基于车辙试验优选沥青高温性能评价指标

选择6种沥青分别进行短期老化前后的常规试验、动态剪切流变试验以及重复蠕变恢复试验,得到常规7种高温性能评价指标。将指标排序结果与模拟沥青路面高温性能的沥青混合料车辙试验结果进行相关性分析,选择最优的沥青高温性能评价指标。     

基于重复加载蠕变试验的沥青混合料高温性能研究

为了研究沥青混合料的高温蠕变特性,选取AC-13、AC-16和AC-20 3种不同类型的沥青混合料,在室内进行重复加载蠕变试验,并从蠕变曲线中提取相关的力学参数分析其变化规律,结合车辙试验结果,论证评价指标的可行性。结果表明,斜率b、组合参数εp/Fn与车辙试验指标的相关性较好,而永久应变εp和截距a与车辙试验结果的相关性较差,流动次数Fn存在局限性;对于组合试件,εp/Fn与车辙深度值的相关性最好。因此建议采用εp/Fn作为沥青混合料的高温性能评价指标,从而为沥青路面车辙预估模型的研究及混合料设计提供参考价值。     

煤直接液化残渣和粉胶比对沥青胶浆高低温性能的影响

为了分析煤直接液化残渣(Direct Coal Liquefaction Residue)和粉胶比对沥青胶浆高低温性能的影响,利用DSR(Dynamic ShearRheometer)和BBR(BendingBeamRheometer)试验,对不同粉胶比(0.6,0.8,1.0,1.2)和DCLR下沥青胶浆的高低温性能进行研究,分析DCLR和粉胶比对G~*/sinδ(车辙因子)、S(蠕变劲度模量)以及m-值(蠕变速率)的影响规律.试验结果表明:随着粉胶比的提高和DCLR的添加,沥青胶浆的高温性能在不断增强,低温性能在逐渐下降,出现了最佳粉胶比.综合平衡沥青胶浆的高低温性能,当粉胶比为1.0时,其高低温性能最佳.     

TPS高粘改性沥青胶浆高温流变特性研究

采用动态剪切流变仪和布氏旋转粘度计,对不同粉胶比下的TPS高粘改性沥青胶浆流变特性进行研究,分析了粉胶比和试验温度对相位角、复数剪切模量、车辙因子、疲劳因子以及布氏粘度的影响.试验结果表明:在各粉胶比下沥青胶浆的复数剪切模量、车辙因子和疲劳因子都随温度的升高而减小;温度一定时,随粉胶比的增大,车辙因子显著增大,疲劳因子逐渐减小,当粉胶比大于1.4时,车辙因子的增长幅度明显减小;当粉胶比小于1.2时,粘度随温度的增长速率较小,粉胶比大于1.2时粘度随温度升高急剧增大,沥青胶浆的感温性随温度升高而增大.综合各指标来看,粉胶比在1.2~1.4之间时,TPS高粘改性沥青胶浆流变性能优越.     

SEAM改性沥青流变特性

采用动态剪切流变试验测试了沥青胶浆在原始状态、旋转薄膜老化状态及压力老化状态下的复数模量、相位角、车辙因子、疲劳因子。采用弯曲梁流变试验测试了沥青胶浆的蠕变劲度及蠕变劲度变化率。结果表明,长期老化后,改性剂质量分数为10%的SEAM改性沥青车辙因子显著增强,且疲劳因子满足SHRP沥青胶结料规范。随着改性剂含量的增加,沥青蠕变劲度增加,蠕变劲度变化率降低。综合分析上述各项流变指标可知,SEAM改性剂对沥青流变特性影响显著,适当含量(质量分数为10%)的SEAM改性剂可以有效改善沥青流变效果,而高含量(质量分数为20%以上)的SEAM改性剂会使沥青流变效果降低。     

