碳纳米管/碳纤维沥青混合料电热与断裂性能分析

为解决冬季道路积雪结冰的安全问题,同时弥补碳纤维用量过多团聚缺陷,采用碳纳米管/碳纤维制备导电沥青混合料,进行电热与断裂试验,分析碳纳米管在不同掺量下沥青混合料的电热与抗裂性能,结果表明,碳纳米管/碳纤维沥青混合料电阻率随碳纳米管掺量的增加呈指数函数减小,在持续通电作用下,混合料内部温度不断升高,当碳纳米管掺量为0.5%时,升温效果最佳,混合料从-10℃上升到0℃仅需5 min,升温效果在时间上提升了37.5%;适量的碳纳米管能提高沥青混合料的抗裂强度与弯拉应变,增强其韧性,宏观上表现为具有更优异的抗裂缝扩展能力。     

聚乙二醇对沥青及其混合料储热性能的影响

利用相变材料物相转变时吸收或释放大量热量而本身温度保持不变的特性,将相变材料聚乙二醇应用于沥青及沥青混合料中。考察了聚乙二醇对沥青性质、相变沥青混合料降温性能和高温稳定性的影响。结果表明,聚乙二醇的掺入可降低沥青的温度敏感性,制备的相变沥青与石灰质的集料粘附性良好;相变沥青混合料具有良好的储热能力,掺量为15%和20%时,相变沥青混合料在自然光照条件下的能主动降温1.3℃和1.4℃,其高温稳定性能满足当前规范要求。此外,通过红外光谱分析得出聚乙二醇与沥青的相互作用形式仅仅是物理共混。     

短切PAN基碳纤维导电沥青混合料性能试验研究

为了确定碳纤维导电沥青混合料的合理碳纤维掺量,选用短切聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为导电相材料,通过大量室内试验分析了碳纤维掺量对导电沥青混合料AC-13C的马歇尔性能和导电性能的影响,并验证了其路用性能。结果显示,相同油石比下,随着碳纤维掺量的增加,导电沥青混合料的毛体积密度、沥青饱和度和马歇尔稳定度呈先增后减的变化趋势,空隙率和矿料间隙率呈先减后增的变化关系,而流值一直增大。通过对碳纤维掺量不同范围的沥青混合料分别采用AC、调整和SMA的技术标准,确定了合理的最佳油石比,且最佳油石比与碳纤维掺量之间呈良好的半对数相关关系。同时,在最佳油石比下,导电沥青混合料电阻率的对数与碳纤维掺量之间呈良好的幂函数关系,且0.1%碳纤维掺量的沥青混合料的各项路用性能指标均达到气候条件要求高的改性沥青混合料和SMA的技术要求。因此,适宜的碳纤维掺量对导电沥青混合料可起到优良的增强作用,并形成稳定的导电网络,综合各项性能和导电发热的技术要求,建议碳纤维的适宜掺量取0.1%。     

西南山区农村公路用乳化冷拌沥青混合料

为了解决不同水泥含量乳化冷拌沥青混合料的路用性能与农村公路沥青路面变形相协调的问题，通过试验研究了不同水泥含量的乳化冷拌沥青混合料的强度形成、抗水损害能力和极限变形能力，分析了乳化冷拌沥青混合料在西南山区农村公路建设中的适用性。通过对比分析得出：在相同条件下，随着水泥含量的增加，乳化冷拌沥青混合料的强度形成过程加快、抗水损害能力增加、极限变形能力减小。不合或少含水泥的乳化冷拌沥青混合料更适用于低强度（模量）路基和基层、大变形沥青面层的农村公路。     

钢渣掺量对橡胶沥青混合料ARAC-13性能的影响

为提高钢铁废渣的综合利用率和经济效益、优化环境,采用体积替代法进行钢渣沥青混合料组成设计,通过设计膨胀破坏试验新方法分析钢渣沥青混合料的体积稳定性,基于车辙试验、冻融劈裂试验和低温小梁弯曲试验等,开展不同钢渣掺量下的ARAC-13沥青混合料路用性能研究,并依托广西滨海公路项目对钢渣沥青混合料路面进行经济效益评估。结果表明,ARAC-13沥青混合料的毛体积相对密度和最佳油石比均与钢渣掺量呈正相关性,钢渣掺量的增加会降低混合料的体积稳定性,增大体积膨胀风险。当钢渣100%等体积替代粗集料时,ARAC-13沥青混合料的动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂强度比、最大弯拉应变(-10℃)、摆值和构造深度均有不同程度的提高,可显著提升ARAC-13沥青混合料的路用性能,且可节约7.0%左右的材料成本,具有较大的应用前景和经济价值。     

