动水作用对沥青混合料低温抗裂性的影响

摘 要: 为了研究动水作用对沥青混合料低温抗裂性能的影响,本文将动水作用引入试验,利用自行开发的模拟实际沥青路面受动水作用的室内实验装置,提出了荷载、水、温度三者共同参与的动水作用试验方法。基于此方法,从沥青标号、级配类型、空隙率三种因素出发,对7种沥青混合料动水作用前后的低温抗裂性能进行研究。研究表明动水作用对沥青混合料的低温抗裂性存在不利影响。不同因素下,其影响的程度是有差异的。对于空隙率为10%的混合料,其低温抗裂性能受动水作用的影响程度最高;在最不利的空隙率10%下,骨架结构的沥青混合料低温性能受动水影响比悬浮结构的要小;粘度大的沥青制成的混合料其低温抗裂性能受动水作用的影响较大。     

动水作用下沥青混合料疲劳性能变化

为研究不同材料组成下沥青混合料抗疲劳性能受动水作用的影响,开发了模拟沥青路面受水、荷载、温度共同作用的室内试验设备并提出了试验方法.将6%、10%、14%3种空隙率,AC-16、SMA-16、SAC-16 3种级配,A-90、A-110、A-130 3种沥青组合成7种沥青混合料;对比分析其动水作用前后的应力疲劳方程参数变化.结果表明:7种沥青混合料动水作用后的疲劳性能均有不同程度衰减.疲劳荷载作用下,动水作用后的混合料沥青膜更易剥落.10%空隙率是AC类混合料的较不利空隙率;其疲劳寿命的衰减程度最大且应力敏感性增加.10%空隙率时,悬浮结构沥青混合料抗疲劳性能受动水作用影响要比骨架结构的大,高标号沥青混合料所受影响比低标号的大.     

基于动水冲刷作用的沥青混合料短期水损害特性

针对车辆荷载引起的动水冲刷作用,设计开发了一种模拟动水冲刷的试验装置,结合冻融循环试验,对动水冲刷与静态浸水模式下沥青混合料的空隙率、吸水率以及劈裂强度等技术指标进行测试,并借助CT扫描试验,从微观的角度探讨动水冲刷作用下沥青混合料的短期水损害机理。试验结果表明:随着冻融循环次数的递增,动态冲刷浸水模式和静态浸水模式作用下的沥青混合料试件空隙率增幅分别为47.62%和22.5%;吸水率增幅分别为263.2%和86.4%,冻融劈裂强度比(TSR)降幅分别为34.0%和24.9%,动水冲刷作用会加剧沥青混合料物理和力学性能的衰退。CT图像分析表明:随着冻融循环次数的增加,混合料试件的内部产生了新的空隙,试件外缘集料存在不同程度的剥落现象;动水冲刷作用会加剧水体对沥青薄膜的机械侵蚀速率,加速沥青的剥离和细集料的流失,导致原有空隙体积的进一步增大,混合料抗水损害性能下降更为显著。     

改性生物沥青混合料路用性能试验研究

为了研究改性生物沥青混合料的路用性能,分别对不同种类的沥青混合料进行水稳定性能、高温稳定性能和低温抗裂性能试验。试验结果表明：改性沥青的添加能有效预防水对沥青和集料界面的侵蚀,提升沥青混合料的水稳定性能;与生物沥青混合料相比,改性生物沥青混合料的冻融劈裂强度比显著提升;改性沥青的添加会影响生物沥青混合料的高温性能,改善其原有的硬脆特性;在低温条件下,改性生物沥青混合料的极限弯拉应变和抗弯拉强度满足技术规范要求,且具有较低的弯曲劲度模量,表现出良好的低温抗裂性能。     

天然砂含量对沥青混合料性能影响分析

选用AC-13F沥青混合料,通过室内试验,研究不同天然砂含量对沥青混合料空隙率、水稳定性、高温性能和疲劳性能的影响.结果表明,随着天然砂含量的增加,混合料空隙率减小,高温稳定性降低;当天然砂含量超过20%时,混合料的动稳定度明显降低;当天然砂含量大约在10%时,混合料的水稳定性达到最大;对于混合料疲劳性能而言,天然砂含量在10%-15%范围内存在一个最大值.     

