几种改性沥青疲劳破坏评价指标及性能研究

为研究改性沥青的疲劳破坏演化规律,采用动态剪切流变仪(Dynamic Shear Rheometer,DSR),对岩沥青/SBS复合改性沥青(RA/SBS)、岩沥青/胶粉复合改性沥青(RA/CR)、岩沥青改性沥青(RA)和SBS改性沥青(SBS)进行温度扫描试验和考虑荷载控制模式(应力/应变)的时间扫描试验。基于表象法和耗散能理论,获得多种物理指标随荷载作用次数(N)的变化曲线;通过分析曲线变化规律系统地研究本研究改性沥青的疲劳行为,确定多种疲劳破坏指标(G*sinδ、TF、Nf50、Nfm、Nm、N2和Np20),并将其应用于改性沥青的疲劳性能评价与寿命评估;全面分析和客观评价不同疲劳破坏指标的评价效果,确定适用于本研究改性沥青的疲劳失效判定标准。研究结果表明：不同疲劳破坏指标对本研究改性沥青的疲劳性能评价效果存在显著差异,疲劳寿命依赖于时间扫描试验的荷载控制模式;同一种加载模式下,应用多种疲劳破坏判定指标对改性沥青进行疲劳寿命排序的结果具有一致性,添加5%岩沥青和2%SBS的RA/SBS是应力控制模式下的最佳抗疲劳性能掺配;添加5%岩沥青和18%胶粉的RA/CR是应变控制模式下的最佳抗疲劳性能掺配;增加RA/CR中的胶粉掺量,降低岩沥青掺量,可显著改善复合改性沥青的疲劳性能。通过疲劳破坏指标的几何位置判定可知,Nf50和Nfm贴近于改性沥青的完全疲劳破坏状态,可将其作为本研究改性沥青的疲劳破坏判定标准。     

基于疲劳性能的应力吸收层混合料设计指标

以基质沥青与胶粉搅拌制备橡胶沥青,以基质沥青与SBS改性剂搅拌制备SBS改性沥青,然后分别采用相应的级配设计橡胶沥青应力吸收层混合料和SBS改性沥青应力吸收层混合料.选取目前常见的Strata应力吸收层混合料为对比材料,通过大量四点弯曲小梁疲劳试验（15℃）对这3种改性沥青混合料进行1500×10-6应变下的疲劳试验,分析混合料疲劳寿命与胶粉掺量(质量分数)、SBS改性剂掺量(质量分数)及改性沥青针入度、软化点、黏度的关系.结果表明：Strata应力吸收层混合料在1500×10-6应变下的疲劳寿命为302023次,因此以1500×10-6应变下疲劳寿命≥3×106次作为应力吸收层混合料的设计指标.橡胶沥青应力吸收层混合料疲劳寿命与胶粉掺量和橡胶沥青177℃黏度具有很好的相关性,按设计指标进行橡胶沥青应力吸收层混合料设计时,要求胶粉掺量为19.6%～20.5%,橡胶沥青177℃黏度维持在3.4～3.6Pa·s.SBS改性沥青应力吸收层混合料疲劳寿命与SBS改性剂掺量和SBS改性沥青针入度、软化点、135℃黏度具有很好的线性相关性,按设计指标进行SBS改性沥青应力吸收层混合料设计时,若A型、B型SBS改性剂混合使用,则要求SBS改性剂掺量≥6.5%,SBS改性沥青针入度≤5.1mm,SBS改性沥青软化点≥93℃,SBS改性沥青135℃黏度≥1.95Pa·s;适当加大油石比和调整级配中关键筛孔通过率可增大SBS改性沥青应力吸收层混合料疲劳寿命;B型SBS改性剂更适合用在SBS改性沥青应力吸收层混合料设计中.     

