基于细观力学的沥青胶浆动态剪切模量预测

将沥青胶浆视为由沥青基体和矿粉夹杂相组成的两相复合材料,基于简化的Christensen-Lo模型有效模量解答,应用广义Maxwell模型和黏弹性对应原理,建立了沥青胶浆动态剪切模量预测的细观力学模型,采用不同种类沥青胶浆的动态剪切流变仪(DSR)试验对预测值进行了校正,并分析了模型参数对预测值的影响。结果表明,矿粉体积分数为10%时,预测值与试验值较为一致,但在20%和30%体积分数下,预测值小于试验值;预测偏差主要归因于较高体积分数下矿粉颗粒间的相互作用,采用逾渗理论对提出的预测模型进行修正,据此得到的预测值与试验值较为吻合;矿粉弹性模量对预测值的影响较小,增大矿粉体积分数可以有效提高预测值。     

应用DSR评价沥青胶浆路用性能的研究

沥青胶浆是沥青混合料的重要组成部分,但是由于试验条件与手段的限制,我国对沥青胶浆的研究不多,针对这一问题,利用动态剪切流变仪（DSR）,研究沥青胶浆性能以及胶浆中矿粉和纤维对它的路用性能的影响,研究结果表明,矿粉与纤维可以显著提高沥青胶浆的高温性能,但是,不适当的增加矿粉与纤维用量将损伤沥青胶浆的疲劳性能。     

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。     

不同填料沥青胶浆物理力学性能试验

对掺量均为7%的矿粉沥青胶浆和硅藻土粉沥青胶浆进行了物理、力学性能试验,其中物理试验包括软化点、针入度及布氏黏度试验;力学试验包括小梁低温冲击试验及三点弯曲试验。沥青物理试验结果表明:硅藻土粉可以显著提升沥青高、低温性能,并利于弱化沥青的温度敏感性。力学试验结果表明:硅藻土粉沥青胶浆不仅具有更加优良的抗冲击性能,而且能够承受更大的低温变形,从而对硅藻土改性沥青混凝土的制备过程中硅藻土粉和矿粉的掺入比例设计具有一定的指导意义,有利于硅藻土改性沥青混凝土的推广使用。     

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。     

水泥对乳化沥青混合料微观结构的改善机理

采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)以及Zeta电位仪等微观试验手段,研究分析了水泥对乳化沥青混合料微观结构的改善机理.结果表明,掺加3.0%水泥后,乳化沥青胶浆中光滑区域减小,凝胶体数量增加,胶浆结构致密性加强.水化产物与沥青以物理结合方式构成网状结构;混合料胶浆与集料界面距离缩小,界面区出现分层现象,存在致密结构区域,界面区微观结构得到改善;提出了水泥在乳化沥青混合料微观结构改善中的4个作用,即促进乳化沥青破乳、构成水化产物/沥青膜网状结构、弥补混合料内部缺陷以及提高沥青与集料粘附性.     

矿粉宏细观特征耦合对沥青胶浆低温性能的影响

分析了矿粉填料宏观掺量与其细观特征耦合效应对沥青胶浆低温性能的影响,并确定了矿粉宏观掺量。基于Rigden空隙率测试原理确定单位质量矿粉中所含有的细观空隙。基于临界破坏及疲劳破坏控制指标的变化规律,确定了不同低温条件下胶浆中结构沥青与自由沥青的最佳比例,并据此确定了最佳粉胶比。结果表明:从结构沥青与自由沥青比例的角度出发可以建立矿粉宏观掺量与其细观粉体特征的耦合。本文研究成果对于提升沥青胶浆低温路用性能具有重要意义。     