应用TSRST试验研究沥青混合料低温抗裂性能

采用约束试件温度应力试验(TSRST)方法对沥青混合料低温抗裂性能进行研究,分析了AC-13、AC-16、AC-20三种结构类型对沥青混合料低温性能的影响。结果表明,AC-13结构类型的沥青混合料的低温抗裂性能最强。     

增强纤维对沥青混凝土路用性能影响的研究

通过将增强纤维加入沥青混凝土中制成试件，与普通沥青混凝土进行一系列的对比试验，研究了纤维加入后沥青混合料的最佳沥青用量、密度、空隙率、矿料间隙率、饱和度和流值等马歇尔技术指标的变化；分析了纤维对沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性能、抗劈裂特性、耐水害性能等路用性能的影响；探讨了纤维作用机理，并通过试验路段铺筑总结出纤维沥青混合料施工技术和经济指标等．室内研究表明：纤维加入后，最佳沥青用量、空隙率、矿料间隙率、稳定度和流值均有不同程度增加，而密度下降；高温稳定性、低温抗裂性能、抗劈裂特性和耐水害性能等路用性能均有明显改善．试验路铺筑结果表明：纤维沥青混合料具有良好的使用效果．可延长道路使用寿命．降低养护成本．有较好的经济和社会效益．     

考虑老化的沥青混合料低温性能

针对现行规范中沥青混合料低温性能评价方法的不足,分别将基质沥青混合料和改性沥青混合料在不同条件下进行老化,分析了短期老化和长期老化对沥青混合料低温抗裂性能的影响.试验结果表明,长期老化对混合料低温抗裂性能影响显著.而实际使用过程中,沥青路面的低温开裂主要发生在沥青路面已经老化的后期,为了更好体现服务期内沥青路面的低温抗裂性能,建议增加长期老化后的沥青混合料进行低温抗裂性能评价并提出了考虑长期老化的沥青混合料低温抗裂性能的评价方法.     

添加PR PLASTS抗车辙剂沥青混合料试验研究

通过试验研究添加不同剂量的PRPLASTS对沥青混合料性能影响。结果表明：PRPLASTS抗车辙剂可以显著提高沥青混合料的抗车辙性能，明显改善沥青混合料的低温抗裂性能，对抗水损害性能也有一定的作用。分析得出抗车辙剂改善沥青混合料高温抗车辙性能是机械嵌挤力、纤维／纤维网约束力、胶结力以及吸收沥青中的轻质油分这4方面因素共同作用的结果。结合纤维网约束机理，对其临界用量进行了解释；基于应变能理论，分析了PRPLASTS改善沥青混合料低温抗裂性的作用机理。     

硫酸盐-干湿循环侵蚀环境下纤维沥青混合料低温抗裂性研究

基于国内外对硫酸盐腐蚀环境下纤维沥青混合料的低温抗裂性鲜有研究的现状,采用干湿循环作用下不同浓度(5%、10%)Na2SO4溶液加速劣化试验,研究了水镁石纤维沥青混合料在Na2SO4腐蚀介质中的低温抗裂性变化规律,并与聚酯纤维和玄武岩纤维沥青混合料进行对比;探索了沥青混合料硫酸盐腐蚀损伤机理及纤维在混合料中的阻裂作用。研究结果表明:与纯净水环境相比,沥青混合料在盐蚀环境下的低温抗裂性能劣化程度更为严重;Na2SO4溶液渗入沥青混合料空隙和裂缝中发生的结晶型侵蚀是导致沥青混合料低温抗裂性劣化的主要诱因;水镁石纤维具有优良的增强增韧效应,可以有效提高沥青混合料在硫酸盐腐蚀环境下的低温抗裂性。研究成果可为硫酸盐富集地区沥青混合料材料组成设计提供参考。     

玄武岩沥青混合料路用性能研究

高速公路沥青混凝土上面层集料主要使用玄武岩,而黑龙江省玄武岩矿藏分布广,产量高,为公路沥青路面的修筑提供了更好的条件.采用SMA-16型和AC 16型2种沥青混合料类型进行试验研究,确定黑龙江省地产玄武岩沥青混合料的低温稳定性能指标及水稳定性能力,进而评价其路用性能,以便更科学地选择、使用玄武岩.试验结果显示：对于同种沥青密级配沥青混合料的水稳性好于沥青玛蹄脂碎石混合料,对于沥青混合料的低温抗裂性能表现为SMA-16沥青玛蹄脂混合料好于AC-16密级配沥青混合料.     