泡沫沥青冷再生混合料成型方法

采用振动成型设备以压实度为指标确定了泡沫沥青冷再生混合料振动成型的振动时间。振动成型、静压成型、马歇尔成型及旋转压实成型试件在总空隙率相同的条件下,对比了不同成型方法混合料的力学强度,分析了强度差异产生的原因。基于CT检测手段,分析了不同成型方法混合料内部空隙分布状态、空隙分形维数、最可几孔径及平均孔径。结果表明:旋转压实的"揉搓作用"显著增大了冷再生混合料的间接拉伸强度,振动成型次之,静压成型与马歇尔成型混合料间接拉伸强度(ITS)较接近,而四种成型方法混合料的无侧限抗压强度差别不大;旋转压实及振动成型会影响泡沫沥青冷再生混合料内部细颗粒的分布,进而影响混合料内部空隙的分布状态,这两种成型方式混合料内部空隙数目多且等效半径小。不同压实方法的压实机理的差异导致混合料内部空隙平均孔径、空隙维数及最可几孔径存在差异。空隙特征的不同是引起冷再生混合料力学强度差异的本质原因。     

吸波沥青混合料的制备及微波自愈合特性

吸波材料具有良好的微波传热能力,可用于沥青路面微裂缝自修复。本研究选取了炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉3种吸波材料替换部分矿粉制备了SMA-13吸波沥青混合料。通过车辙试验、低温弯曲破坏试验和冻融劈裂试验对比分析了不同吸波沥青混合料的路用性能,并采用半圆弯曲(SCB)试验研究了吸波材料类型、掺量、微波加热时间等因素对吸波沥青混合料表面温度分布和自愈合性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析吸波材料的微观特性。结果表明,随吸波材料掺量从10%增至30%,炭黑粉沥青混合料的动稳定度和冻融劈裂强度比都呈现出逐渐上升趋势,而低温弯曲应变则表现出先增加后减小的特征;羰基铁粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现先增加后减小的趋势,而冻融劈裂强度比表现出逐渐减小的特征;镍锌铁氧体粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现逐渐减小趋势,而冻融劈裂强度比则与之相反。吸波沥青混合料的表面温度随着吸波材料掺量和微波加热时间的增加而逐渐上升,能够快速达到沥青混合料裂缝面的愈合温度,从而增强沥青混合料的微波自愈合性能。     

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。     

生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的路用性能

为探索生活垃圾焚烧飞灰作为填料对沥青混合料路用性能的影响,将焚烧飞灰水洗预处理后测试技术指标,并以与AC-20C型沥青混合料进行配合比设计,通过改变飞灰添加量,研究不同飞灰掺量下沥青混合料的高温性能、低温性能和抗水损害性能,并分析其影响原因。结果表明:飞灰的筛分、密度、亲水系数和塑性指数等指标满足沥青混合料用填料技术要求,且飞灰做为填料具有颗粒小、比表面积大、碱性强等优点。飞灰的添加提高了沥青混合料高温稳定性和水稳定性,降低了低温抗裂性。当飞灰掺量为2.5%时,沥青混合料仍保有良好的高温,低温和水稳定性,能满足交通道路的使用要求,而达3.0%时,飞灰沥青混合料的低温破坏应变已不能满足规范要求。     

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。     

用多轮车辙试验评价沥青混合料的高温性能

室内成型的沥青混合料与实际路面差异较大,直接对实际路面的混合料芯样进行试验是验证路面抗车辙能力的可行途径。本文采用多轮车辙仪（RLWT）对马歇尔试件或路面芯样进行高温条件下（60℃）的车辙试验,评价混合料的抗车辙性能：并分析了沥青性能、混合料级配和压实度等内部因素对混合料高温抗车辙性能的影响。研究表明,相同试验条件下,沥青类型对试件的RLWT辙槽深度影响最大：混合料的级配是影响RLWT试验结果的重要因素之一,本研究中C型混合料试件的辙槽深度与RN明显小于F型试件：试件的压实度对RLWT试验影响较大。相同条件下击实75次试件的辙槽深度明显小于击实50的试件,且不同压实状态的试件具有相似的辙槽深度发展曲线。     