高粘改性沥青胶浆粘弹特性研究

为分析矿粉在高粘改性沥青中的作用机理,对不同粉胶比下的高粘改性沥青胶浆进行布氏粘度试验和重复蠕变试验。从粘弹性角度分析了粉胶比和试验温度对胶浆粘度和粘温指数|VTS|的影响,以及粉胶比对胶浆蠕变劲度的粘性部分GV、累积变形量和变形恢复能力γL/γP等粘弹性指标的影响。结果表明:随着粉胶比的增大,粘度和GV值急剧增大,累计变形量和γL/γP逐渐减小,而|VTS|随粉胶比的增大先减小后增大;当粉胶比小于1.2时,增大粉胶比能显著改善沥青胶浆的感温性及高温抗变形能力,当粉胶比大于1.4时继续增加矿粉的用量会显著影响沥青胶浆的变形恢复能力。综合考虑,粉胶比的合适范围在1.0~1.4之间。     

乳化沥青冷再生混合料中的复合胶浆性质

对乳化沥青冷再生混合料中的三种胶浆系统进行了研究,包括沥青+矿粉、乳化沥青残留物+矿粉和乳化沥青残留物+水泥。结果表明,因为水泥水化作用的存在,水泥⁃乳化沥青残留物胶浆表现出更高的模量增率效果;模量和相位角变化呈现与普通矿粉⁃沥青胶浆和矿粉⁃乳化沥青胶浆不同的特点,且不随粉胶比呈现线性单调的变化;胶浆界面黏结力与矿粉⁃沥青胶浆相当,并在低粉胶比范围内远高于单独利用矿粉的乳化沥青残留物胶浆。     

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。     

沥青混合料玻璃态转变温度的外部影响因素

为探究环境因素、交通水平等外部条件对沥青混合料玻璃态转变温度的影响,研究选取升温速率、荷载频率、应变水平3个试验因素,采用DMA方法在不同试验水平下对沥青混合料试件进行温度扫描试验.利用Boltzmann模型拟合得到材料的玻璃态转变温度,通过对试验结果的统计分析,确定影响玻璃态转变温度的主要因素,并建立了多因素影响下的玻璃态转变温度预测模型.结果表明:采用Boltzmann模型能够准确有效地确定材料玻璃态转变温度;升温速率、荷载频率对沥青混合料的玻璃态转变温度有显著影响,玻璃态转变温度随着升温速率、荷载频率的增大而升高,玻璃态转变温度与升温速率、荷载频率的对数值存在良好的线性关系;处于弯拉受力模式下的沥青混合料,其玻璃态转变温度在线粘弹性区域内并无明显的应变依赖性.     

沥青混合料动态剪切模量主曲线的确定

为了克服条件评价的局限性,采用动态剪切流变仪对沥青混合料进行了连续动态频率扫描。获得了跨越15个数量级的动态模量随频率变化的主曲线,进行了沥青混合料全温全频分析,掌握了材料的黏弹性力学行为。通过讨论与分析,提出了极限频率、流变区、稳态区、低频转折点、高频转折点等概念。研究表明,动态流变试验是获得沥青混合料主曲线的有效方法,主曲线为全温全频分析提供了基础条件,基于主曲线形态提出的5个概念能够客观地反映混合料的本质特性。     

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.     

Ability of rotary compactor in compacting consistent slabs and effect of rotary compaction on engineering properties of stone mastic asphalt mixtures

A new automatic rotary compactor and its abilities in compacting stone mastic asphalt （SMA） are presented. Following an overview of the rotary compactor and the compaction procedure, it is demonstrated that the rotary compactor is able to produce uniform slabs with the desired thickness of 65 mm all over around. Furthermore, 132 cored samples from the rotary compactor had been compacted uniformly with approximately 4% optimum air void content. In addition, performance tests results indicate that the rotary compactor produces asphalt mixturures with the requirements of resilient modulus, Marshall stability and flow. A weight factor was introduced for each fraction of aggregates in the degradation analysis to compensate the crushing effect of aggregates during mixing and compacting.     

