乳化沥青冷再生混合料性能优化及机理研究

为提升华南湿热地区乳化沥青冷再生混合料的路用性能,研究了乳化沥青用量、水泥掺量及铣刨料(RAP)掺量对冷再生混合料高温性能、水稳性能及疲劳性能的影响规律.通过多指标加权分析,对冷再生混合料进行了性能优化及影响因素优选,并借助扫描电镜(SEM)揭示了水泥-乳化沥青胶浆的抗裂增强机理.结果表明:乳化沥青用量和水泥掺量对冷再生混合料高温性能的影响最为显著,RAP掺量对其水稳性能的影响最大,不同应力比下冷再生混合料疲劳性能受各因素影响的显著性存在差异;当乳化沥青用量(质量分数,下同)为3.5%,水泥掺量为2.0%,RAP掺量为80%时,冷再生混合料的综合性能最佳;水泥-乳化沥青胶浆能改善冷再生混合料微观界面变形协调性,使其更好地传递和分散应力,减缓裂缝发育速率,抗裂效果显著.     

沥青混合料动态模量预估模型研究进展

由于沥青路面结构受到车辆荷载、环境等因素的不断变化作用,它的实际工作状态与静态体系在材料性质等方面存在较大差距。因此,针对动态荷载作用下沥青路面结构的动态参数和动力特性的研究十分必要。沥青混合料动态模量是沥青路面设计的重要参数之一,通过室内试验测得沥青混合料不同温度、频率下的动态模量,然后绘制主曲线,可准确预测不同温度、频率及极端条件下沥青混合料的动态模量。然而,目前沥青混合料模量测试方法复杂、试验成本较高,因此寻求简便的方法获得或预估沥青混合料的模量成为近年来研究的热点。为此,已有众多学者针对沥青混合料动态模量预估模型进行了研究。典型的预估模型包括Witczak 1-37A模型、NCHRP 1-40D模型和Hirsch模型等,尽管这些模型是在大量试验数据的基础上拟合得到,但由于世界不同地区的材料、试验方法、环境条件等存在差异,致使三种经验预估模型在不同地区的适用性也不尽相同。与此同时,随着计算机技术的发展,研究人员逐渐从微观角度建立模型来预测混合料的动态模量,而在沥青混合料数值模拟方面,离散元法(DEM)具有其他数值模拟方法无可比拟的优势。在典型预估模型的适用性方面,国外针对沥青混合料动态模量的预估做了大量研究,对几种典型的动态模量预估模型的适用性进行了系统分析,并提出了具体的修正模型。但目前我国在预估模型方面的研究只集中于个别省份和地区,而全国范围内沥青混合料动态模量的综合测试较少,缺乏有效的预估模型基础数据,因此针对我国不同地区沥青混合料动态模量的预估模型有待进一步深入研究。在沥青混合料细观模型方面,基于CT图像处理技术的离散元仿真试验,可建立以真实试件为依据的虚拟几何模型,其中集料形状、分布以及空隙特征都可与实际情况一致,从而进行良好的虚拟仿真试验。本文归纳了沥青混合料动态模量预估模型的研究进展,分别对沥青混合料动态模量预估模型以及各预估模型在不同地区的适应性进行了分析,并介绍了基于DEM的动态模量预测方法。最后,分析了沥青混合料动态模量预估模型研究面临的问题并展望了其应用前景,以期为沥青混合料动态模量预估模型在我国沥青路面设计中的研究和应用提供参考。     

橡胶沥青混合料疲劳损伤及全周期寿命预估

针对橡胶沥青混合料疲劳性能评价指标单一,疲劳失效判定标准难以确定的问题,在研究橡胶沥青混合料疲劳损伤演化过程的基础上,计算损伤曲线特征值并将其作为疲劳性能的评价指标,同时建立BP神经网络全周期疲劳寿命预测模型.研究表明:橡胶沥青混合料疲劳损伤过程中材料劣化速度能够保持在稳定发展状态,未发生明显疲劳失效现象;无损劲度模量S0,失稳率V,疲劳稳定度K和转化劲度模量St可作为疲劳性能的评价指标,并具有明确的物理含义;采用BP神经网络模型进行预估全周期疲劳寿命可获得较高准确度,Levenberg-Marquardt训练算法收敛速度快,泛化能力好,最大相对误差为1.70%~8.23%.     

