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。     

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。     

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％.     

沥青标号和用量对再生沥青混合料性能的影响

为研究新沥青标号和用量对回收沥青路面材料(RAP)再生沥青混合料性能的影响,分别选取70#和90#道路石油沥青,以最佳新沥青掺量(OAC)为基准,分别制备OAC、OAC+0.5％和OAC-0.5％,RAP掺量分别为0％、20％和40％的再生沥青混合料.通过沥青混合料动态模量试验、疲劳试验、低温圆盘拉伸试验和冻融循环试验分析了不同沥青混合料的性能;接着,为更好地区分不同再生沥青混合料的抗裂性能,萃取得到不同再生沥青混合料中的沥青,对沥青进行高温DSR频率扫描试验,应用G-R常数分析不同沥青的抗裂性能.结果表明:当新加沥青较软、掺量较高,而RAP掺量较低时,再生沥青混合料的抗疲劳开裂能力及抗低温抗裂能力更强;反之,当新沥青较硬,RAP掺量较高时,再生沥青混合料的硬度较高,有较好的抗车辙能力.当新加沥青为70#沥青,掺量为OAC-0.5％、40％RAP时,再生沥青混合料低温性能不满足要求.水稳定性分析表明,一次冻融循环用于评价再生沥青混合料的水稳定性具有一定局限性;两次冻融循环试验表明,再生沥青混合料的水稳定性比新沥青混合料差.沥青G-R常数分析表明,低标号沥青的RAP掺量较高时,萃取的沥青更接近开裂标线,更易发生开裂行为.     

基于数字散斑相关法的聚合物改性沥青混合料抗裂性能

为分析冻融循环对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）和橡胶粉（CR）改性沥青混合料抗裂性能的影响,首先,分别对盐溶液冻融循环和水溶液冻融循环改性沥青混合料进行了半圆试件弯拉试验,同时采用数字散斑相关法（DSCT）对加载过程试件表面的散斑图像进行处理,提取试件表面随着载荷变化的位移场和应变场信息;然后,通过分析变形场信息确定沥青混合料的抗裂性能,并与断裂韧性试验结果进行对比。结果表明:水平应变较适合用于对沥青混合料的抗裂性能开展特性研究;由水平应变-时间曲线可知,冻融循环后SBS和CR改性沥青混合料的抗裂性能均有所劣化,且盐溶液冻融循环对沥青混合料抗裂性能的影响要大于水溶液冻融循环的;与SBS改性沥青混合料相比,CR改性沥青混合料的抗裂性能较好。所得结论表明DSCT的分析结果与断裂韧性试验的分析结果一致,采用DSCT评价沥青混合料的抗裂性能是可行的。      

煤矸石粉/聚酯纤维沥青混合料低温抗裂性研究

为了研究煤矸石粉、聚酯纤维和反射裂缝对沥青混合料低温抗裂性能的影响,通过三点弯曲加载试验,选用五种煤矸石粉替代率(0％(质量分数,下同)、25％、50％、75％、100％)和六种聚酯纤维掺量(0％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％),对试件底部中心无预切口和预切口偏移中心0 mm、10 mm、20 mm(模拟反射裂缝)的沥青混合料半圆形试件的低温抗裂性能进行研究;采用扫描电镜对煤矸石粉、聚酯纤维对沥青混合料低温抗裂性能的改善机理进行微观分析.通过试验得出:对于无预切口的SCB试件,聚酯纤维的最佳掺量为0.4％,煤矸石粉的最佳替代率为50％;对于有预切口的SCB试件,聚酯纤维的最佳掺量取值范围为0.38％～0.42％;随着预切口偏移距离的增大,沥青混合料所能承受的极限荷载逐渐减小,试件更容易破坏.微观机理分析得出:煤矸石粉的掺入,使填料级配得到了进一步细化,更有利于提高沥青混合料的抗裂性能;同时,聚酯纤维在沥青混合料内部能够充分形成均匀相互搭接的网格结构,沥青混合料的低温抗裂性能也最好.因此,掺加煤矸石粉和聚酯纤维能够减小反射裂缝对沥青混合料低温抗裂性能的危害.     

