温拌剂对沥青断裂和老化性能的影响

针对当前DSR试验、BBR试验在评价温拌沥青断裂性能上的局限性,为准确预估温拌剂对沥青材料断裂性能的影响,选取两种不同类型的温拌剂(Sasobit和ET-3100)加入基质沥青中,并进行旋转薄膜老化(RTFO)和压力箱老化(PAV),对温拌沥青的断裂性能展开研究.采用扩展弯曲梁流变(Ex-BBR)试验和双边缺口拉伸(DENT)试验分别评价了沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能.另外,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验对比了温拌剂加入前、后沥青的分子结构.试验结果表明:3％及以上掺量的Sasobit会显著降低沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能;ET-3100会略微降低沥青的抗延性断裂性能,但效果并不显著且与掺量无关;FTIR试验结果显示,温拌剂ET-3100减缓了沥青的老化程度,这表现为羟基C=O和亚砚基S=O的减少.     

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。     

SBS对基质沥青低温性能改善效果研究

通常认为SBS可以同时改善基质沥青的高、低温性能.以三种常用的国产沥青和一种进口沥青作为基质沥青,采用四种不同的SBS对其进行改性,分别制得成品SBS改性沥青.运用SHRP试验方法中的弯曲梁流变仪(BBR)分别对制得的这些SBS改性沥青的RTFO/PAV残留物的流变特性进行了试验研究.结果表明,用物理意义上的共存共混方法制备得到的SBS改性沥青,其低温等级基本保持在基质沥青的低温等级上,即从流变学的意义上来说,SBS对基质沥青低温抗裂性能的改善效果仍值得探讨.     

掺盐沥青胶浆低温流变及粘附特性

为探究盐分对沥青胶浆低温流变及粘附特性的影响规律,采用盐颗粒以体积比1∶1替代矿粉的沥青胶浆制备方法,通过弯曲梁流变试验(BBR)研究不同掺盐沥青胶浆在30 d与120 d龄期下的低温流变特性,并构建相应的Burgers模型,分析盐分对沥青低温粘弹特性的影响;通过接触角试验,得出沥青表面能参数,评价不同沥青胶浆粘附特性;借助扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)手段,探究掺盐沥青胶浆微观作用机理。结果表明:相较于基质沥青,不同种类掺盐沥青胶浆随着龄期的增加,低温流变性能不断降低;经120 d龄期后,沥青接触角明显增大,掺盐沥青胶浆表面能降低,粘附性劣化;盐分颗粒溶析及其盐老化效应,是导致掺盐沥青胶浆性能劣化的主要诱因。     

考虑老化的沥青混合料低温性能

针对现行规范中沥青混合料低温性能评价方法的不足,分别将基质沥青混合料和改性沥青混合料在不同条件下进行老化,分析了短期老化和长期老化对沥青混合料低温抗裂性能的影响.试验结果表明,长期老化对混合料低温抗裂性能影响显著.而实际使用过程中,沥青路面的低温开裂主要发生在沥青路面已经老化的后期,为了更好体现服务期内沥青路面的低温抗裂性能,建议增加长期老化后的沥青混合料进行低温抗裂性能评价并提出了考虑长期老化的沥青混合料低温抗裂性能的评价方法.     

再生剂对老化沥青性能影响的研究

通过室内沥青加速老化试验,实验室制备了经薄膜烘箱老化(TFOT)、压力老化(PAV)和紫外老化(UV)的沥青样品。随后,在老化沥青中加入了两种不同的再生剂进行老化沥青的养护再生并在室温条件下养护3d。对基质沥青、老化沥青、再生沥青进行了针入度、软化点、延度的测试。结果表明,两种再生剂都能使老化沥青性能得到一定的恢复,对老化沥青均有再生功能,但是再生剂1具有比再生剂2更好的再生效果。通过对老化沥青进行了不同剂量再生剂1的掺加试验,借助流变性能测试,根据试验结果确定了再生剂1的最佳掺量为6%。     

SBS改性沥青老化模拟及再生研究

为研究不同再生方式对老化SBS改性沥青性能影响情况,首先通过常规试验、SHRP试验选择恰当的SBS改性沥青老化模拟方式;然后对4种再生方式:Ⅰ、掺加SK-90号基质沥青;Ⅱ、掺加SBS改性沥青;Ⅲ、掺加再生剂;Ⅳ、掺加再生剂+90号基质沥青展开探讨,确定了各再生方式的最佳条件,比较了各再生方式的优劣差异.试验结果表明:采用RTFOT试验进行老化模拟更加方便、科学,RTFOT试验5 h获得的改性沥青指标与服务年龄为7 a的SBS改性沥青一致;4种再生方式对老化沥青性能均有改善作用,且每种方式的新、旧沥青最佳比例及添加剂最佳掺量均不相同,在各自最佳条件下比对4种再生方式知,最优再生方式为Ⅱ,然后依次为Ⅲ、Ⅳ、Ⅰ.     