自养护路面混凝土抗盐冻性能及疲劳特性

为有效增强路面混凝土耐久性能,基于盐冻试验、盐冻前后的断裂性能试验及弯拉荷载疲劳试验,探索了高吸水性聚合物(SAP)自养护路面混凝土抗盐冻性能及疲劳特性随SAP掺量、粒径的变化规律,并结合自养护水泥浆体孔隙参数、微观形貌及骨料-水泥石界面过渡区(ITZ)特征,揭示了性能影响机理。结果表明:小粒径SAP形成的残留孔洞能有效释放拉应力,降低结冰点,细化孔结构,从而增强路面混凝土抗盐冻性能;当SAP粒径为100目(150 μm),掺量为0.145%(质量分数)时,路面混凝土在冻融30次时的断裂韧度损失率、断裂能损失率分别比基准组降低了25.25%、10.51%;小粒径SAP对疲劳寿命的提升程度随应力水平的提高而增大,当应力水平为0.80时,自养护组的疲劳寿命相比基准组提升了2.65倍;SAP能够有效提升水泥混凝土结构内部密实度,吸持ITZ区域部分水分,增强水泥石和骨料之间的粘结性,从而改善混凝土抗盐冻性能和疲劳特性。     

SAP内养生混凝土抗渗性能与细观结构相关性研究

为研究高吸水性树脂(Super absorbent polymer,简称SAP)参数对路面混凝土抗渗性能及细观结构的影响规律,并从细观角度探索SAP对路面混凝土抗渗性能的增强机理,选用3种目数,3种掺量的SAP,基于抗氯离子渗透试验(RCM)研究SAP参数对路面混凝土抗渗性能的影响;基于压汞试验(MIP)研究其对路面混凝土不同层位、不同龄期的孔结构参数的影响;基于数值分析法研究内养生路面混凝土抗渗性能与孔结构间的相关性.试验结果表明:SAP可有效提高路面混凝土的抗渗性能,且掺量为0.160％的40 ～ 80目SAP提高效果最显著;SAP的掺入虽然在一定程度上增大了路面混凝土的孔隙率,但能够减小平均孔径、临界孔径尺寸,并使各层位之间的孔结构更加均匀,且随着龄期的增长,SAP的优化效果更加明显;氯离子迁移系数与孔隙率和过渡孔、毛细孔总含量显著相关,且其含量越大,混凝土抗渗性能越差.     

温度及动水压力工况下纤维沥青碎石封层层间黏结性能

为解决湿热地区纤维沥青碎石封层与沥青面层层间黏结性能不足的难题,考虑温度及动水压力工况,通过层间拉拔试验及剪切试验,研究了改性乳化沥青类型、碎石岩性及粒径等因素对纤维沥青碎石封层层间黏结性能的影响.基于纤维-沥青界面及封层断裂面处的扫描电镜分析,揭示了封层层间黏结性能的增强机理.结果表明:动水-温度耦合与温度单因素作用下的封层黏结性能变化规律基本吻合;封层黏结性能的破坏形式主要为黏附性破坏,玄武岩碎石封层拉拔强度大于花岗岩碎石封层,且在动水压力作用下更为显著;3~6mm与4~8mm碎石封层的拉拔强度高于5~10mm碎石封层;动水压力为0.1~0.3MPa时,碎石封层剪切强度下降速率达到峰值;纤维均匀撒布在两层乳化沥青之间,在吸附、化学键及扩散共同作用下提升材料内聚力与黏附性,增强了纤维沥青碎石封层层间黏结性能.