钢渣沥青混合料疲劳性能及改善机理

采用钢渣替代部分粗集料,制备了4种钢渣掺量的沥青混合料,并对其进行不同应变水平下的四点弯曲疲劳试验,分析钢渣掺量和应变水平对混合料疲劳性能的影响,以揭示疲劳性能改善机理.结果表明:随着钢渣掺量的增加,沥青混合料疲劳寿命呈先增加后降低的趋势,峰值出现在钢渣掺量为30%(质量分数)时;钢渣沥青混合料初始劲度模量和疲劳寿命均随着应变水平的增大而降低;疲劳损伤演化过程可分为失稳、平衡、失效3个发展阶段,疲劳失效劲度模量衰减比S_r/S_(50)小于50%,并随着应变水平的增大而逐渐减小;疲劳裂纹扩展主要发生在矿料-沥青界面处,且受应变水平影响较大;钢渣的化学性质和表面构造在改善界面相结构方面起到了交互黏附和嵌入锚固作用,用钢渣作为粗集料可显著提升沥青混合料的疲劳性能.     

纤维沥青混凝土疲劳性能试验及寿命计算方法

通过应力控制模式下的劈裂疲劳试验,分析了不同掺量(纤维体积与沥青混合料体积之比)和长径比的聚酯纤维沥青混凝土劲度模量的衰减特征;结合损伤力学理论,提出了纤维沥青混凝土的疲劳破坏准则;在应力比-疲劳寿命(S-N)方程的基础上,建立了考虑纤维含量特征参数影响的纤维沥青混凝土疲劳寿命计算方法.结果表明:纤维含量特征参数能综合反映纤维掺量和长径比对沥青混凝土疲劳性能的综合影响;AC-13F型聚酯纤维沥青混凝土的最佳纤维掺量为0.35%,长径比为324,纤维含量特征参数值为1.13.     

基于耗散能方法评价硬质沥青混合料抗疲劳性能

为了评价硬质沥青混合料的抗疲劳性能,结合实体工程对硬质沥青混合料SAC25-30#和改性沥青混合料SAC16-SBS进行了室内四点弯曲疲劳对比试验.选用应变和应力2种控制模式,在不同温度下综合测试了2种沥青混合料的抗疲劳性能,采用累计耗散能指标(Wf)分析了其在不同温度下的能量变化趋势,发现不同材料的黏弹特性和刚度差异对其耗散能均有影响,进而引入累计耗散能-极限比指标(WfR),并对Wf进行了修正.结果表明:在应力控制模式下,硬质沥青混合料在20,5℃时均具有较好的抗疲劳性能,而在应变控制模式下,由于硬质沥青混合料延展性不足,其在不同温度下的抗疲劳性能均劣于改性沥青混合料;能量法可以统一不同控制模式,20℃时硬质沥青混合料的WfR随疲劳寿命增加的幅度明显小于改性沥青混合料,说明其抗疲劳性能更优,而在5℃时硬质沥青混合料的WfR曲线明显位于改性沥青混合料上方,说明随着温度的降低其疲劳性能有明显减弱趋势.WfR指标可为评价硬质沥青混合料抗疲劳性能提供一定的参考.     

不同疲劳试验中改性沥青混合料疲劳性能对比

使用四点弯曲疲劳试验(4PB)、两点梯形梁疲劳试验(2PB)和overlay tester(OT)试验3种试验方法,对工程上常用的7种沥青混合料疲劳性能进行了测试.结果表明:在3种疲劳试验中,掺加6%(质量分数,下同)SBS的改性沥青混合料疲劳性能均较好,同时掺加10%TB胶粉和3%SBS的改性沥青混合料、掺加4.5%SBS的改性沥青混合料和同时掺加4.5%SBS及0.4%多聚磷酸(PPA)的改性沥青混合料疲劳性能均一般,掺加3%SBS的改性沥青混合料疲劳性能较差,温拌剂改性沥青混合料和埃索基质沥青混合料的疲劳性能最差;提高SBS掺量可以有效地提高沥青混合料的疲劳性能;添加TB胶粉和PPA可以在不同程度上提高SBS改性沥青混合料的疲劳寿命,但其对疲劳性能的影响力逊于SBS;不同试验方法中沥青混合料疲劳性能的排序具有一致性,具体排序稍有不同.     