无机微粉填料对沥青胶浆疲劳性能影响规律分析

为了探究无机微粉填料在沥青胶浆中的疲劳性能影响规律,以3类9种常用无机微粉颗粒作为添加矿料,从无机微粉填料颗粒形貌特征、填料类型和颗粒粒径出发,通过扫描电镜（SEM）对微粉颗粒的形貌特征进行表征,再通过动态剪切流变仪（DSR）时间扫描试验分析不同种类微粉填料对沥青胶浆的疲劳性能的影响规律,然后采用N_f50和N_DER两种指标对沥青胶浆疲劳寿命进行比对分析。结果表明：扫描电镜下消石灰微粉颗粒表现出较多的表面孔隙和复杂表面纹理,动态剪切流变试验下随着无机微粉颗粒粒径的减小,沥青胶浆的疲劳性能有较大改善;同一颗粒粒径下,由于形貌特征和化学组成的差异使消石灰和水泥表现出优于石灰岩的疲劳性能;N_DER与N_f50相比,疲劳寿命意义清晰、数值易确定,且所获得疲劳寿命加载次数均较小,用于沥青路面结构设计和材料选择安全性高,推荐采用N_DER对胶浆疲劳寿命进行分析。     

橡胶沥青胶浆车辙因子特性研究

胶浆高温特性与沥青混合料路用性能密切相关。为了评价橡胶沥青胶浆高温流变特性,采用动态剪切流变仪,研究了3种橡胶粉掺量、3种橡胶粉细度以及8种粉胶质量比(0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4)对橡胶沥青胶浆高温车辙因子的影响。结果表明:橡胶沥青胶浆的车辙因子随着橡胶粉掺量的增大而增大,粉胶比越低改善效果越明显;40目橡胶粉吸附和溶胀效果最好,制成的橡胶沥青胶浆的车辙因子最大,60目次之,20目最小;当粉胶比为1.0~1.2时,变化粉胶比对车辙因子改善最明显;推荐采用22%橡胶粉掺量、40目胶粉和粉胶比1.0~1.2。     

温拌型抗车辙剂改性沥青流变性能

传统抗车辙剂主要是一类以聚烯烃类物质为主体的高分子添加剂,但其存在与沥青胶结料相容性不佳的技术问题.为了探索与沥青相容性好且具有高熔点特性的改性蜡类材料是否具备用于制备温拌型抗车辙剂的潜质,研究中将传统聚烯烃类抗车辙剂与高温蜡按不同比例混合,制备出系列温拌型抗车辙剂.将4种抗车辙剂分别按照3％、6％和9％的掺加比例加入基质沥青中制备出12种抗车辙剂改性沥青.对上述改性沥青进行动态剪切流变(dynamic shear rheometer,DSR)温度扫描、频率扫描和多应力蠕变恢复(multiple stress creep recovery,MSCR)等系列流变性能测试,旨在解析高温蜡组分对抗车辙剂熔体流动性影响的同时,筛选出适用于抗车辙剂改性沥青的高温性能评价指标.研究结果显示,抗车辙剂中高温蜡含量与抗车辙剂的熔体质量流动速率(melt mass-flow rate,MFR)具有线性相关性.在低于高温蜡熔点的测试温度下,MFR会随高温蜡比例的增加而降低;在高于高温蜡熔点的情况下,MFR会随高温蜡比例的增加而升高.鉴于高温蜡高熔点的特征,整体上高温蜡成分会有助于抗车辙剂改性沥青高温性能的提升.温拌型抗车辙剂中高温蜡比例越高,其对沥青高温性能的改善越好.研究中高温蜡质量分数为30％的温拌型抗车辙剂对沥青高温性能的改善最佳.综合比较不同流变评价参数,对于以高弹性特征为主体的抗车辙剂改性沥青,车辙因子和不可恢复蠕变柔量Jnr3.2更适合作为其高温性能的评价指标.     

煤矸石粉/水镁石纤维复合改性沥青胶浆性能试验研究

无机微粉填料及纤维改性沥青技术日渐成熟,但鲜见煤矸石粉/水镁石矿物纤维复合改性沥青胶浆的研究成果。通过布氏粘度试验、动态剪切流变试验(DSR)、动态热力学分析试验(DMTA)等对石灰岩矿粉、H-200、H-1250、H-4000型煤矸石粉4种填料与水镁石纤维复合改性沥青胶浆的高低温性能进行研究;运用灰熵法分析了煤矸石粉的各项技术指标对沥青胶浆高低温性能的影响显著性;借助扫描电镜(SEM)、红外光谱试验仪(IR)对其作用机理进行分析。研究结果表明,煤矸石粉复合水镁石纤维能显著改善沥青胶浆的高温抗车辙性能,而对其低温性能有一定程度的削弱;填料的平均粒径和比表面积是影响沥青胶浆车辙因子和玻璃化转变温度的两个重要因素。为固体废弃物煤矸石与水镁石矿物纤维在沥青路面工程中的资源化利用提供依据。     

