纤维沥青混凝土路用性能研究及应用

通过研究普通及纤维沥青混合料的各项路用性能及力学性能，表明添加纤维能明显改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性能，并且能有效增加混合料的整体性及柔韧性，适于作为特殊路段的铺筑材料。同时针对207国道衙道至道宝河段二级公路表面层沥青混凝土铺装，详细介绍了纤维沥青混凝土在山西公路建设中的应用。     

掺加纤维对高模量沥青混合料柔韧性及路用性能影响研究

为了评价单纤维及交织化复合纤维对BRA改性高模量沥青混合料性能的增强作用,并揭示纤维对高模量沥青混合料的增柔增韧改性机理。采用半圆针入度试验、直接拉伸试验和直接剪切试验研究了纤维对高模量沥青柔韧性和剪切性能的影响,通过电子显微镜(SEM)分析了纤维BRA高模量沥青的表面形貌特征,并采用车辙试验、贯入剪切试验、低温弯曲试验、冻融劈裂、浸水马歇尔试验、间接拉伸疲劳试验和MMLS1/3加速加载试验评价了纤维高模量沥青混合料的各项性能。结果表明,掺加单纤维及交织化复合纤维能显著提高BRA高模量沥青的蠕变柔量和抗剪切强度;纤维的微观形貌差异决定了不同纤维原材料对高模量沥青及其混合料性能改善效果有一定侧重点,采用交织化纤维复配方案恰好实现了不同纤维对BRA改性沥青性能改善效果的叠加作用;m(木质素纤维)∶m(聚酯纤维)∶m(玄武岩纤维)=1∶2∶2组成的交织化纤维,其对高模量沥青混合料各项路用性能有较大提升并且更加均衡,改性效果更佳明显;交织化纤维方案对改善高模量沥青混合料低温抗裂性能、长期高温稳定性和抗疲劳耐久性方面有较好技术优越性。     

纤维沥青混凝土路用性能研究及应用

通过研究普通及纤维沥青混合料的各项路用性能及力学性能，表明添加纤维能明显改善沥青混合料的高温稳定性，低温抗裂性及水稳定性能，并且能有效增加混合料的整体性及柔韧性，适于作为特殊路段的铺筑材料。同时针对109国道棋盘井-石嘴山段一级公路表面层沥青混凝土铺装，详细介绍了纤维沥青混凝土在内蒙古公路建设中的应用。     

高温持续荷载作用下复合纤维对沥青混合料稳定性的影响

为了研究复合纤维沥青混合料在高温持续荷载作用下的稳定性,根据工程中常用纤维和已有研究成果,选用了三种复合纤维,对沥青混合料的变形发展规律及内部空隙结构特征开展试验研究。首先采用加速加载试验,对不掺加纤维和掺加复合纤维的沥青混合料在高温持续荷载作用下的横断面变化和车辙深度进行分析;再利用X-CT扫描技术与VG软件三维重构功能,研究不同纤维沥青混合料的空隙组成及形态特征演变规律。结果表明:高温持续荷载作用下,掺加纤维混合料横断面变形呈现"W"字型,不同纤维在沥青混合料中发挥"加筋"、"增黏"、"吸油"的协同作用,能显著减小沥青混合料的流动变形,且掺加复合纤维III的混合料流动变形最小;掺加不同复合纤维的沥青混合料可采用y=a-b·ln(x+c)进行车辙深度预估。加速加载试验后,掺加三种复合纤维的沥青混合料空隙率最大仅增加7%,分形维数仅降低不到0.5%,表明掺加三种复合纤维基本不改变沥青混合料的空隙结构特征,而且在高温持续荷载作用下,可较好地保持沥青混合料内部空隙的三维形态特征,进而改善沥青混合料的抗变形能力。     

高温重复荷载作用下复合纤维沥青混合料细微观结构分析

为研究高温重复荷载作用对复合纤维沥青混合料细微观结构的影响,基于加速加载试验,对掺加三种复合纤维和不掺加纤维的沥青混合料车辙变化规律进行研究。采用CT扫描试验,对加速加载前后各组沥青混合料的平均空隙体积和粗集料水平倾角的变化规律进行研究。结果表明:相比于不掺加纤维的沥青混合料,掺加复合纤维后,沥青混合料的抗车辙能力显著提升,其中掺加复合纤维Ⅲ的沥青混合料车辙深度减少了61%;掺加三种复合纤维后,沥青混合料平均空隙体积有所降低,粗集料水平倾角有所增加,在高温重复荷载作用下,复合纤维能够显著减缓沥青混合料平均空隙体积的增加幅度,增幅在13%以内,同时减缓粗集料水平倾角的降低幅度,降低值在6.6°以内;沥青混合料车辙深度与加速加载前平均空隙体积、粗集料倾角变化均存在较好的线性相关性。     

