水侵蚀对钢渣沥青混合料动态模量影响研究

利用钢渣代替石灰岩沥青混合料粗集料,采用Superpave旋转压实制备钢渣沥青混合料.测量不同水侵蚀循环次数(0次、1次、2次、3次、4次、5次)后,不同温度和荷载作用频率下两种沥青混合料的动态模量.分析了不同水侵蚀循环次数对钢渣沥青混合料动态模量的影响,并利用XRD和SEM技术手段观察胀落物的物相组成和微观形貌变化,分析了钢渣沥青混合料性能劣化机理.实验结果表明,未受水侵蚀的钢渣沥青混合料试件,其动态模量明显高于普通沥青混合料;经过水侵蚀5次后,钢渣沥青混合料0 ℃和20 ℃的动态模量明显衰减,但残余动态模量仍大于普通沥青混合料;水侵蚀对钢渣沥青混合料的高温动态模量影响明显高于普通沥青混合料.通过XRD与SEM分析发现,钢渣沥青混合料性能劣化的主要机理是由于钢渣水化生成氢氧化钙(Ca(OH)2)、碳酸钙(CaCO3)和水化硅酸钙(C-S-H),使试件局部发生膨胀开裂,从而加剧了水的浸入,导致混合料性能衰减.     

AC-13级配钢渣沥青混合料粘弹塑本构模型研究

为了研究钢渣沥青混合料非线性粘弹塑性变形特性,提出Schapery模型与改进Swchartz模型组合的积分型粘弹塑本构模型。采用钢渣替换AC-13级配中粒径2.36 mm以上的石灰石粗骨料,制作得到钢渣沥青混合料试件。设计并开展一系列的单轴压缩蠕变实验,通过应力递增蠕变回复实验,获得不同应力条件下材料的弹性、粘弹性应变和粘塑性应变,进而拟合确定本构模型参数。利用0.4 MPa、1.0 MPa下的蠕变回复实验验证模型有效性。结果表明,模型不仅能准确刻画钢渣沥青混合料蠕变过程中的弹性、粘弹性与粘塑性变形,还可用于预测不同应力水平下钢渣沥青混合料蠕变变形规律。     

钢渣沥青砂浆动态模量试验及其主曲线研究

为了获得细钢渣取代石灰岩细集料后沥青砂浆动态特性变化和更宽温频域下钢渣沥青砂浆的动态模量,根据AC-13石灰岩沥青混合料配合比去除粗集料影响得到石灰岩沥青砂浆配合比,应用等体积代换确定钢渣沥青砂浆级配,采用旋转压实成型沥青砂浆试件,并进行动态模量试验,测定不同温度和不同频率下沥青砂浆的动态模量及相位角,依赖时温等效原理计算、确定和分析钢渣沥青砂浆的动态模量主曲线和相位角主曲线.结果表明:在相同的沥青砂浆试件和温度下,动态模量随着频率的增大而增大,相位角整体变化趋势随之减小;在相同实验模式和高频下,沥青砂浆动态模量和相位角受集料的影响较小;在一定条件下,细钢渣的掺入提高了沥青砂浆的动态特性.     

HMB高模量天然改性沥青混合料动态模量研究

为探究高模量天然改性沥青混合料的动态模量及其主曲线的变化规律,以高模量天然沥青(HMB)为沥青胶结料,制备EME20、AC20两种不同级配的沥青混合料,使用SPT简单性能仪,在不同温度和频率下对两种不同级配沥青混合料的动态模量进行检测,分析了温度和频率对沥青混合料动态模量的影响;基于时温等效原理,通过非线性最小二乘法拟合得到高模量沥青混合料的主曲线方程。结果表明：在同一温度下,沥青混合料动态模量随荷载频率的增加而提高,在同一频率下,沥青混合料的动态模量随着温度的升高而降低;通过试验测得两种不同级配沥青混合料的动态模量,再应用所得动态模量数据拟合出动态模量主曲线,算出不同温度下的移位因子,得出的动态模量主曲线方程,对其不同温度下的动态模量进行分析,预测分析出EME-20级配沥青混合料的高低温性能要优于AC-20级配沥青混合料。     