纤维对沥青混合料高温性能影响分析

采用动态剪切流变仪(DSR)和车辙试验仪对聚丙烯腈纤维,聚酯纤维与木质素纤维等不同类型纤维沥青胶浆及纤维沥青混合料进行研究,分析了纤维增强沥青混合料强度形成机理.结果表明,纤维显著提高了沥青胶浆的高温抗车辙性能,且较低温度时纤维改善效果优于较高温度时;纤维类型与纤维用量对沥青混合料高温稳定性有较大影响,建议根据不同类型纤维的动稳定度与纤维用量关系曲线确定该类纤维最佳用量.     

消石灰与矿粉沥青胶浆流变性能比较

利用动态剪切流变仪、弯曲梁流变仪以及直接拉伸试验仪对掺加消石灰和矿粉后沥青胶浆的动态黏弹性能实验进行比较,粉胶比为1.2时,消石灰胶浆的车辙因子是矿粉胶浆的1.6倍,抵抗永久变形能力提高;粉胶比为0.6时,消石灰胶浆的断裂能是矿粉胶浆的2.2倍,提高了沥青抗低温开裂性能;粉胶比为0.9时,消石灰胶浆的疲劳破坏次数是矿粉胶浆的1.4倍,沥青的疲劳性能提高;由于消石灰物理吸附及化学反应的协同作用使消石灰胶浆比矿粉胶浆具有更好的高温稳定性、低温柔性和抗疲劳开裂性.     

超硬质沥青改性结合料流变性能分析

为研究超硬质沥青(super hard asphalt,SHA)对超硬质沥青结合料的高、低温流变的影响效果,采用SHA作为改性剂对AH-90道路石油沥青进行改性,制备了不同质量分数（5%、6%、7%和8%）的SHA改性结合料,并进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验及小梁弯曲蠕变试验. 试验结果表明:其适用于时温等效原理;SHA的掺入会有效提高沥青结合料的车辙因子G^*/sin δ,沥青混合料的高温性能得到明显改善;随着SHA掺量的增加,沥青结合料的平均应变恢复率R逐渐升高,不可恢复蠕变柔量J_nr逐渐降低,掺加SHA有利于提高沥青结合料高温抗变形能力与变形恢复能力;随着SHA的掺入,沥青结合料的蠕变劲度S与蠕变劲度变化率m变化幅度不大,对沥青结合料的低温抗裂性能影响不大. SHA改性沥青结合料高温抗车辙性能优异,低温性能相对于基质沥青PG分级保持不变.     

泡沫温拌再生沥青高低温性能研究

为研究回收沥青掺量对泡沫温拌沥青高低温性能的影响,分别对掺加0%、20%、40%、60%、80%回收沥青的泡沫温拌沥青进行软化点、DSR和BBR试验。试验表明:随着回收沥青掺量的增加,泡沫温拌再生沥青的软化点、车辙因子和破坏温度值逐渐升高;当回收沥青的掺量达到60%及以上时,泡沫温拌再生沥青胶结料的高温性能明显改善;胶结料试样的低温抗裂性能随着回收沥青掺量比例的增加而逐渐降低,当回收沥青的掺量大于40%时,泡沫温拌再生沥青的蠕变劲度S和蠕变速率m值不能满足规范要求,低温抗裂性能较差;建议回收沥青的掺量小于60%。     

Rheological behavior of basalt fiber reinforced asphalt mastic

The characters of basalt fiber are analyzed and compared with commonly used fibers. The rheological behaviors of the basalt fiber reinforced asphalt mastic are investigated by the dynamic shear rheological tests and the repeated creep tests. The results show that basalt fiber has excellent reinforced performances, such as high asphalt absorption ratio, low water absorption ratio, high tensile strength, high elastic modulus and high temperature stability. The rutting factor of the fiber reinforced asphalt mastic is higher than the plain asphalt mastic and the reinforced effects are more remarkable under high temperature. The rheological performances of the asphalt mastic demonstrate a good linear relationship between different temperature and loading frequency. The creep stiffness modulus of the asphalt mastic at different loading time can be expressed by power function. Improved Burgers model is used to represent the rheological behaviors of the asphalt mastic with basalt fiber and the model parameters are estimated.     

