混合料路用性能进行了横向对比。研究结果表明:温拌剂Evotherm M1和WCO的掺入均降低了高黏沥青混合料的高温性能,而温拌剂Sasobit的掺入显著提高了高黏沥青混合料的高温性能;3种温拌剂的掺入均降低了高黏沥青混合料的抗水损性能和低温抗理裂性能;温拌剂Evotherm M1、WCO均对高黏沥青混合料抗剥落性能影响较小,而温拌剂Sasobit的掺入显著降低了高黏沥青混合料的抗剥落性能。

铁路路基下膨胀土地基浸水响应现场试验

在工程建设中,膨胀土大都属于非饱和土范畴。对高速铁路无砟轨道路基而言,膨胀土的胀缩变形可能加剧线路的不平顺性,影响高速铁路的正常运营。为研究铁路路基荷载下非饱和膨胀土土层在人工浸水后的变形特征,结合云桂铁路建设,设计并开展了铁路原型路基荷载下膨胀土地基现场浸水试验,并监测了从路基填筑开始到人工浸水结束时膨胀土地基与路基本体变形及浅层土水分的时程变化。试验结果揭示了膨胀土地基浸水饱和后的极限相对膨胀量、膨胀变形沿路基横向与地基深度的分布规律以及地基表面膨胀变形沿路基本体的衰减特征。基于试验成果,初步提出了以路基表面膨胀变形为0作为控制标准确定路基临界填高的设计思路。现场试验的设计原则与实施方法也可为今后研究铁路路基下膨胀土地基胀缩特性提供参考。

循环荷载下桩网结构路基和垫层动力响应研究

基于相似理论，开展了4组桩网结构路基大比例动态模型试验，测试了循环荷载下桩网结构路基的动力响应指标，研究了降雨前、后加载力、加载频率以及循环加载次数对路基的动力响应、桩土荷载分担以及垫层格栅应变的影响。结果表明，降雨后路基动应力和动加速度均会增大，并且在基床内部增速较快，而路堤下部其增长基本趋于稳定；循环加载期间桩土应力比缓慢增大，其受降雨影响敏感，雨后降幅可达56．4％-79．5％；循环加载完成后垫层格栅应变增大，其横向分布特征基本保持不变；土拱形成后路基填高继续增加，路基宽度范围内4桩中心格栅应变增幅较大，峰值出现在边坡中心和路基中心附近，横向分布呈“W”型；两桩中心的格栅应变由路基中心向坡脚处呈“台阶”型递增，而路基宽度与边坡范围的格栅应变差距不断缩小。

高寒地区沥青路面温度行为数值分析

为研究高寒地区沥青路面结构温度行为,以ABAQUS软件为计算平台,结合正交试验方法及滞后衰减气温模型,进行了气象参数对沥青路面温度场影响及其参数敏感性分析,讨论了结构类型、结构层厚度及层间状态等因素对路面温度场及温度应力分布状况的影响,预测了沥青面层不同深度温度日变化值。研究表明:日太阳辐射总量和日平均风速对路面温度具有显著影响,但其显著性与路面结构类型无关;结构层温度场低温时段差别较小,高温时段差别较大;低温下结构层最大温度拉压应力是高温下的5~8倍;级配碎石基层具有良好的温度变化适应性,是高寒地区首选的基层材料类型;采用滞后衰减气温模型进行高寒地区沥青面层温度预测,高温时精度较高,低温时精度较低,该模型的适用性有待进一步完善。

循环荷载作用下基床填料累积变形演化状态特征及试验验证

为实现对高速铁路基床结构累积变形的有效控制,开展了循环荷载作用下土工填料累积变形演化状态特征分析,提出了土工填料累积变形状态随循环荷载水平的增加将呈现出快速稳定、缓慢稳定、缓慢破坏和快速破坏4种类型,建立了基于累积变形速率发展趋势、采用负幂函数表达的数学判别准则(幂次判别法)。通过构筑的单元结构填土模型,实现了小型刚性平板循环加载下模型填土累积变形4种状态的全过程模拟,并获得了相应的3个荷载阈值。针对高速铁路无砟和有砟轨道系统在适应基础结构沉降方面的巨大差异,明确了基床结构需分别满足快速稳定和长期稳定变形状态的控制原则及技术条件。所得成果为构建高速铁路基床结构变形状态控制设计技术提供了理论和试验依据。