玄武岩纤维对钢渣沥青混合料性能影响研究

为改善钢渣沥青混合料(SAM)抗裂性能,并尽可能降低钢渣(SS)膨胀特性对混合料耐久性的影响,基于车辙试验、SPT动态模量试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验、弯曲疲劳试验、SEM试验等,对不同掺量玄武岩纤维(BF)对SAM高、低温性能和水稳定及疲劳性能的影响及增强机理进行研究。结果表明:BF可显著增强SAM高温抗变形能力,且对不同SS掺量SAM低温柔韧性均有一定的提高;随着冻融循环次数增加,玄武岩纤维-钢渣沥青混合料(BF-SAM)的水稳定性降低幅度较SAM明显减小;BF的加筋、阻裂作用提高了SAM的疲劳寿命。综合各项路用性能,BF-SAM的推荐掺量为0.4%(质量分数)的BF,45%~55%(质量分数)的SS。     

TAF-10环氧沥青混合料动态弹性模量及路用性能试验研究

近些年来,环氧沥青混合料以其耐久性好、强度高、冲击韧性优越等特点,广泛地应用于大型桥梁桥面铺装之中.以TAF-10型环氧沥青混合料为研究对象,对其进行不同温度与频率下的动态模量试验,结合时温等效原理,通过Origin数学计算软件,采用西格摩德(Sigmoidal)模型对试验结果进行非线性拟合;并通过高温车辙试验、小梁弯曲试验及冻融劈裂试验,对其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能进行检测.结果表明:随着加载频率的增大,TAF-10环氧沥青混合料的动态模量不断增大,而随试验温度的升高其值不断减小;拟合所得到的主曲线方程,可以对任何给定温度与加载频率下该种混合料的动态模量进行有效预估;TAF-10环氧沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性等性能均超出规范要求,满足桥面铺装要求.研究成果可以为TAF-10环氧沥青混合料桥面铺装的动态设计提供参考.     

钢渣沥青混合料水稳定性研究

为研究不同浸水时间钢渣沥青混合料体积稳定性和路用性能特征,对热闷钢渣沥青混合料、冷弃陈渣沥青混合料和石灰岩沥青混合料分别进行车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、疲劳试验和膨胀性试验,并通过原子力显微镜分析水对钢渣沥青混合料路用性能影响机理.结果表明:膨胀量合格的钢渣沥青混合料高温稳定性、水稳定性、低温...     

钢渣沥青混合料薄层罩面层间剪切性能研究

为了探究钢渣沥青混合料薄层罩面层间剪切破坏机理,设计一种间断级配钢渣沥青混合料和两种构造深度的表面层,研究表面层构造深度、温度、SBR改性乳化沥青用量和应力比对钢渣薄层罩面层间剪切性能的影响。通过马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验和动稳定度试验评价薄层罩面及表面层沥青混合料的基本路用性能,直剪试验和剪切疲劳试验评价薄层罩面层间抗剪切性能。研究结果表明:钢渣集料的压碎值和磨耗值明显低于石灰岩集料,且与沥青的粘附性好,使得钢渣沥青混合料的路用性能优异;层间抗剪强度主要受温度控制,在相同测试温度下,随着黏结材料用量增加,表面层与薄层罩面的层间接触状态得到改善,从而提高了抗剪强度,但过量的黏结材料在表面层与薄层罩面之间形成滑动层,导致构造深度对层间剪切强度的作用减弱;薄层罩面的层间剪切疲劳寿命随应力比的升高而降低,通过剪切疲劳试验得到了疲劳寿命方程。     

沥青混合料动态模量的国内外研究进展

材料在试验时的受力状态越接近路面结构的真实受力环境,所得到的参数就越客观准确。在路面结构受到行车荷载、气候、环境等因素的多重作用下,沥青混合料的动态模量能够更加真实地反应路面结构的实际工作受力状态与材料性质。美国NCHARP的研究成果表明,高温和中等温度下的动态模量能很好的反映沥青混合料的抗高温和疲劳开裂的能力。本文在查阅研究国内外相关资料的基础上,综合介绍了沥青混合料动态模量及其近些年来国内外的研究进展,最后提出了沥青混合料动态模量进一步的研究方向。     

基于动态蠕变试验的沥青混合料黏弹性分析

基于沥青混合料Burgers模型的黏弹性理论,通过动态蠕变试验进行AC-20黏弹性分析,得到不同温度及应力下的混合料变形特征曲线及Burgers模型4个参数的变化规律．结果表明：在同一温度下,随应力水平增加,永久变形随之增大,稳定期永久应变发展速率增大且破坏期提前到来,Burgers模型参数中E1、E2增大,η1、η2减小;在同一应力水平下,永久变形会随温度升高而增大,同时E1、E2减小,η1,η2增大．因此应力及温度对沥青混合料黏性及弹性影响程度不同,随着应力增加,弹性增强而黏性降低;随温度升高,则弹性降低而黏性增加,该结论与路面实际使用状况一致．     