含盐高湿环境下沥青混合料耐久性

为了研究含盐高湿环境下沥青混合料的耐久性,以不同温度和不同质量浓度盐溶液模拟含盐高湿环境进行汉堡车辙试验,并通过试验比较不同类型沥青混合料在含盐高湿环境下的耐久性,使用Origin 8.0对板状和圆柱形的车辙试验结果进行非线性指数拟合,提出含盐高湿环境沥青混合料耐久性的试验评价指标和检测方法,最后分析含盐高湿环境对沥青混合料的侵蚀机理.结果表明:采用改性沥青作结合料可以显著提高含盐高湿环境下沥青混合料的耐久性;含盐高湿环境下,普通AC混合料的耐久性较差,而SMA混合料的耐久性优于其他类型混合料;60℃、70℃圆柱形试件浸水车辙变形率可以作为沥青路面耐久性的评价和检测指标;高温、盐分、水分及其耦合效应是引起沥青混合料耐久性降低的主要原因.     

沥青路面足尺加速加载车辙预估

为了建立预估精度高、适用性广的车辙预估模型,提出了考虑混合料剪切强度、路面剪应力、轴载作用次数、路面温度、行车速度和路面厚度的车辙预估模型.该模型采用指数函数表达,采用加速加载设备(ALF)对3种足尺路面结构进行了3种不同温度、不同轴质量下的加速加载车辙试验,并测试了不同加载次数下的车辙深度;以3种结构的车辙深度、试验温度、路面剪应力、结构层厚度、加载次数共117组数据为基础参数,通过多元拟合分析,确定了基准速度为20 km/h的简化车辙预估模型;结合时间硬化蠕变模型及荷载作用时间函数,确定了车辙深度与行车速度的关系,将简化的车辙预估模型经速度修正后得到最终的车辙预估模型.研究结果表明,该车辙预估模型具有因素全面、适用性广的特点,预估精度高.     

沥青砂动态剪切蠕变特性

为了解沥青砂的复杂力学行为,给沥青混合料细观力学研究提供数据支持,将几种沥青混合料的配合比转变为沥青砂的配比,采用自主研发的沥青砂成型装置及流变仪夹具获取沥青砂的动态剪切蠕变曲线,基于Burgers模型对蠕变曲线进行拟合,获取动态剪切荷载下沥青砂的黏弹性参数,分析黏弹性参数及松弛模量的变化规律。试验结果显示,Burgers模型对沥青砂动态剪切蠕变曲线具有较好的拟合效果。相同加载时间内,相比于AC-20级配沥青混合料,SMA-16级配沥青混合料蠕变变形量更大。橡胶沥青砂的抗剪切蠕变性能最优。沥青砂蠕变变形影响规律与混合料车辙变形一般影响规律相符。试验温度、沥青用量、沥青种类和级配类型均对沥青砂的黏弹性参数和松弛模量影响显著。     

基于流变学方法的沥青中高温性能及胶浆抗剪强度研究

为了探究不同改性剂对基质沥青各项性能指标的改性效果,选取三种不同的改性沥青,SBS改性沥青、TPE改性沥青和高黏高弹改性沥青,进行室内试验研究对比。通过改性沥青胶浆锥入度试验、PG高温分级试验、温度扫描试验和MSCR试验,从抗剪强度、中高温性能、抗永久变形及变形恢复等方面系统地评估三种改性沥青的路用效果。研究结果表明:改性沥青及胶浆的制备,需要将制备时间、剪切速率、温度等参数严格控制在合理的范围之内,保证材料满足要求;各种沥青胶浆抗剪强度与温度呈现良好的相关性,并且各个回归方程的相关系数R²非常高,TPE改性沥青胶浆有着较高的抗剪强度;三种改性沥青流变试验显示,TPE改性沥青的中高温抗变性能力和高温蠕变恢复能力最佳,高黏高弹改性沥青次之,SBS改性沥青低于前两种沥青。     

环境温度对沥青混合料高温稳定性的影响

分别对基质沥青和改性沥青不同温度下的车辙试验结果进行分析,分析结果表明：环境温度对沥青混合料的高温稳定性有显著影响,特别是当路面温度达到沥青软化点附近时,沥青混合料的动稳定度将出现大幅度下降。因此,软化点是工程中选用沥青的重要指标;同时提高沥青软化点或降低沥青路面温度是提高沥青路面抗车辙性能的有效途径。