基于损伤理论的沥青混合料抗疲劳性能试验

为系统研究沥青混合料在疲劳破坏过程中的路用性能衰减过程,在不同温度、应变、频率下开展了四点弯曲疲劳试验,基于损伤理论从劲度模量变化情况和耗散能变化情况两方面评价了沥青混合料抗疲劳性能,并通过损伤面积法、灰关联分析法讨论了试验因素对沥青混合料抗疲劳性能的影响程度。研究结果表明：沥青混合料的抗疲劳性能可以采用基于耗散能的损伤因子随加载次数的变化的双对数曲线进行描述,疲劳寿命应由初始损伤和损伤累积速率共同决定;从劲度模量方面分析,沥青混合料疲劳寿命随温度的升高而增大、随应变的增大而减小、随频率的增大而减小;劲度模量和耗散能两方面的分析结果均表明温度对疲劳寿命的影响程度大于应变,劲度模量分析显示频率对疲劳寿命影响最次,耗散能分析结果显示频率与疲劳寿命的相关性不显著。     

采用间接拉伸蠕变试验评价沥青混合料低温抗裂性能

为深入评价沥青混合料的低温抗裂性能,对3种(粗、中和细)级配AC-20沥青混合料进行了3个温度(0,-10和-20℃)条件下的间接拉伸低温蠕变试验。根据幂函数模型计算得到了沥青混合料的低温蠕变柔量,并基于时-温等效原理,以-10℃为参考温度建立了幂函数模型蠕变柔量主曲线,分析了沥青混合料的低温蠕变性能和低温抗裂性能。结果表明,温度在0℃时,中间级配混合料的低温抗裂性能最好,而随着温度降低到-20℃时,粗级配混合料的低温抗裂性能变最好;采用幂函数模型能够较好地描述沥青混合料扩宽时间域的低温蠕变柔量主曲线,其参数幂指数m能较好地表示沥青混合料的低温松弛能力,在宽时间域内,细级配混合料的低温松弛性能增大,相应的其低温抗裂性也最好。     

盐冻融循环对沥青混合料性能的影响因素研究

为了研究沥青混合料在冻融循环及除冰盐溶液共同作用下的抗裂性能,在断裂力学理论基础上,采用半圆试件弯拉实验,并通过J积分来评价沥青混合料的抗裂性能;利用极差分析法原理和灰色关联熵分析法原理深入分析沥青种类、冻融循环次数和除冰盐浓度对沥青混合料抗裂性能的影响。结果表明,盐冻融循环作用下,对断裂韧度影响程度的大小关系为沥青种类冻融循环次数除冰盐浓度;与基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料和复合胶粉改性沥青混合料相比,橡胶粉改性沥青混合料具有更好的抗裂性;随着冻融循环次数及盐浓度的增加,混合料的抗裂性逐步降低。     

粉煤灰／海泡石纤维复合沥青混合料的制备与性能研究

从海泡石纤维和粉煤灰纤维的微观结构特性出发，进行粉煤灰，海泡石复合纤维增强沥青复合材料的制备。通过路用性能试验，研究了海泡石纤维和粉煤灰纤维对沥青混合料性能的影响以及结合机理。结果表明，添加适量海泡石和粉煤灰纤维可以制备性能优良的纤维复合沥青混合料。海泡石纤维对沥青表现极强吸持能力，有效调节沥青与胶浆的含量。粉煤灰纤维在沥青中主要起加固和改善混合料的作用。两种纤维的添加，使沥青混合料的高温变形性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性等显著提高。     

考虑老化的温拌沥青混合料低温性能

为明确温拌沥青混合料中温拌剂和热老化对混合料低温性能的影响,对原样、短期老化、长期老化的沥青混合料,利用UTM-100进行了0℃、-10℃和-20℃下的小梁弯曲试验和小梁弯曲蠕变试验。研究结果表明：可用蠕变试验数据拟合出伯格斯模型参数,计算出温度应变能密度,进而由弯曲和蠕变试验结果预估出温拌沥青混合料的开裂温度,作为评价温拌沥青混合料低温性能的一个综合指标;可以用延时拌和法表征沥青混合料在短期老化过程中达到平均老化程度的热老化方法;沥青混合料在不同温度、不同老化程度下低温性能发生变化是由于拟合参数发生了变化;温拌剂在一定程度下增加了沥青混合料的抗短期老化性能;发现加入有机降黏型RH温拌剂会降低沥青混合料的低温性能,而益路温拌剂对沥青混合料的低温性能有利,故在寒冷地区推荐使用益路温拌剂。     

老化对泡沫温拌沥青混合料性能的影响

为研究老化对泡沫温拌沥青混合料性能的影响,采用体积指标法确定泡沫温拌Sup-20混合料的适宜成型温度,分别对不同老化时间下的泡沫温拌沥青混合料的体积指标以及原样混合料、短期老化后和长期老化后的热拌沥青混合料和泡沫温拌沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性能进行研究。结果表明:泡沫温拌Sup-20混合料适宜的压实温度为110℃左右,拌和温度为125℃左右。泡沫温拌Sup-20混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性能均稍弱于相应的热拌沥青混合料,并且泡沫温拌Sup-20混合料的路用性能衰减程度大于热拌混合料,其抗老化性能弱于热拌混合料。     