钢渣沥青混合料路用性能的实验研究

为了研究钢渣沥青混合料(Steel Slag Asphalt Mixture,SSAM)的路用性能,基于室内试验设计了普通AC-13型与钢渣AC-13型沥青混合料,并开展了两种混合料的高温抗车辙、低温拉伸、水稳定性能的实验研究。研究结果表明:在将沥青混合料中粗集料全替换成钢渣的情况下,钢渣沥青混合料的高温抗车辙性与低温拉伸性能均高于普通AC-13,然而其水稳定性稍弱于普通AC-13;在沥青混合料中引入钢渣后会提高沥青用量,这是由于钢渣颗粒表面存在大量的孔结构吸附了更多的沥青。本研究能够为实际工程提供借鉴,具有现实意义。     

掺改性木质纤维沥青及SMA-13沥青混合料性能研究

为分析改性木质纤维对沥青和SMA-13沥青混合料性能的影响,借助动态剪切流变仪(DSR),由温度扫描和线性振幅扫描实验(LAS)分析沥青的高温和疲劳性能,通过车辙实验和冻融劈裂实验确定SMA-13沥青及改性木质纤维沥青混合料的高温性能和抗水损害性能。结果表明,改性木质纤维能提高沥青的车辙因子和疲劳寿命,SMA-13改性木质纤维沥青混合料相比普通沥青混合料,其高温稳定性和水稳定性显著提高。     

基于灰靶决策理论的钢渣沥青混合料路用性能评价

为研究钢渣沥青混合料路用性能,通过采用钢渣替代部分天然粗集料的方式制备钢渣沥青混合料,对钢渣沥青混合料的高温、低温以及水稳定性能进行研究,并基于室内加速磨耗试验,系统分析钢渣沥青混合料的长期抗滑性能.结果表明,钢渣替代部分辉绿岩粗集料可显著改善沥青混合料的各项路用性能;钢渣掺量为50％时,钢渣沥青混合料高温性能达到最优;经低温弯曲试验表明,钢渣沥青混合料的低温性能明显优于普通辉绿岩沥青混合料;且钢渣的掺入可显著提升沥青混合料的水稳定性与长期抗滑性能;基于灰靶决策模型,最终确定钢渣沥青混合料中钢渣的最优掺量为50％.     

掺改性木质纤维沥青及SMA-13沥青混合料性能研究

为分析改性木质纤维对沥青和SMA-13沥青混合料性能的影响,借助动态剪切流变仪(DSR),由温度扫描和线性振幅扫描实验(LAS)分析沥青的高温和疲劳性能,通过车辙实验和冻融劈裂实验确定SMA-13沥青及改性木质纤维沥青混合料的高温性能和抗水损害性能。结果表明,改性木质纤维能提高沥青的车辙因子和疲劳寿命,SMA-13改性木质纤维沥青混合料相比普通沥青混合料,其高温稳定性和水稳定性显著提高。     

SMA-5钢渣沥青混合料的组成设计与性能评价

为更好地促进小粒径钢渣在薄层沥青混合料中的应用,采用V-S(volumetric mix)法设计SMA-5沥青混合料的集料掺配比例;等体积替换掺加1.18～2.36 mm、2.36～4.75 mm两种粒径钢渣于SMA-5沥青混合料中,分析其对沥青混合料试件的粗集料间隙率VCA_mix、最佳沥青用量的影响;借助车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验与浸水马歇尔试验对钢渣沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性与水稳定性进行评价。结果表明：掺入钢渣降低了集料间的骨架结构效应,提高了混合料沥青用量;复掺钢渣降低了沥青混合料的高温稳定性,但随着钢渣掺量增加,各掺配方案下沥青混合料的低温性能均降低,水稳定性、高温稳定性均提升;推荐SMA-5钢渣沥青混合料中2.36～4.75 mm粒径钢渣掺量75%为最优配比。     