SBS改性沥青老化模拟方式研究

为选择合适的SBS改性沥青老化模拟方式,利用常规试验、SHRP试验研究延时旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)、压力老化(PAV)对SBS改性沥青性能影响。对比两种老化方式的老化条件及老化能力,结合路面自然老化的回收沥青指标发现:随着老化时间的增加,沥青的性能不断退化;延时RTFOT与PAV老化均能较好的模拟路面沥青的老化情况,采用RTFOT试验进行老化模拟更加方便、科学,其中RTFOT试验4. 8 h获得的改性沥青指标相当于服务年龄为5～6年的路面沥青,RTFOT试验5 h则与服务年龄为7年的SBS改性沥青一致。     

复合改性沥青的抗老化性能研究

沥青路面在使用过程中,由于沥青老化容易导致路面产生裂缝、剥落和松散等病害,提高沥青的抗老化性能,有助于延长沥青路面的使用寿命.采用抗氧剂2246、辅助抗氧剂Irgafos168及炭黑对基质沥青进行复合改性,根据残留针入度比、软化点增长率、残留延度比综合确定复合改性剂的最佳用量.在最佳剂量下制备复合改性沥青,用DSR试验和BBR试验评价复合改性沥青在老化前后的路用性能.试验结果表明,用0.6%主抗氧剂2246、0.6%辅助抗氧剂Irgafos 168和2%炭黑制备的复合改性沥青,可以显著提高沥青的抗老化性能.     

SBR改性沥青老化动力性能

目的通过研究SBR改性沥青的老化动力性能,进一步探讨在动力因素的影响下沥青和骨料的黏附性.方法通过旋转薄膜烘箱试验,研究SBR改性沥青和基质沥青在不同老化温度、老化时间下的软化点变化规律,并以软化点为参数建立了SBR改性沥青老化动力学模型,以此研究SBR改性沥青的老化动力性能.结果与基质沥青相比,SBR改性沥青在150℃、163℃、180℃三个老化温度下的老化反应速率常数分别降低了26.8%、51.9%、21.4%;SBR改性沥青的反应活化能达到48.863 kJ·mol^-1,比基质沥青提高了13.1%.结论以软化点为参数建立的沥青老化动力学方程能够较好的反映沥青的老化过程,SBR改性沥青比基质沥青具有较好的抗老化性能.     

重载沥青路面结构组合的抗车辙性能分析

为研究结构组合对沥青混合料抗车辙性能的影响,首先对所设计的7种沥青混合料进行动态模量及单层车辙试验,得到基本材料参数及抗车辙性能;然后对7种混合料组合而成的3种路面结构在重载条件下进行双层结构车辙试验,并与单层车辙试验结果进行对比分析;最后,应用光纤光栅智能测试技术对实际路面进行现场应变测试,根据不同路面结构三向应变测试结果评价实际重载沥青路面结构的抗车辙性能．结果表明,单层车辙试验难以准确反映路面结构的抗车辙性能,而双层车辙试验效果良好．在设计抗车辙路面时要考虑不同面层的模量组合,才能最大程度地发挥各层混合料的抗车辙性能．     

钢纤维沥青混合料路面性能及应用研究

为防止低温地区沥青路面的开裂和提高沥青路面疲劳寿命,通过室内试验研究了钢纤维沥青混合料的物理力学性能,包括钢纤维沥青混合料的马歇尔稳定度、动稳定度、常温、低温劈裂强度、纤维防腐方法等,分析了钢纤维对沥青混合料性能影响的机理。通过试验路研究了钢纤维沥青路面的现场拌和施工工艺和使用效果,研究结果表明:沥青混合料中加入钢纤维可使低温劈裂强度明显提高,开裂时的变形显著增大,从而改善沥青路面的低温抗裂性能,同时钢纤维对常温条件下沥青混合料的抗拉强度和高温抗车辙性能有一定改善,钢纤维沥青路面的施工工艺与普通沥青混凝土路面相同,可以利用沥青对钢纤维直接防腐而不需要作其它防腐处理。成果对低温地区和重载交通公路沥青路面材料选择有重要参考应用价值。     

布敦岩沥青混合料路用性能研究

为了分析布敦岩沥青混合料的路用特性,分别对基质沥青混合料、不同掺量布敦岩沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行路用性能对比试验研究。结果表明,布敦岩沥青可以显著改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能。综合考虑性能变化规律以及经济因素,推荐布敦岩沥青的合理掺量为3.5%。     

纤维沥青混合料热老化试验

沥青混合料的老化是一个复杂的过程,直接影响着沥青路面的耐久性和使用寿命.通过直剪试验和劈裂试验,研究纤维沥青混合料在热老化后的物理力学指标的变化.试验表明纤维能够改善混合料抗老化性,进而延缓沥青混合料路面的使用寿命.     

