沥青混凝土结构表征与参数构建

为研究沥青混凝土的结构,丰富表征沥青混凝土结构的参数,首先对常见的体积参数进行总结,分析沥青混凝土组成成分和结构特点. 然后,从不同角度出发构建新的体积参数,并对参数进行分类和分析. 最后,在AC-16级配范围内通过改变细集料的比重得到了5个不同级配,同时设置4.2%、4.7%、5.2%（沥青占混合料的质量比）3种不同沥青用量,研究沥青用量对参数的影响,根据现行沥青混合料试验规程要求制作标准马歇尔试件,并进行体积指标的测定,通过计算得到构建的参数,并分析参数随级配及沥青用量的变化规律. 结果表明:体积参数随着沥青混合料的级配、沥青用量的改变有着明显的变化. 其中,沥青类参数VA、VM、d_b与混合料中的沥青用量有明显的线性关系,同时VM还与V_f有关;空隙类参数VMA、V_K、VV随V_f的增加先减小后增大. 只改变沥青用量时,VMA、V_K、VV隨沥青用量的增加而减小;集料类参数G、V_c、V_f、Vf /(1-c)、F_BV、F₁、F₂、V_c/f与混合料中粗细集料以及矿粉的比例有关.     

高温下橡胶沥青胶浆特性及矿料级配优化分析

为改善橡胶沥青混合料的高温性能,提出以橡胶沥青胶浆和矿料级配为主要研究对象的优化思路。通过室内试验,首先研究粉胶比对橡胶沥青胶浆抗车辙因子和相位角的影响;然后结合橡胶沥青的特异性,对其橡胶沥青混合料的矿料级配进行选择和调整,将动稳定度和相对变形作为混合料高温性能评价指标,得出优化后的矿料级配。研究结果表明,提高橡胶沥青混合料高温稳定性的措施有：适当调整粉胶比,控制在1．2左右为宜;以水泥取代矿粉作为混合料的填料;以传统SMA级配为基础,对混合料级配作出调整,适当降低填料比例,能够实现橡胶沥青混合料高温稳定性的优化。     

基于细观结构特征的沥青混合料空隙三维分布特征研究

细观结构特征对沥青混合料宏观性能有着重要影响,其中细观结构的空隙率特征是影响沥青混合料车辙、水损害的关键因素之一.通过工业CT分别对最大公称粒径分别为13 mm与16 mm的AC、SAC、SMA的6种沥青混合料试样进行无损扫描,获取其内部细观结构特征信息,并对其试样进行三维重构.提取试样的内部空隙体积参数并计算其三维空隙率;选取部分断面图像计算其二维空隙率,并对两种方法计算出的空隙率进行对比分析.研究结果表明:试样内部空隙数量随着空隙体积增大呈递减趋势,且0～50 mm3体积区间内空隙数量最多;相同级配下,SAC的空隙率小于AC和SMA;最大公称粒径为13 mm的空隙率小于16 mm的空隙率;空隙率由试样两端向中间呈逐渐减小的趋势,且SMA较SAC表现得明显,最大公称粒径为16 mm的试样比最大公称粒径13 mm的表现得更明显;3D计算空隙率比2D计算空隙率更接近实测值.     

沥青马蹄脂碎石混合料的制备及其性能

为了提升沥青马蹄脂碎石混合料(SMA)的路用性能及耐久性,采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、橡胶粉、增粘树脂、增塑组分对基质沥青进行复合改性,开发出高粘高弹改性沥青.分别以高粘高弹改性沥青、高粘沥青、SBS改性沥青作为胶结料,对比分析不同沥青制备的SMA混合料的路用性能和耐疲劳性能.结果表明:橡胶粉对沥青的弹性恢复性能及高温粘度影响较大;高粘高弹改性沥青表现出优异的粘弹性能,软化点达到92℃,5℃弹性恢复达到86%,60℃粘度达到62 000 Pa·s;采用高粘高弹沥青作为胶结材料,相比于SBS改性沥青和高粘沥青,大幅提升了SMA混合料的路用性能和耐久性能,70℃动稳定度超过7 000次/mm,0.3应力比下的疲劳次超过6万次.     

SMA混合料体积参数的试验研究

通过变化三种级配、两种纤维及每一纤维用量下至少变化三种油石比进行试验,研究级配组成、油石比及纤维沥青胶浆对SMA混合料体积参数的影响.结果表明,混合料的矿料级配对SMA混合料的体积参数影响显著.随4.75 mm筛孔通过率的增加,矿料间隙率VMA和空隙率VV均显著降低,而粗集料骨架间隙率VCAmix和沥青饱和度VFA则明显变大;随油石比的增加,由于沥青的填充作用,导致空隙率VV逐渐降低,沥青饱和度VFA增加.在级配一定情况下,纤维的"微集料"及填充作用,使SMA混合料的空隙率VV随纤维沥青胶浆含量的增大而减小,矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA及粗集料骨架间隙率VCAmix逐渐增大.     