Evaluation of Mixture Performance Recycled Asphalt Pavement Materials as Base Layer with or without Rejuvenator into the Asphalt

The binder properties were determined in accordance with Chinese standard such as ductility test,which allowed to measure the distance in centimeters that a standard briquette of asphalt had been stretched before breaking.Then,penetration test was carried out in order to know some properties of the asphalt,which are the hardness and the softness.Finally,softening point test was carried out in order to determine the temperature at which the bitumen attains a particular degree of softening under the specification of the test.According to Chinese standard for performance tests,firstly,Marshall test was carried out in order to measure the theoretical density,air voids,voids filled with asphalt,stability,flow,and voids in mineral aggregate of asphalt specimens.Secondly,Freeze-thaw splitting test was carried out in order to determine Splitting strength ratio.Finally,dynamic stability (rutting) test was carried out to determine average dynamic stability.Beside the tests carried out,the gradation of the extracted aggregate in accordance with American Association of State Highway and Transportation Officials was carried out to determine the dimensions of the particles weight distribution.Furthermore,both the percentage of recycled asphalt pavement materials and binder in mixture were determined to know how much of the new material during the mixture was needed.However,two specimens were used to evaluate the performance of recycled asphalt pavement materials.One specimen of recycled asphalt pavement materials was ten years old,and another one of recycled asphalt pavement materials was five years old.The results show that the conditions of the environment such as moisture,temperature,and age,decrease the ductility and penetration properties of binder when increase the softening point property of binder.Then the gradation of recycled asphalt pavement aggregate is of the required values to reuse in the mixture,while the flow ratio,the splitting strength ratio,and the dynamic stability ratio,are less than the required value test.With regard to the properties of mixture of recycled asphalt pavement material binder with rejuvenator,the results show that when the penetration and ductility versus percentage of rejuvenator increase,softening point versus percentage of rejuvenator decreases.Also,when the bitumen and rejuvenator percentage increase,the air voids decrease.Consequently,voids filled with asphalt and voids in the mineral aggregate increase.Moreover,the theoretical density and stability values decrease in a mixture containing four-point fifty percent to six percent of bitumen and rejuvenator,whereas the flow values increase.More interestingly,with four percent to four-point fifty percent mixture ratio of bitumen and rejuvenator,density,stability,and flow values increase.The splitting strength ratio values of mixtures and the dynamic stability test (rutting test) values of mixtures with forty percent of specimen one and specimen two respectively are greater than the required value of the standard test.In addition,the high percentage of rejuvenator increases the rut of pavement,in the same manner,the low percentage of rejuvenator induces low rut.In conclusion,the binder content from recycled materials without rejuvenator seems not be sufficient to be reused on the new pavement while the aged recycled material seems to be performed better than no aged recycled material with rejuvenator into bitumen.Then,the rejuvenator can influence the bitumen properties and performance of the pavement.Finally,the pavement made by only recycled pavement materials as a base layer appears to be more economical but cannot be more effective than the pavement made by mixture of new and recycled pavement materials as a base layer.     

硫磺改性沥青混合料基本性能的研究

为考察硫磺改性沥青混合料的路用性能,选取AC-13和AC-20两种混合料类型、4种不同的硫磺掺量（硫磺占硫磺改性沥青胶结料的质量百分比分别为0%、30%、35%、40%）作为对比,采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、汉堡车辙试验测试了其水稳定性能,采用车辙试验、三点小梁弯曲试验和Overlay Tester试验分别测试了其高温性能、低温性能与疲劳性能,采用动态模量试验获得了其力学参数. 结果表明: 添加质量分数为30%硫磺后,AC-13和AC-20沥青混合料动稳定度分别提高了18%和26%,疲劳开裂性能有所提高, 低温性能没有明显改变. 添加不同质量分数的硫磺,沥青混合料的水稳定性能明显降低,其中AC-13沥青混合料在添加40%硫磺时冻融劈裂强度比下降达22%. 动态模量测试表明硫磺改性沥青混合料与普通沥青混合料动态模量变化趋势相同,但-10 ℃~54 ℃温度区间较普通沥青混合料动态模量要高.     