玄武岩纤维掺量对大空隙沥青混合料路用性能的影响

为研究掺加玄武岩纤维的大空隙沥青混合料的路用性能,通过析漏试验和马歇尔稳定度试验确定了0％ ～0.5％ 六种玄武岩纤维掺量的最佳油石比.研究发现,当纤维掺量0.3％、油石比为4.9％ 时对应的稳定度值最大,析漏损失最少;掺加玄武岩纤维可以有效的提高大空隙沥青混合料的高温性能、水稳定性、低温抗裂性能和抗压强度,且玄武岩纤维掺量为0.3％ 时,各项指标达到最优.     

基于CAVF级配设计方法的环氧沥青混合料路用性能研究

为研究环氧沥青混合料耐久性不足、易脆裂等问题,优化其路用性能质量,采用CAVF级配设计方法和常规马歇尔方法进行了环氧沥青混合料高温稳定性试验、低温抗裂性试验、低温蠕变试验及水稳定性试验;通过调整级配、环氧沥青类型和温度等因素对其进行研究分析。结果显示:CAVF级配显著改善了环氧沥青混合料的高温力学稳定性和抗车辙能力,并且降低了温度对环氧沥青混合料高温力学强度的劣化作用;低温弯曲试验发现环氧沥青混合料具有较强的温度敏感性(与普通沥青混合料相比),最大弯拉应变值随温度的降低呈线性下降趋势,采用CAVF级配在一定程度上能够弥补温度对其的劣化作用;水稳定性试验显示随试验浸泡时间的延长和循环次数的增加,其高温水稳定性能和低温水稳定性能均出现显著劣化作用,这与低温蠕变应变变形影响规律相同。汇总研究成果,表明CAVF级配较适用于环氧沥青混合料,能够降低或避免常规级配设计方法出现的缺陷性问题,可为实体工程应用提供技术支持。     

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。     

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。     

回收沥青瓦在沥青路面再生应用中的研究进展

为了将建筑行业所产生的大量废旧沥青瓦材料再生应用于道路建设中,促进循环利用,阐述了利用回收沥青瓦再生沥青混合料的可行性及相应再生方法,综述了回收沥青瓦改性沥青胶结料的粘度、抗车辙和低温抗开裂等性能以及回收沥青瓦再生沥青混合料的路用性能,指出未来进一步的研究建议。现有研究表明,沥青瓦改性沥青胶结料表现出更好的抗车辙性和低温性能,且低沥青瓦含量对其低温抗裂性能并未有明显影响,沥青瓦改性后因胶结料粘度提高而出现的硬化问题可通过引入生物改性技术来消除。回收沥青瓦材料加入沥青混合料中能有效降低脆化温度,提高混合料的抗车辙性能、抗疲劳开裂性及水稳定性。采用发泡工艺和添加剂可将回收沥青瓦材料再生技术与温拌技术相结合,从而表现出良好的环境和经济效益,为我国环保型路面研究提供了参考价值。     

玻纤格栅加筋沥青混凝土路面的施工技术分析

沥青混凝土路面中加铺玻纤格栅是～种物理改性沥青混合料,相当于对沥青混合料进行加筋,可以显著提高路面结构的抗拉、抗剪和抗弯拉强度,约束沥青混合料的变形,提高沥青路面高温抗车辙能力、低温抗缩裂能力和抗疲劳寿命,防止沥青路面反射裂缝,延长了沥青路面的使用寿命。     

低温成型抗车辙功能沥青混合料路用性能研究

我国寒冷地区热拌沥青混合料的施工季节短,为了减少低温条件下压实成型对沥青路面使用性能的不利影响,开展掺加低温施工高性能添加剂的沥青混合料路用性能的研究工作。研究了掺加低温高性能添加剂的沥青混合料的压实成型工艺,通过室内车辙实验、水稳定性实验和力学性能实验分析其路用性能特点。结果表明,掺加PRLT添加剂的沥青混合料能够在相对较低的温度条件下成型,提高了沥青混合料的可压实性,可以延长热拌沥青混合料的施工季节,适用于寒冷地区的沥青路面建设;该添加剂显著提高沥青混合料高温抗车辙性能,并一定程度上改善低温抗裂性能、抗水损害性能和力学性能。     

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。