不同成型方法和级配的沥青混合料内部空隙特征

采用X-ray CT技术和数字图像处理技术研究两种成型条件下三种级配沥青混合料试件的内部空隙特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明,沥青混合料的空隙空间分布规律受试件成型方法及级配类型的影响较大。不同级配条件下,马歇尔试件内部空隙率分布沿着高度方向总体呈现对称形状,而静压试件内部空隙率分布则为"一端大,一端小"的形状,马歇尔试件的平均空隙率与目标空隙率差异较小,而静压试件的平均空隙率是目标空隙率的1.4倍以上;相同级配条件下,与马歇尔试件相比,静压试件的空隙空间分布离散性、平均空隙率和平均空隙数量均较大,但平均空隙等效直径相差较小;采用两参数数学模型能够较好地表征成型方法和集料级配对沥青混合料内部空隙空间分布规律的影响。     

改性沥青SMA路面在徐州地区应用的研究

结合徐州地区气候、地理、环境和降雨量特点,采用当地原材料,研究改性沥青SMA混合料组成设计、路用性能和最佳沥青用量,并通过试验路验证,从而提出符合该地区年温差大、降雨量集中及夏季高温特点的沥青用量和SMA混合料的级配组成,力争从根本上改变沥青路面早期病害问题.     

基于集料分形特征的沥青混合料配合比设计

为了使沥青混合料配合比设计更具针对性,基于集料分形特征,探讨了集料粒径分维值与沥青混合料体积参数的关系,在此基础上,确定出满足规范要求的沥青混合料体积指标对应的最佳沥青用量和矿料级配,并通过路用性能的测试检验了设计混合料.结果表明:集料粒径分维值与沥青混合料体积指标有很强的线性相关性,利用该相关关系可以对混合料的体积参数进行预估,快速确定最佳沥青用量、矿料级配.     

阻燃剂对SBS改性沥青混合料路用性能影响

采用阻燃剂与SBS改性沥青复合制备了阻燃SBS改性沥青,测试了不同阻燃剂掺量下SBS改性沥青的阻燃性能和物理性能,研究了阻燃剂掺量对SMA沥青混合料路用性能的影响。结果表明:阻燃剂可显著提高SBS改性沥青的阻燃性,在阻燃剂掺量为8%时,改性沥青的氧指数可达到24.5%;阻燃剂的加入,增大了改性沥青的粘度,导致SMA沥青混合料空隙率增大,降低了沥青混合料的马歇尔稳定度,浸水残留稳定度比和冻融劈裂强度比也减小,但车辙动稳定度提高。     

钢渣OGFC-13型排水沥青混合料的配合比设计及性能研究

以钢渣为粗集料、石灰岩为细集料、矿粉为填料、SBS改性沥青为结合料配制OGFC-13型开级配钢渣排水沥青混合料,其配合比为m（（13.2~19）mm钢渣）∶m（（9.5~13.2）mm钢渣）∶m（（4.75~9.5）mm钢渣）∶m（（0~4.75）mm石灰岩）∶m（矿粉）=13∶28∶45∶13∶1,最佳油石比为4.5%,聚脂纤维用量为0.3%。该沥青混合料的钢渣用量高达86%,且不用提高改性沥青和纤维用量,有利于钢渣的综合利用,节约道路建设成本。通过马歇尔稳定度、冻融劈裂强度和车辙试验得出,该沥青混合料的马歇尔稳定度为9.8kN,劈裂强度比为89.8%,动稳定度为5753次/mm,均优于技术规范要求。该沥青混合料的渗水系数为37.0mL/s,摩擦系数（BPN值）为70.7,表明其渗水能力很强,抗滑性能优良。     

集料有效密度及混合料合理体积参数计算方法研究

体积参数是沥青混合料设计的基础,但由于集料对沥青的吸收,使得最大理论密度既不能准确测量,又不能准确计算,从而影响了体积参数计算的准确性.提出了用沥青浸渍进行集料有效密度测定的试验方法.试验结果表明,对于改性沥青混合料,按照新颁布实施规范中的公式计算集料有效密度是不合理的,而用沥青浸渍法测量结果复现性好,对试验条件要求不高,试验人为因素影响小.用沥青浸渍法实测的集料有效密度能够计算得到沥青混合料最大理论密度的真值.对连续密级配沥青混合料试件空隙率组成进行了理论分析,提出合理的试件密度测定方法,并提出了沥青混合料体积参数计算公式.     

沥青混合料劈裂强度的影响因素

选用相同的试验材料,通过室内劈裂试验,研究了常温和低温下级配、油石比、空隙率以及均匀性对沥青混合料劈裂强度的影响规律。研究结果表明:常温下,随着级配变粗,沥青混合料劈裂强度增大;低温下,随着油石比增大,沥青混合料劈裂强度和劲度模量增大,破坏应变减小;随着空隙率的增大,沥青混合料劈裂强度减小;沥青混合料均匀性与劈裂强度间没有直接明显的相关性,但与其变异性间的关系很好。     

沥青混合料级配分形研究

分形理论作为一种非线性的研究方法,被应用到了许多领域,特别是在材料学方面应用广泛.沥青混合料存在着空隙、集料粒径以及级配等分形,对AC-13、SMA-13、SUPER-13 3种类型沥青混合料的级配分形和分维数范围进行研究.通过研究获得用分维数表征上述3种沥青混合料级配的结果,研究结果表明,分维数和级配的相关性很好,且可以通过维数值反映间断级配或连续级配的特征;可以通过分维数值的大小判定沥青混合料的级配组成,从而对沥青混合料拌合中对配合比控制和检验提供一种新的方法.     