Terminal Blend胶粉改性沥青的复合改性研究

采用室内试验分析了岩沥青和SBS掺量对Terminal Blend胶粉改性沥青(TB沥青)性能的影响;采用荧光显微镜及表面能测试仪研究了岩沥青和SBS对于溶胶沥青的增强作用及增强机理.结果表明:岩沥青与SBS在提高TB沥青高温性能的同时,可在一定程度上保留其低温性能中的突出特点;TB岩沥青(内掺20%(质量分数,下同)岩沥青+20%橡胶粉)的PG分级可达PG 76-28;车辙试验表明掺量为2.0%的SBS与TB岩沥青(内掺10%岩沥青+10%橡胶粉)复合后的SBS/TB岩沥青改性沥青高温性能高于SBS掺量为4.5%的SBS改性沥青(PG 76-22),从而有效降低了SBS掺量;表面能试验与TSR试验结果均表明TB沥青的黏附性能随着岩沥青与SBS掺量的增加呈现出先增后减趋势,岩沥青与SBS总体上提高了TB沥青的黏附性;荧光显微镜的观测结果进一步证实了SBS与TB沥青二次复合后的改性沥青内部均匀、稳定.     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳寿命研究

为研究沥青路面回收料(RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程回归参数的关系。结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性均大于95%,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性(并)不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变试验温度 RAP掺量试验频率;通过|k|,m值对疲劳寿命随因素变化的分析结果与疲劳寿命随因素变化趋势相同,通过|k|与m值对再生沥青混合料抗疲劳性能进行分析更全面、准确。此外,分析发现,基于应变的疲劳方程的回归参数|k|与m值和RAP掺量存在线性关系,研究再生沥青混合料疲劳寿命时,可将RAP掺量引入疲劳方程。     

BRA复配纤维改性沥青混合料的技术性能与机理研究

基于改进后的车辙试验、低温弯曲试验、低温预切口SCB试验、四点弯曲疲劳试验,研究了布顿岩沥青(BRA)复合木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维改性沥青混合料的路用性能和耐久性。结果表明,BRA改性沥青混合料具有优良的高温性能和抗疲劳耐久性能;掺加木质素纤维、聚酯纤维和玄武岩纤维均可一定程度提高BRA改性沥青混合料的弯拉强度,显著增加弯拉应变和破坏应变能,BRA复配纤维改性沥青混合料具有优良的低温抗裂性能;掺加纤维可显著延长BRA改性混合料的疲劳寿命,同时降低了BRA改性沥青混合料的疲劳性能对应变水平的敏感性,聚酯纤维对BRA改性沥青混合料低温性能改善效果最佳,玄武岩纤维对BRA改性沥青混合料高温性能和疲劳性能改善效果最佳。     

回收料掺量对温拌再生沥青混合料性能的影响

通过室内试验研究了回收沥青混合料(RAP)掺量(质量分数)对Evotherm温拌再生沥青混合料高温稳定性、低温性能、水稳定性及疲劳性能的影响.结果表明:采用Evotherm温拌技术可将RAP掺量提高到50%;温拌再生沥青混合料的高温稳定性、水稳定性及低温性能均随RAP掺量的增加先升后降,且在RAP掺量为30%~40%时出现峰值;疲劳性能随RAP掺量的增加逐渐降低,且应变水平越高降低幅度越大;温拌再生沥青混合料的高温稳定性、水稳定性较热拌再生沥青混合料差,疲劳性能优于热拌再生沥青混合料;在相同RAP掺量下,温拌再生沥青混合料与热拌再生沥青混合料的低温性能相当.     