柔性聚丙烯纤维-改性乳化沥青混合料的性能

基于"工程地圈系统",首先分析影响路面结构性能的因素,然后以湿轮磨耗值和负荷轮粘砂量为评价指标,通过室内试验给出纤维沥青混合料的试验配合比,并分析纤维长度对混合料性能的影响;测试纤维沥青混合料的抗剪切、抗裂、抗疲劳等性能,对纤维增强沥青混合料性能的机理进行解释。结果表明:聚丙烯纤维-改性乳化沥青混合料试验配合比为纤维∶沥青∶石料∶水=0.25∶11.5∶100∶9.0,施工配合比建议为0.25∶11.5∶100∶11.5。当纤维长度大于两倍石料最大粒径时,对混合料性能的提高并不明显;温度越高则纤维沥青混合料的质量损失越小,并最终趋于稳定。纤维沥青混合料和沥青混合料对应的临界抗飞散温度分别是25和40℃;纤维的加入,使得混合料抗剪、抗裂、抗疲劳等性能均有所提高。     

陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响

向石膏粉料中添加不同含量陶瓷-尼龙复合纤维制备石膏铸型试样，测试分析陶瓷-尼龙复合纤维交织强化石膏试样的性能并观察其断口，研究陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响。结果表明，陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能影响显著，随着陶瓷-尼龙复合纤维含量增加，石膏试样生胚抗弯强度呈倒V字形变化趋势，焙烧后的抗弯强度变化不大；石膏试样透气率随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而增大，当石膏混合料中陶瓷-尼龙复合纤维质量分数为1.25wt%时达到最大值32.3，与传统石膏铸型相比，增大近21倍，尼龙纤维焙烧后形成的孔洞提高了石膏铸型透气率，陶瓷纤维保留在基体中提高强度，当陶瓷-尼龙复合纤维质量分数大于0.75wt%时，纤维会团聚并割裂基体；导热性和抗热震性随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而先增大后减小，当陶瓷-尼龙复合纤维含量为0.75wt%~1wt%时，导热性和抗热震性相对最佳。      

基于关联性的玄武岩纤维沥青胶浆及其混合料性能研究

为全面提升玄武岩纤维沥青混合料性能,研究了纤维类型及玄武岩纤维长度、掺量等因素对沥青胶浆抗裂性能、抗剪性能及流变特性的影响规律;基于纤维胶浆与纤维沥青混合料性能的关联性分析,揭示了玄武岩纤维对沥青混合料性能的细观增强机制。结果表明:玄武岩纤维对沥青胶浆的抗裂性能及流变特性影响显著,其极限拉力和车辙因子分别达到原沥青胶浆的4.5倍及1.08倍;纤维沥青胶浆高温流变特性与其沥青混合料高温稳定性变化规律存在差异,而前者抗裂性能与后者低温抗裂性能关联性较强;玄武岩纤维与沥青胶结料、集料之间形成三维网状结构,有利于抑制裂缝扩展。     

玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响

为研究玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响,通过车辙试验、低温弯曲小梁试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验研究了玄武岩纤维对沥青混合料抗老化性能的作用。试验结果表明:虽然玄武岩纤维沥青混合料的动稳定度随老化时间增加,但相对于普通沥青混合料而言,其增加的幅度减缓,提出采用相对变形率作为老化性能评价指标;玄武岩纤维延缓了沥青混合料老化性能的衰变,使得老化后的混合料低温抗裂性改善;经短期老化和长期老化后玄武岩纤维沥青混合料水稳定性能均优于普通沥青混合料,且玄武岩纤维显著降低了长期老化试件的未冻融劈裂强度,因此在应用中应适当增加碾压次数。     

脱油沥青复合改性沥青混合料性能评价研究

利用脱油沥青(DOA)生产道路沥青是行之有效的技术方案。考察了制备方式对DOA/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)复合改性沥青混合料性能的影响,评价了复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及疲劳性能,并分析了其经济性。结果表明,掺入DOA能提高沥青混合料的高温性能,但对混合料的低温抗裂性、疲劳性能和水稳定性有消极影响;DOA改性沥青与SBS复合后,混合料的低温性能、水稳定性及疲劳性能均有所改善,高温性能更为优异。综合考虑混合料的路用性能,确定合理的DOA掺量为20%(质量分数)。DOA/SBS复合改性沥青不但保证了路用性能要求,而且还能有效地降低成本,经济效益显著,可以应用于公路工程。     