风积砂-黄土混合料与钢界面的环形剪切力学特性

黄土高原北侧与诸多沙漠接壤,形成了广泛分布的风积砂-黄土混合区。不同比例条件下的风积砂-黄土混合料会呈现不同的物理力学特征,且风积砂-黄土混合料地基现场施工和使用过程中常与其他材料产生界面接触力学行为,相关研究目前鲜有述及。鉴于此,本工作获得了不同掺砂率条件下的混合料最大干密度,配制相同压实度和不同掺砂率的风积砂-黄土混合料环状试样,开展不同竖向压力和剪切速率条件下的混合料与钢制界面的环形剪切试验,借助扫描电镜观测不同混合料的颗粒分布特征以及颗粒破碎特征,揭示风积砂-黄土混合料与钢制界面环形条件下的残余强度形成机制。结果表明,随着掺砂率的增大,风积砂-黄土混合料的物理力学特征由黄土向砂土过渡。竖向压力小于100 kPa条件下,混合料产生剪胀的概率增大。混合料与钢界面之间的残余强度与竖向压力呈线性关系,变化趋势符合摩尔-库仑定律。随着掺砂率的增大,风积砂颗粒破碎效应增大,混合料与钢界面之间的残余内摩擦角及残余黏聚力均会减小。剪切速率的增大会缩短混合料与钢界面之间的接触时间,两者之间的接触、咬合效应尚不足以发挥作用进而减小了界面残余强度。研究结果预测了风积砂中掺入黄土的比例,可以为风积砂地...     

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。     

基于OT试验的乳化沥青冷再生面层混合料抗反射裂缝性能研究

乳化沥青冷再生技术多应用于路面基层,将其应用于路面面层有利于提高旧料利用率,但需重视冷再生面层混合料的抗反射裂缝性能.本文采用OT试验研究不同材料组成因素对乳化沥青冷再生混合料抗裂性能的影响规律,并探究其抗裂性能的设计评价指标及标准.结果表明:1200次加载条件下的载荷损失率适宜作为面层用乳化沥青冷再生混合料抗裂性能评价指标,且矿料级配类型、水泥类型及掺量、RAP掺量、基质沥青类型均对荷载损失率具有显著影响;为提高面层用乳化沥青冷再生混合料抗裂性能,RAP掺量不宜超过70％,水泥掺量不宜超过1.5％,优先选用PO42.5水泥、70#沥青制备的乳化沥青以及粗粒式矿料级配;建议面层用乳化沥青冷再生混合料配合比设计中增加OT试验抗裂性能的检验评价,并要求荷载损失率不超过80％.     

桥面沥青铺装环氧乳化沥青粘结层性能研究

环氧乳化沥青是一种新型的桥面沥青铺装粘结层材料,目前对其研究尚少.通过剪切试验和拉拔试验,研究不同环氧乳化沥青配方、洒布量及温度条件下的抗剪强度及抗拔强度;通过SBS改性沥青、海川高粘沥青和环氧沥青对比试验,进一步验证环氧乳化沥青的优良粘结性能.结果表明:抗剪强度随正应力的增大近似呈线性增大,粘结力和摩擦力以及抗拔强度均随洒布量的增加先增大后减小;20℃、40℃及60℃条件下抗剪强度、粘结力最大值对应的洒布量为0.8 kg/m2、0.6 kg/m2、0.6 kg/m2;A(环氧树脂)∶B(固化剂)∶C(乳化沥青)=16∶4∶80时,其粘结性能最好.由此确定了环氧乳化沥青作为粘结层材料的最佳配方(A∶B∶C=16∶4∶ 80)和最佳洒布量(0.6kg/m2).     

植物油再生沥青流变特性及机理分析

针对传统石化油基再生剂价格高昂且性能不稳定等问题,本文以棕榈油为基础油分,添加增塑剂、抗老化剂制备了一种新型再生剂,分别采用动态剪切流变实验、小梁弯曲流变实验和傅里叶红外光谱实验,分析了该再生剂对老化沥青流变特性的影响以及对老化沥青的再生机理,并进一步利用再生混合料综合路用性能实验验证了该再生剂在工程应用的可行性。研究表明：随着再生剂掺量的增加,沥青高温性能减弱而低温抗裂性提升,建议根据再生混合料应用层位、交通荷载、气候条件等因素,综合考虑混合料性能需求,确定适宜的再生剂掺量。CA函数可以用于构建再生沥青复数模量与相位角主曲线,随着再生剂掺量的增加,再生沥青复数模量及位移因子降低而相位角增大,再生剂的掺入改善了沥青的感温性。Burgers模型能够定量分析再生沥青粘弹性变化,随着再生剂含量的增大,沥青的松弛时间缩短而延迟时间延长,再生剂提高了沥青的黏性比例。该植物油再生剂与老化沥青混合未发生化学反应,主要通过补充轻质油分并调节组分比例以恢复老化沥青的流变性能,且再生沥青混合料具有良好的高温抗车辙、低温抗开裂及抗水损坏能力,工程应用前景广阔。     