Sasobit温拌沥青混合料路用性能试验

为检验温拌剂Sasobit对沥青混合料的路用性能影响,进行混合料的配合比设计;通过高温车辙试验、水稳定性试验、低温性能试验对其路用性能进行评价;对比分析Sasobit温拌沥青混合料和热拌普通沥青混合料的路用性能影响差异。结果表明,Sasobit沥青混合料的高温稳定性明显优于普通热拌沥青混合料,水稳定性能和低温性能相近,Sasobit温拌沥青混合料具有良好的路用性能。     

基于室内环境模拟的再生沥青混合料老化影响因素

为了解决不同环境因素对路面工程中未经压实的再生沥青混合料(recycled asphalt mixture,RAP)老化程度影响的问题,以松散的再生沥青混合料为研究对象,利用特制的室内模拟老化试验装置,通过控制温度、湿度、老化时间、氧气浓度等因素,对新制备密级配沥青混合料AC-13进行特定环境条件下模拟老化试验.结果表明:松散RAP混合料的老化程度随试验温度升高而增加,随空气湿度增加和氧气浓度下降而降低;不同试验温度下,沥青老化的成长速度和试验终值均不相同,表明老化过程中的化学反应因温度不同而有所差异;在通入纯氮气的试验中,沥青没有发生任何老化作用,表明沥青的老化只受氧化作用影响;环球法测软化点的试验结果对温度变化较为敏感,动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer,DSR)测定的动态复数剪切模量在表征沥青老化程度时存在一定迟滞效应;老化后沥青混合料低温性能出现衰减,主要原因是沥青长期老化作用导致.     

矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响

为了解决沥青混合料高温性能不足的问题,研究了矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响.以AC-20C型沥青混合料为背景,根据贝雷法3个参数进行了矿质混合料配合比正交试验设计,得到9种不同的矿质混合料级配,并以加州承载比(California bearing ratio,CBR)和振实间隙率为指标,对矿质混合料性能进行了评价,从中选出矿质混合料性能差异明显的3种级配,进行了沥青混合料的配合比设计.进而在不同温度和加载频率条件下,开展了3种级配沥青混合料的动态模量试验.依据试验结果,分析了矿质混合料性能对沥青混合料动态模量的影响.研究表明:高温条件下矿质混合料性能对沥青混合料的动态模量有较大影响,低温时矿质混合料性能对动态模量的影响不明显.通过优化矿质混合料性能,可以显著改善沥青混合料的高温性能.具有较高CBR值和较低振实间隙率的矿质混合料,对应的沥青混合料具有较好的高温性能.     

成型温度对温拌沥青混合料路用性能的影响

为研究温拌沥青混合料成型温度对其路用性能的影响规律,采用旋转压实仪不同温度下成型分别添加Aspha-min、Sasobit和DAT温拌剂制备的沥青混合料,通过沥青混合料密度试验、浸水马歇尔稳定度试验及冻融劈裂试验测定各项指标,得到3种温拌沥青混合料的密实性及水稳定性随成型温度的变化规律,同时得到3种温拌沥青混合料在不同气候分区的最佳成型温度范围。结果表明：随着成型温度的升高,3种温拌沥青混合料的密实性均得到有效的改善,但并未表现出明显的规律性;不同成型温度下,DAT温拌沥青混合料的水稳定性最好;对于潮湿和湿润区,成型温度取105~130℃,即可保证温拌沥青混合料的水稳定性。     

超硬质沥青改性结合料流变性能分析

为研究超硬质沥青(super hard asphalt,SHA)对超硬质沥青结合料的高、低温流变的影响效果,采用SHA作为改性剂对AH-90道路石油沥青进行改性,制备了不同质量分数（5%、6%、7%和8%）的SHA改性结合料,并进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验及小梁弯曲蠕变试验. 试验结果表明:其适用于时温等效原理;SHA的掺入会有效提高沥青结合料的车辙因子G^*/sin δ,沥青混合料的高温性能得到明显改善;随着SHA掺量的增加,沥青结合料的平均应变恢复率R逐渐升高,不可恢复蠕变柔量J_nr逐渐降低,掺加SHA有利于提高沥青结合料高温抗变形能力与变形恢复能力;随着SHA的掺入,沥青结合料的蠕变劲度S与蠕变劲度变化率m变化幅度不大,对沥青结合料的低温抗裂性能影响不大. SHA改性沥青结合料高温抗车辙性能优异,低温性能相对于基质沥青PG分级保持不变.