反应性弹性体三元共聚物改性沥青及其混合料性能与机制

采用黏度试验和动态剪切流变试验研究了反应性弹性体三元共聚物（RET）对基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青性能的影响,通过原子力显微镜（AFM）分析了SBS改性沥青和RET-SBS改性沥青的表面形貌特征,并采用车辙试验、低温弯曲试验、弯曲疲劳试验及加速加载试验评价了RET改性沥青混合料的各项技术性能,最后通过Weibull分布,分析了不同RET改性沥青混合料在不同失效概率下的疲劳性能。结果表明：RET的掺入提高了沥青的黏度和抗车辙因子,对沥青的高温性能有较大改善;通过掺入RET-SBS,增加了改性沥青中的黏性成分;相较于SBS改性沥青,RET-SBS改性沥青的表面粗糙度显著增大;RET改性剂能够明显改善沥青混合料的高温稳定性;RET与SBS改性剂复配,可有效弥补RET对沥青混合料低温性能的不足,明显改善沥青混合料的疲劳性能和高温长期稳定性。     

Study on durability of high-modulus asphalt mixture based on TLA and fibre composite modification technology

In order to improve the low-temperature cracking resistance and durability of high-modulus asphalt mixture, this article proposes the use of Trinidad Lake Asphalt (TLA) and polyester fibre complex methods to obtain high-modulus asphalt mixture, based on indoor accelerated load, low bending temperature, freeze-thaw splitting and APA fatigue test to study the influence of TLA content on permanent deformation resistance performance, water stability, low-temperature crack resistance and fatigue resistance of high-modulus asphalt mixtures. Meanwhile, it reveals the mechanism of the TLA and polyester fibre composite modified on high-modulus asphalt mixture and recommends the best solution of high-modulus asphalt complex is 30% TLA + 3‰ polyester fibre.     

温拌剂种类及掺量对不同沥青流变性能的影响

为了研究温拌剂种类及掺量对沥青流变性能的影响,通过动态剪切流变仪对分别掺加RH和Evotherm温拌剂的SBS改性沥青和基质沥青进行温度扫描试验,分析了它们的复数剪切模量、相位角和车辙因子。结果表明,Evotherm温拌剂在28~52℃能够提升两种沥青抗车辙性能,52℃后效果减弱;并且在28~40℃间可以提高两种沥青弹性恢复性能,40℃后会使SBS改性沥青弹性恢复性能减弱,对基质沥青无影响。增加Evotherm温拌剂掺量,在28~52℃会使温拌SBS改性沥青抗车辙性能提高,使温拌基质沥青抗车辙性能有所减弱,52℃后影响不明显。RH温拌剂在28~46℃对两种沥青抗车辙性能略有不利,但负面作用随温度升高逐渐减弱甚至消失;RH温拌剂能够显著增大两种沥青高温时弹性恢复性能。RH温拌剂掺量增大会使两种沥青抗车辙性能降低,但会使弹性恢复性能增强。     

柔性基层沥青路面车辙性能的影响因素

为解决柔性基层沥青路面车辙问题,采用室内试验和数值模拟对柔性基层沥青路面车辙性能的影响因素进行了研究。结果表明,空隙率是影响柔性基层沥青混合料抗车辙能力最关键的因素,宜为4%左右;级配形成骨架嵌挤结构能明显提高柔性基层混和料的抗车辙能力,但级配不宜太粗;对SBS改性沥青,可根据基质沥青的高温性能指标来选择改性沥青;温度、荷载、行车速度对柔性基层沥青路面车辙性能有显著影响。     

老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响

为了研究老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响,通过沥青常规指标测试试验、动态剪切流变（DSR）试验和AFM测试试验,从宏细观角度分析了老化前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性沥青和胶粉改性沥青的针入度、延度和软化点及疲劳性能、微观结构的变化情况。结果表明：随着老化程度的加深,两种改性沥青的稠度、硬度增加,高温性能得到改善,而温度敏感性变低,低温抗裂性能变差。综合分析针入度比、延度比和软化点比得出胶粉改性沥青的抗老化性能优于SBS改性沥青;随温度的降低、频率的增大和老化程度的加深,两种改性沥青的抗疲劳性能变差;微观结构观测结果显示,SBS改性沥青具有"蜂型结构",老化后"蜂型结构"的体积增大、高度增加、数量减少;胶粉改性沥青没有"蜂型结构",胶粉颗粒与沥青在共混共融过程中发生溶胀、脱硫和降解等行为会影响沥青中"蜂型结构"的形成;老化前后胶粉改性沥青表面形貌粗糙度和高度变化不大;胶粉改性沥青的抗疲劳、抗老化和高温性能总体优于SBS改性沥青。     

Pavement performance evaluation of recycled styrene–butadiene–styrene-modified asphalt mixture