原料配比对泡沫膏体充填材料性能的影响

以水泥、粉煤灰、煤矸石、膨润土等为原料制备了泡沫膏体充填材料,采用单因素试验研究了不同水料比条件下,原料配比对泡沫膏体充填材料流动度、凝结时间、干密度及后期抗压强度的影响规律。结果表明:流动度随水料比和煤矸石掺量的增加而增加,随发泡剂和膨润土掺量的增加而减小,但在高、低水料比条件下流动度随粉煤灰掺量的增加其变化趋势略有不同;凝结时间随水料比、粉煤灰、煤矸石及发泡剂掺量的增加而延长,而膨润土掺量则对其影响不大;干密度随水料比、粉煤灰、煤矸石及发泡剂掺量的增加而减小,随膨润土掺量的增加先减后增;后期抗压强度随煤矸石、发泡剂掺量的增加而减小,随膨润土掺量的增加先增后减,在高、低水料比条件下粉煤灰对其影响规律相反,此外高水料比有助于原料之间配合成型,对强度有益,但随原料掺量的增加其强度急剧下降。     

基于分子动力学模拟的寒区新型耐久沥青混合料抗滑机理研究

沥青路面在寒区服役过程中,在行车荷载及温度荷载作用下易产生疲劳病害,严重影响路面结构的路用性能,增大行车风险。故研发了基于石墨烯材料的新型耐久沥青混合料,并采用宏观实验与微观模拟验证了石墨烯可有效地提升沥青抗疲劳性能;并模拟沥青路面在低温服役环境下降水或者水汽结冰后的路表状态,采用动态摩擦系数测试仪对正常及结冰状态下的路表抗滑能力进行测试。结果表明：在一定掺量下,石墨烯沥青混合料可以显著地改善正常状态及结冰状态下的沥青混合料的抗疲劳性能与抗滑能力,且随掺量增大,残留抗滑比随之增大。最后,借助扫描电镜和分子动力学模拟方法从微观角度探索了石墨烯对沥青微观性质的影响,提出了微观尺度下的分子柔度指数,阐明了石墨烯提升沥青抗疲劳性能的微观机理,揭示了沥青抗疲劳性能的微观本质;同时,探索了石墨烯改性沥青混合料抗滑能力提升的机理,即石墨烯增大了沥青内部孔隙率,更大的变形能力造成行车过程中的阻滞力增大,从而提高了路面的抗滑性能。     

无损状态下钢桥面沥青铺装材料变形恢复特性

钢桥面铺装用高性能材料的组成及性能差异较大,目前对钢桥面铺装材料性能的研究主要集中在加载阶段的强度规律及损伤行为,而对卸载阶段材料的变形恢复特性研究甚少.为评价钢桥面铺装材料在卸载阶段的变形恢复能力,针对蠕变逐级加载试验方法存在的不足,提出了重复蠕变逐级加载恢复试验,对浇注式沥青混合料、环氧沥青混合料、沥青玛蹄脂碎石混合料三种典型钢桥面铺装材料,在卸载阶段不同时刻的内应力及对应时刻的残余应变进行测试.根据恢复模量的定义,计算三个不同蠕变应力水平下的恢复模量,依次来评价三种材料驱动变形恢复的能力.同时,基于粘弹性基本理论,确定蠕变柔量的拟合参数,并计算不同间隔时间下三种材料的应变恢复率,评价其变形恢复的速度.试验结果表明:无损状态下材料的恢复模量不同于内应力,不随蠕变荷载大小的变化而变化,环氧沥青混合料的恢复模量最大,约为沥青玛蹄脂碎石混合料、浇注式沥青混合料的7倍和4倍,环氧沥青混合料材料自身驱动变形恢复的能力优于浇注式沥青混合料和沥青玛蹄脂碎石混合料;但在相同时间间隔时间下,浇注式沥青混合料的应变恢复率最快,在3.6 s内,应变恢复率即可达到82％.     

冻融循环作用下定形相变材料对土热学和力学性能影响

定形相变材料具有在周围温度变化时通过自身相转变吸收或释放热量的能力，同时使用过程中能够保持较好的强度和稳定性，该种材料掺入寒区路基土体中可以调节路基温度场。研究了冻融循环作用下一种商用定形相变材料对土热学和力学性能的影响，通过对冻融循环作用下的不同掺量定形相变材料的土体进行导热系数试验、温度监测试验和无侧限抗压强度试验，并对定形相变材料进行分析。结果表明：定形相变材料的相变焓值大于200J/g,定形相变材料的掺入使土体的导热系数增大，解冻时长增加，减小了冻融循环作用对土体强度的破坏，15次冻融循环作用下6%掺量的土体强度衰减最小，土体的热学和力学性能的变化与定形相变材料的掺量密切相关。