多孔安山岩在沥青路面中的应用研究

采用沥青浸渍集料、浸渍集料混合料、浸渍沥青混合料3种不同的沥青浸渍法和计算法分别确定沥青混合料的最大理论相对密度,并进行配合比设计,确定最佳油石比。对比分析了沥青混合料的各项路用性能,对未掺加抗剥落剂、掺加液体抗剥落剂和掺加消石灰的安山岩沥青混合料,分别进行了常规水稳定性能试验和汉堡车辙试验。结果表明:较之计算法,采用沥青浸渍法确定安山岩沥青混合料的最大理论相对密度进行配合比设计得到的沥青混合料各项路用性能更优;汉堡车辙试验可以很好地评价沥青混合料的水稳定性能,对于多孔安山岩,掺加消石灰为提高沥青混合料水稳定性能的最佳措施。     

沥青稠度对SMA路用性能影响研究

通过采用不同标号的沥青对ＳＭＡ混合料进行了较为系统的路用性能试验研究,分析了沥青稠度对沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能的影响。研究结果表明,采用低标号沥青的ＳＭＡ混合料比高标号沥青具有更为优越的路用性能。     

排水沥青路面新型防水粘结层的应用研究

排水性沥青路面防水粘结层作为路面结构设计中的薄层,不仅要求能够防止雨水渗透到排水沥青面层的下层,同时需要有较强的沥青层与层间的粘结能力。为了解排水沥青路面结构层中一种新型有机硅树脂防水剂以及改性乳化沥青组成的防水粘结层的实际应用可行性,对这种新型的防水粘结层结构进行了初步的防水和粘结性能测试。试验表明这种新型的防水粘结剂对于密级配沥青混凝土的防水性能随着防水剂用量的增加显著增强,同时,在防水性能较佳的防水剂用量条件下,由这种新型防水剂和乳化沥青组成的防水粘结层处理的层间粘结性能较未处理的层间粘结性能优越。综合考虑这些试验结果表明这种新型防水粘结层对改善防水粘结性能有重要意义,可以应用于排水性沥青路面结构中去。     

全温域条件下沥青路面永久变形预估方法

为了准确、快速预估沥青路面沥青层永久变形,以江西省泉南高速吉莲段为试验路段,从全温域角度出发,引入分区分级分层的思想,即温度分区、轴载分级、路面分层,建立了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法.通过实测及模型计算得到沥青路面全年温度分布、沥青层沿深度的温度分布曲线和全年轴载分布.根据三轴重复荷载试验建立了SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料永久应变黏弹性力学修正模型,确定了不同温度区间的平均修正系数,可求解不同温度和偏应力下不同荷载作用次数的沥青混合料永久应变.通过原点增长累积和反算累积叠加两种方法计算得到设计年限内沥青路面沥青层的永久变形.计算结果表明,泉南高速吉莲段按原点法和反算法的容许永久变形使用年限分别为6年和12年。反算法准确度更可靠,更贴合实际。同时,提出了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估修正模型,并建立了基于全温域温度分布的沥青路面温度区间内的平均永久变形量与荷载作用次数关系方程和永久变形与温度区间内的平均永久变形量、温度分布频率的关系方程,为全温域条件下沥青路面永久变形快速预估提供一种新方式.     

行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响

利用室内试验确定的沥青混合料的动态模量主曲线和时间-温度转化因子,结合实测的冬天和夏天沥青路面结构的典型温度场,定量分析了行车速度对沥青路面材料性能及结构力学响应的影响.结果表明,当行车速度从10 km/h增加到130 km/h时,路面结构内动态模量可增加3倍以上,路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变等关键力学响应可减少20%以上.在冬天和夏天,材料性质及路面响应随车速的变化幅度有所不同.研究表明,为了得到更客观的结果,在路面结构分析和设计中应考虑行车速度的影响.     

厂拌热再生过程中旧矿料颗粒的迁移行为

为提高热再生混合料的均匀性与生产质量,设计一种以回收沥青路面材料(reclaimded asphalt pavement, RAP)模拟制备、利用磁铁分离新旧矿料及迁移程度测试为关键步骤的室内试验,并通过该试验分析了RAP掺量、拌和时间及沥青用量对不同规格旧矿料颗粒迁移程度的影响。试验结果表明:热再生沥青混合料中旧矿料颗粒不能全部脱离原矿料,其迁移程度约为55%~75%;RAP掺量对迁移程度影响不大,随着拌和时间和沥青用量的增加,迁移程度不断增大;适当延长拌和时间,掺加新沥青或再生剂以及增加沥青用量可以促进旧矿料有效迁移,提高热再生沥青混合料的均匀性。