孔隙走向引起的大空隙沥青混合料渗水性能方向差异

为了分析大空隙沥青混合料中孔隙走向特征及其引起的渗水性能方向差异,采用X射线CT扫描4组不同空隙率的大空隙沥青混合料马歇尔试件,通过图像处理技术测试试件在径向和竖向截面内孔隙形状参数,分析混合料中竖向和径向孔隙的分布差异。对旋转压实成型的大空隙沥青混合料试件,沿着径向和竖向钻孔取芯,采用开发的渗水仪,测试芯样12个方向的渗水系数,分析旋转压实试件在径向平面内12个角度和竖向平面内12个角度上渗水系数的差异。结果表明,大空隙沥青混合料径向与竖向孔隙具有不同的分布特征,径向空隙率更大,孔径更均匀,单位截面上径向孔隙数量更多;大空隙沥青混合料的渗水系数存在明显的方向差异性,竖直平面内不同角度上渗水系数的差异高于水平面内,竖直平面内在越趋于水平的方向上渗水系数越大。     

基于X-CT技术的多孔排水沥青混合料空隙竖向分布特性

采用X-CT技术、数字图像处理技术与分形理论相结合对多孔沥青混合料的空隙竖向分布特性进行了研究,结果表明:空隙特征图像可以定性描述多孔沥青混合料的连通情况和分布特性,多孔沥青混合料中没有面内连通情况;所研究的6个截面空隙率分布范围为17.7%~22.2%;不同截面的空隙数量最大相差16个,约占空隙总量的四分之一;空隙轮廓分维数均大于其相应的空隙面积分维数,且与空隙数量和空隙率无关。空隙级配图显示,同一试件内两个正交截面空隙的级配大多分布在4~8 mm内,但分布形态各异。经对比分析发现,横向空隙与竖向空隙除最大直径相差2 mm外,等效直径分布较为接近。     

设计沥青混合料

“设计沥青混合料”与路用沥青混合料组成设计具有本质的差别。尽管国内外在沥青混合料组成设计方面进行了广泛的研究，但距离“设计沥青混合料”仍存在较大差距。本文根据以往的研究成果和对于国内外研究趋势的分析明确提出了设计沥青混合料的概念，重点分析了按体积设计沥青混合料、材料组成与沥青混合料路用性能关系等问题，并根据目前科学技术发展水平预测了这一研究领域未来十年的技术进展。     

沥青碎石混合料永久变形与空隙结构关系研究

一般认为沥青碎石混合料较大空隙与较小永久变形间是相互矛盾的,但不同级配沥青碎石混合料不同压实功下的空隙率与永久变形的对比研究表明,两类不同空隙结构的混合料对应的永久变形有明显差异.进一步试验数据表明兼顾较大空隙率、较高回弹模量和较小永久变形的功能要求是可能的,关键在于空隙结构的力学稳定性,其关键技术不仅在作为必要条件的材料设计,而且在作为充分条件的成型工艺的配合,因此重要的在于材料-结构-工艺一体化设计.     

多孔沥青混合料PAC-13空隙率预估模型

基于多孔沥青混合料的室内试验结果,分析了关键筛孔通过率和关键集料含量对PAC-13空隙率的影响规律,根据分析结果,选取4.75mm、2.36mm和0.075mm筛孔通过率以及1.18～2.36mm集料含量作为模型参数,采用多元线性回归方法建立PAC-13空隙率预估模型。结果表明,多孔沥青混合料PAC-13中,2.36mm和4.75mm的筛孔通过率以及粒径为1.18～2.36mm的颗粒含量同空隙率呈线性负相关;根据所选的4个参数建立的空隙率预估模型具有良好的拟合效果;沥青用量或油石比也会影响多孔沥青混合料空隙率大小,油石比每提高0.5%,空隙率降低约1.1%。     

基于细观结构特征的沥青混合料空隙三维分布特征研究

细观结构特征对沥青混合料宏观性能有着重要影响,其中细观结构的空隙率特征是影响沥青混合料车辙、水损害的关键因素之一.通过工业CT分别对最大公称粒径分别为13 mm与16 mm的AC、SAC、SMA的6种沥青混合料试样进行无损扫描,获取其内部细观结构特征信息,并对其试样进行三维重构.提取试样的内部空隙体积参数并计算其三维空隙率;选取部分断面图像计算其二维空隙率,并对两种方法计算出的空隙率进行对比分析.研究结果表明:试样内部空隙数量随着空隙体积增大呈递减趋势,且0～50 mm3体积区间内空隙数量最多;相同级配下,SAC的空隙率小于AC和SMA;最大公称粒径为13 mm的空隙率小于16 mm的空隙率;空隙率由试样两端向中间呈逐渐减小的趋势,且SMA较SAC表现得明显,最大公称粒径为16 mm的试样比最大公称粒径13 mm的表现得更明显;3D计算空隙率比2D计算空隙率更接近实测值.     