两种设计方法的最佳沥青含量关系探讨

对多组矿质混合料,按照沥青混合料马歇尔设计方法和Superpave设计方法分别确定最佳沥青含量.T检验表明,两种方法确定的最佳沥青含量有显著差异 .采用多元方差分析方法,研究了沥青混合料类型,矿料级配类型、沥青品种及矿料种类对两种方法确定的沥青含量差别的影响效果.结果表明,矿料级配类型是主要因素,其他因素影响不显著.根据试验结果的统计规律 ,提出马歇尔法和Superpave法确定的最佳沥青含量间的定量关系式,并对模型进行检验和实际应用.     

Fractal dimension analysis of the fine aggregate gradation of interlocking skeleton asphalt mixture

By analyzing the fine aggregate gradation scales from standards,fine aggregate in the asphalt mixture is regarded as a whole research object and fractal dimensions X of the samples were obtained by linear regression and(AC-13)is 2.43-2.56,Sup-13 is 2.28-2.54,SMA-13 is 2.66-2.88 and SAC-13 is 2.54-2.73.In the dense gradation mixture,there are little different between fractal dimensions of coarse and fine aggregates but it makes sense for skeleton asphalt mixture.For a given coarse aggregate gradation and the...     

Degradation behavior of aggregate skeleton in stone matrix asphalt mixture

The degradation behavior of aggregate skeleton in stone matrix asphalt mixture was investigated based on theoretical analysis, laboratory test and field materials evaluation. A stress-transfer model was established to provide the fundamental understanding of the stress distribution and degradation mechanism of stone matrix asphalt (SMA) aggregate skeleton. Based on the theoretical analysis, crushing test and superpave gyratory compactor (SGC) test were used to evaluate the degradation behavior of aggregate skeleton of SMA. To verify the laboratory test results, gradation analysis was also conducted for the field materials extracted from SMA pavements after long-time service. The results indicate that the degradation of SMA aggregate skeleton is not random but has fixed internal trend and mechanism. Special rule is found for the graded fine aggregates generated from coarse aggregate breakdown and the variation of 4.75 mm aggregate is found to play a key role in the graded aggregates to form well-balanced skeleton to bear external loading. The variation of 4.75 mm aggregate together with the breakdown ratio of aggregate gradation can be used to characterize the degradation behavior of aggregate skeleton. The crushing test and SGC test are proved to be promising in estimating the degradation behavior of SMA skeleton.     

橡胶颗粒沥青混合料矿料级配的分形评价

橡胶颗粒沥青混合料集料分布具有明显的分形特征,建立了橡胶颗粒沥青混合料集料体积分形维数与沥青混合料空隙率的回归模型。验证了集料体积参数与混合料空隙率的强相关性,空隙率随着矿料级配分维值D的增加而减小。与橡胶颗粒沥青混合料对应的级配范围集料粒径分维值D范围为2.54～2.59。间断级配JAC-16适用于二重分形评价,采用二重分形计算的相关系数较高,说明该级配的实际组成与级配分形理想模型拟合的程度较高。     

布敦岩矿料的沥青混合料路用性能

以70号A级道路石油沥青为依据,实施了6种不同布顿岩矿料掺量的6种AC20矿料级配的布顿岩沥青混合料路用性能研究。结果表明,布敦岩沥青原材料中的岩矿料对矿料级配组成与路用性能均影响较大;合理选择布敦岩沥青油石比可显著提高综合路用性能,较优油石比为0.7%~1.3%时的路用性能接近于SBS改性沥青混合料,但对提高水稳定性能力有限;布敦岩沥青最佳掺量为23.7%,与布敦岩沥青原材料自身的油石比几乎相同。     

Design method and performance for large stone porous asphalt mixtures

Design method for large stone porous asphalt mixtures (LSPM) was analyzed to avoid the early distresses of semi-rigid asphalt pavements. Based on stone-to-stone skeleton structure concept, processes of LSPM gradation design was given. The gradation composite design for LSPM shows that the LSPM nominal maximum size (NMS) should be larger than 26.5 mm, and the NMS sieve passing percentage should be greater than 50%. Through experiments and calculations on the volume properties of the aggregate, the range of aggregate gradation curve of LSPM was given. In terms of asphalt binder’s normalized test results, MAC-70 and SBS modified asphalt were selected as the asphalt binders. The applicability of large scale Marshall Method and gyratory compaction method to shape specimens was investigated. Based on the asphalt mixture performance evaluation, the optimum asphalt content range (3.1%–3.6%), the bitumen film’s thickness range (13–16 μm) and the air void range (135–18%) were recommended. Finally, LSPM was tested by the laboratory performance tests including rutting resistance test, fatigue test and water stability test. The theoretic and practical analysis shows that LSPM has a good performance on water permeability, rutting resistance and reflection crack resistance.