沥青玛蹄脂混合料矿料骨架构成及其接触特性

通过建立沥青玛蹄脂混合料SMA-13三维离散元模型,研究了SMA-13的矿料骨架构成及其接触特性。利用PFC3D中的FISH语言编制用户子程序,提取了不同粒径集料(2.36mm)之间的接触力。在统计大量数据的基础上,分析了各粒径集料在SMA-13中的作用和各粒径集料自身之间以及与其他粒径集料之间的接触特点。研究表明:在SMA-13中,13.2、9.5和4.75mm集料相互接触构成骨架,承担大部分荷载,而2.36mm集料主要填充骨架的空隙,承担小部分荷载;并且9.5mm集料和4.75mm集料是构成集料骨架的主体,承担60%左右的荷载。     

沥青混合料蠕变柔量的试验研究与力学解析

在不同温度、不同应力条件下进行了单轴压缩蠕变试验,通过数学方法精确计算了蠕变柔量函数式中表征材料黏弹性特性的4个物理参数,进而得到蠕变柔量的定量解析。并根据时温等效原理和实验结果得到温度移位因子的函数关系,把在各恒温条件下得到的实验结果拓展到连续变化的温度区域,从而得到了蠕变柔量随温度和时间变化的二元函数定量解析表达式。     

轮载作用下饱水沥青路面的动力响应

为了对沥青路面内的动水压力进行研究,基于Biot固结方程,将沥青混和料看作多孔介质,并考虑了它和水体的惯性力及两者之间的耦合作用,对饱水沥青路面进行了快速Lagrange有限差分分析.结果表明,水压的产生和消散在轮载作用过程中同时存在,导致面层内正负水压力及渗透力随时间交替出现,这证实了水损坏过程中的水力反复泵吸作用.动孔隙水压力随车速的增大而增大,而且由于水压力的存在路面弯沉和面层内的有效应力减小了,但水对沥青膜的乳化和置换作用加强了.动水压力的最大值出现在面层底部,所以建议在面层底部设一排水层,将排水状态由单面排水变为双面排水,将有效抑止水损坏的发生.     

废旧塑料改性沥青混合料动态模量研究

针对目前大量废旧塑料处置问题,尝试将其用于改性沥青混合料,以探索其在道路工程中使用的可能性.采用超市废旧高密度聚乙烯购物塑料袋,将其切碎后按照2%.5%和8%的掺量制作沥青混合料试件,采用三种试验温度在六种加载频率下进行动态模量试验,与未掺加塑料混合料的相应指标进行对比.试验结果显示在各个试验温度和加载频率下,掺加塑料屑的混合料动态模量普遍提高.掺加塑料与否对相位角指标的影响未呈现一定规律.在各个试验温度和加载频率下,2%塑料掺量混合料均具有较高的动态模量和相位角.     

The influence of material related parameters on the mechanical properties of foamed asphalt mix

By indirect tensile strength （ITS） test and unconfined compressive strength （UCS） test, the influence of various material related parameters, including asphalt foamability, aggregate temperature, mixing moisture content （MMC） and foamed asphalt （FA） content, on the mechanical properties of FA mixes was studied. The results indicated that both asphalt foamability and aggregate temperature greatly affected ITS of FA mixes. Too low aggregate temperature was unfavorable for mechanical properties of FA mixes. Foamed index alone was unfit for the evaluation of asphalt foamability. Compared with half-life, expansion ratio had more prominent influence on ITS of FA mixes. MMC had significant impact on the mechanical properties of FA mixes and should be optimized by trial and test in FA mix design. The mechanical properties of FA mix were sensitive to the change of FA content. Compared with the ITS determined with standard Marshall specimens, both the ITS and UCS determined with static compressed specimens by 15 cm diameter were more effective in terms of choosing the optimal asphalt content for FA mixes.     

涤沦纤维的动态力学分析

对涤沦纤维的未拉伸丝、全拉伸丝、ＰＯＹ、ＤＴＹ分别进行动态力学——温度谱测试的论述，发现经历各种生产过程后的涤沦纤维动态力学性能截然不同，分析了涤纶纤维的结构与性能的变化。