More and more styrene–butadiene–styrene (SBS)-modified asphalt waste materials are being discarded with the increase in road service life. The recycling of these waste pavement materials can reduce environmental pollution and help save resources. However, the low-temperature performance and the fatigue resistance of recycled asphalt mixture are significantly affected by the addition of reclaimed asphalt pavement (RAP). In order to evaluate the low-temperature performance and the fatigue resistance of recycled SBS-modified asphalt mixture, three points bending test, Fénix test and Ensayo de BArrido de DEformaciones test were conducted. Additionally, the differences of recycling between SBS-modified RAP with different ageing conditions and ordinary unmodified RAP were compared. The results showed that fatigue resistance of modified recycling of asphalt mixture with different RAPs did not vary much under low temperature (?5 °C) while displaying an obvious difference under higher temperature. SBS-modified RAP under light ageing condition was suitable for modified recycling. However, the SBS-modified asphalt from RAP under serious ageing condition would lose modification effect resulting in a great reduction of the low-temperature crack resistance and the fatigue resistance. Therefore, it is necessary to evaluate the ageing degree of RAP before recycling SBS-modified asphalt mixture. The SBS-modified RAP under serious ageing condition (SM-RAP) is not recommended for directly modified recycling. But considering for further utilisation, the SM-RAP used for unmodified recycling as ordinary unmodified RAP can be regarded as a good choice and the RAP content should be restricted to less than 30%.     

Experimental investigation of basic oxygen furnace slag used as aggregate in asphalt mixture

Chinese researchers have commenced a great deal of researches on the development of application fields of basic oxygen steel making furnace slag (BOF slag) for many years. Lots of new applications and properties have been found, but few of them in asphalt mixture of road construction engineering. This paper discussed the feasibility of BOF steel slag used as aggregate in asphalt pavement by two points of view including BOF steel slag's physical and micro-properties as well as steel slag asphalt materials and pavement performances. For the former part, this paper mainly concerned the mechanochemistry and physical changes of the steel slag and studied it by performing XRD, SEM, TG and mercury porosimeter analysis and testing method. In the second part, this paper intended to use BOF steel slag as raw material, and design steel slag SMA mixture. By using traditional rutting test, soak wheel track and modified Lottman test, the high temperature stability and water resistance ability were tested. Single axes compression test and indirect tensile test were performed to evaluate the low temperature crack resistance performance and fatigue characteristic. Simultaneously, by observing steel slag SMA pavement which was paved successfully. A follow-up study to evaluate the performance of the experimental pavement confirmed that the experimental pavement was comparable with conventional asphalt pavement, even superior to the later in some aspects. All of above test results and analysis had only one main purpose that this paper validated the opinion that using BOF slag in asphalt concrete is feasible. So this paper suggested that treated and tested steel slag should be used in a more extensive range, especially in asphalt mixture paving projects in such an abundant steel slag resource region.     

苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与废橡胶粉复合改性高黏沥青及混合料性能研究

为了评价高黏改性剂对沥青性能的影响,采用高速剪切法制备了苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青、废橡胶粉改性沥青和两种SBS/橡胶粉复合改性高黏沥青。通过三大指标试验、黏度试验、高温车辙试验和低温小梁弯曲试验,研究了高黏沥青的高低温性能、感温性能及沥青混合料路用性能。结果表明:4种改性沥青的高低温性能随各自改性剂掺量的增加逐渐提高,掺加10%北美岩沥青或2.5%多聚磷酸(PPA)的高黏沥青感温性能更稳定,较大幅度提升了黏度值,高温性能改善明显;掺加2.5%PPA的高黏沥青及其混合料能够更好地抵抗高温条件下的性能衰减,保证了使用效果,更适用于温度较高地区;掺加10%北美岩沥青的高黏沥青及其混合料在低温条件下性能良好,推荐在低温地区使用。     

Investigation of fatigue and fracture properties of asphalt mixtures modified with carbon nanotubes

Load‐induced cracking is one of the primary forms of distress in asphalt pavements at intermediate temperatures. Binder modification is a good alternative to promote the cracking resistance of asphalt mixtures. In the current research study, the effects of carbon nanotubes as a binder modifier on the fatigue and fracture performance of asphalt mixtures are investigated. The carbon nanotubes are added at five different percentages ranging from 0.2% to 1.5% to the base binder to study their effects on the fracture resistance and fatigue life of the asphalt mixtures. Using the cracked semi‐circular bend specimen, the critical value of J‐integral (Jc) was obtained for the investigated modified asphalt mixtures. Also, the fatigue behaviour of asphalt mixtures was studied using flexural beam fatigue test specimen. By employing the ratio of dissipated energy change approach, the plateau value of tested mixtures was determined as a measure of fatigue performance. Results showed that the carbon nanotubes can enhance both fracture resistance and fatigue performance of tested asphalt mixtures especially at higher percentages of the carbon nanotube.