软-硬复配沥青混合料强度特征的试验研究

软-硬复配沥青混合料是指以软质沥青和岩沥青作为胶结料所配制的沥青混合料,它可以显著降低沥青混合料的施工温度.采用劈裂强度试验探讨了软-硬复配沥青混合料的强度特征,并对其路用性能进行了验证.结果表明:软-硬复配沥青混合料试件的劈裂强度随养护时间的延长而增大,随岩沥青掺量的增加呈线性增长,随拌和温度及拌和时间的增加而增大;在拌和温度较热拌沥青混合料低30℃的条件下,其强度与各项路用性能与同级配组成的热拌沥青混合料相当,能满足道路使用要求.     

沥青掺量对密级配沥青混合料路用性能影响

进行了不同沥青掺量下AC-13C密级配沥青混合料试件的马歇尔稳定度、车辙、冻融劈裂试验,分析了不同沥青掺量对混合料强度特性、高温稳定性、水稳定性的影响。结果表明,利用混合料的抗车辙性能及冻融残留强度两个试验能够合理确定沥青最佳掺量,而马歇尔稳定度试验高估了沥青掺量范围。由此在进行密级配沥青混合料路面结构设计时,抗车辙性能及冻融残留强度应作为确定最佳沥青掺量的主要控制指标,而马歇尔稳定度可作为参考指标,弥补实际操作的不足。     

储存式沥青混合料的研究与应用

本文探讨了储存式沥青混合料的成型机理,提出了储存式沥青混合料的设计方法,并探讨了评定沥青混合料的方法．     

沥青混凝土新材料在重大市政工程中的应用

上海城市建设大发展,给路用沥青混凝土新材料和施工新技术带来了发展和应用的平台。介绍了上海近年来几项重大工程,如国际F-1赛车场、东海大桥、卢浦大桥工程中沥青混凝土新材料的应用情况。从中总结分析了沥青混凝土新材料构造特性和发展方向。     

橡胶沥青性能与SBS沥青性能的分析对比

橡胶沥青是将废轮胎橡胶粉作为改性剂添加到基质沥青中,经高温制作成的胶结材料。橡胶沥青在沥青的改性原理和耐高温性能、低温性能、抗水损坏性能、抗老化性能等方面与SBS沥青作了分析比较。     

我国改性沥青防水材料的应用

论述改性沥青防水材料在我国的应用情况。特别对近几年来改性沥青防水卷材、改性沥青基防水涂料及改性沥青密封材料的质量与用量作了介绍与分析。提出了改进建筑防水工程质量的看法。     

抽提法测定沥青混合料沥青含量的误差分析

针对抽提法测定沥青混合料试验操作误差对试验结果的影响问题,从滤纸、矿料、抽提液中矿粉含量的确定等方面对试验误差进行了分析,从而为确保沥青路面的正常使用提供了前提保证。     

SMA材料组成及强度形成机理

由于沥青SMA路面现阶段得到广泛的应用,因此有必要对沥青SMA材料做进一步的研究。针对沥青混合料的路用性能良好的特点,介绍了沥青SMA的概念和沥青混合料的类型,进一步了解沥青混合料组成结构及其强度,以及影响强度的因素,分析了SMA的材料组成、强度形成机理以及性能特点。     

同步碎石封层最佳沥青洒布量室内测评方法的初步探索

选用橡胶沥青和SBS改性沥青作为黏结剂，用4.75～9.5mm和9.5～13.2mm的碎石作为封层集料，通过同步碎石封层室内湿轮磨耗试验评价同步碎石的最佳沥青洒布量，得出洁净碎石预拌料的最佳沥青裹覆量为4‰，4.75～9.5mm碎石的最佳沥青洒布量在1.3kg/m2左右，9.5～13.2mm碎石的最佳沥青洒布量为在1.9kg/m2左右，且改性沥青比橡胶沥青最佳用油量略大，沥青预拌碎石比普通加热碎石黏附性更好。     

沥青类冷再生混合料疲劳性能研究

以沥青类冷再生混合料作为研究对象,在不同应力比条件下研究了其疲劳特性,并对比分析了泡沫沥青冷再生混合料与乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能,以推广沥青类冷再生混合料的应用。