钢渣磨细粉对沥青胶浆及混合料性能的影响

为探究钢渣磨细粉(SSFP)对沥青胶浆及其混合料性能的影响,使用粒径小于5 mm的钢渣制备SSFP。以石灰岩矿粉(LP)作为对照,对不同粉胶比(F/A)下SSFP沥青胶浆的性能进行了分析和评价,并探究了SSFP对沥青混合料性能的影响。结果表明：相较于LP,SSFP对沥青胶浆及混合料的高、低温及疲劳性能均有所提升,其中低温性能提升幅度最大,SSFP沥青胶浆的蠕变劲度模量提升了190.57%,SSFP沥青混合料的低温弯曲破坏应变提升了9.93%;增大F/A可提升沥青胶浆的高温性能,但会损伤其疲劳性能和低温性能;SSFP应用于沥青混合料中具备较强的可行性和推广价值。     

热再生沥青混合料AC-20路用性能试验研究

为保证热再生沥青混合料具有良好的路用性能,研究了RAP掺量对热再生沥青混合料AC-20路用性能影响规律。研究表明,RAP掺量对热再生沥青混合料高温稳定性和低温抗裂性影响明显,对热再生沥青混合料水稳定性影响较小,且不同RAP掺量的混合料高温稳定性和水稳定性满足规范要求;混合料每增加10%RAP掺量,动稳定度平均提高33%,残留稳定度和TSR分别减小1.1%、2.3%;试验温度为-10℃和15℃时,混合料每增加10%RAP掺量,弯拉应变平均分别减小17%、25%,劲度模量分别平均提高28%、18%。另外,热再生沥青混合料疲劳性能随RAP掺量增加逐渐提高,每增加10%RAP掺量,疲劳寿命平均提高7%。     

泡沫沥青冷再生混合料材料设计及其抗冲刷性能评价

为合理利用沥青路面回收料,试图通过一系列室内试验设计泡沫沥青冷再生混合料并评价其抗水损害性能。混合料设计阶段确定了最佳发泡条件、最佳沥青用量、最佳含水量及最佳混合料配比。动水冲刷试验结果显示,泡沫沥青冷再生混合料试件冲刷前后劈裂强度降低22%,动水冲刷能显著降低其结构强度。因此推荐,泡沫沥青冷再生混合料适用于沥青面层的中下面层,不适用于上面层。     

基于CAM模型的热再生沥青混合料动态粘弹特性研究

为研究再生剂对沥青混合料动态粘弹特性的影响,分别选用重石油基与生物油基两种再生剂制备再生沥青及沥青混合料,并分别在不同掺量下进行沥青三大指标试验以及沥青混合料动态模量试验,根据时温等效原理及改进的Christensen-Anderson-Marasteanu(CAM)模型分析了再生沥青混合料的动态粘弹特性。结果显示,随着再生剂掺量的增加,沥青混合料回收料(RAP)的沥青针入度、延度升高,软化点下降,再生剂的掺入显著提高了沥青的延展性,综合考虑经济与路用性能,以12%(质量分数)作为再生剂最佳掺量并进行混合料动态模量试验。两种再生剂均改变了RAP的感温性与粘弹特性,使再生沥青混合料动态模量降低而相位角升高;改进的CAM模型能够良好拟合再生沥青混合料的动态模量和相位角随频率的发展变化,拟合精度均在0.950以上。两种再生沥青混合料动态模量与相位角大小关系受加载频率影响,当加载频率高于10 Hz后,生物油基再生沥青混合料动态模量更低而相位角更高,当加载频率低于0.01 Hz时则相反,这对于同时提高沥青混合料高温稳定性及低温抗裂性是有利的。     

风积沙掺量对水泥稳定级配碎石力学性能与耐久性的影响

为了探讨风积沙替代细集料用于水泥稳定级配碎石基层的可行性,基于室内力学性能试验、干温缩变形试验、动水冲刷试验、间接拉伸疲劳试验和试验段跟踪检测,验证了不同风积沙掺量下水泥稳定级配碎石基层的力学强度、变形特性和耐久性能.结果表明,掺加风积沙对水泥稳定级配碎石混合料力学性能(无侧限抗压强度、劈裂强度、弯拉强度、单轴压缩模量)、变形特性(温缩变形、干缩变形)、水稳定性和耐久性有显著劣化影响,风积沙掺量越大,其对水泥稳定级配碎石混合料性能的劣化影响程度越严重,综合考虑水泥稳定级配碎石混合料的温缩性能、干缩性能和抗冲刷性能及疲劳耐久性,推荐最大风积沙掺量为6％.工程实践表明,将6％风积沙等质量替代细集料应用于水泥稳定级配碎石基层是可行的.研究成果对修筑风积沙水泥稳定级配碎石基层有一定参考价值和指导意义.