沥青混合料的搅拌功率试验和黏度模型

针对由沥青“黏度-温度”试验曲线确定的混合料理论施工温度与工程实际施工温度差距较大问题,通过进行沥青混合料的搅拌功率试验,对其施工温度确定方法进行了理论和试验研究。采用经过改制的搅拌机,测定不同温度与搅拌转速下的混合料搅拌功率,得到三者之间的关系,进而建立了由搅拌功率表征的沥青混合料广义塑性黏度模型。该模型表明：沥青混合料的广义塑性黏度决定于混合料的温度,以及矿料物理性质、级配、沥青类型和用量等材料因素,而与搅拌机的转速无关,代表了沥青混合料的流变特性;通过测定沥青混合料在不同温度下的广义塑性黏度,得到广义塑性黏度随温度的变化曲线,在该曲线中梯度变化明显变缓的温度可作为该种沥青混合料的施工控制温度。     

表征沥青及沥青混合料性能的流变学模型

本文结合由高、低温蠕变实验所得到的沥青混合料的变形特性,在分析现有流变学模型性能的基础上,提出了一种能较准确地表征沥青混合料变形特性的流变学模型,推导了其蠕变方程,并通过蠕变实验结果确定了材料的模型参数,为采用流变学理论和粘弹性理论研究沥青混合料及沥青路面奠定了基础。     

多孔沥青混合料粘弹塑性损伤模型

为合理描述多孔沥青混合料在中低温度外界荷载作用下的力学特性,基于增量型本构方程,采用Weibull损伤函数、广义Maxwell粘弹模型与D-P塑性模型,构建了粘弹塑性损伤模型．以此模型为分析手段,对不同温度和加载速率下的单轴压缩应力-应变曲线进行拟合,并分析温度与加载速率对模型参数的影响规律．分析结果表明:多孔沥青混合料粘弹参数随着温度的降低逐步退化成弹性参数,塑性模型中的体积模量和剪切模量也随温度呈现出明显的粘弹特性,塑性应变产生时对应的应变值与损伤应变阙值基本保持一致,温度及加载速率对于混合料的损伤扩展也有显著影响．构建的理论模型可以有效表征多孔沥青混合料在常温和低温下受荷时的力学损伤特性．     

改性多孔沥青混合料水稳定性与损伤规律

为了提高季冻区多孔沥青路面的使用质量、减轻路面冻融损伤,采用玻璃纤维、硅藻土与沥青路面旧料以改善多孔沥青混合料性能。分析不同材料掺量的多孔沥青混合料在冻融循环下的抗压强度、空隙率及应变变化,并考虑不同材料与不同材料掺量对多孔沥青混合料水稳定性的影响;基于损伤力学理论以抗压强度为指标表示强度率,研究改性多孔沥青混合料的冻融损伤演化规律;基于CT无损检测与数字图像处理技术,分析玻璃纤维多孔沥青混合料冻融前后空隙数量与空隙面积的变化规律。结果表明：混合料抗压强度随冻融循环次数的增加而降低,而空隙率与应变呈上升趋势;具有玻璃纤维掺量0.7%、沥青路面旧料掺量15%、硅藻土掺量25%和掺量15%沥青路面旧料及20%硅藻土的4种多孔沥青混合料水稳定性能最好,其中玻璃纤维的改性效果最佳;掺入玻璃纤维、15%掺量硅藻土与15%掺量沥青路面旧料能减轻多孔沥青混合料的冻融损伤,但硅藻土再生多孔沥青混合料损伤程度均较大,损伤前期强度较高,更适用于短时冻土区;与硅藻土再生多孔沥青混合料相比,玻璃纤维多孔沥青混合料、再生多孔沥青混合料与硅藻土多孔沥青混合料经历了长时间的快速损伤期、短时间的损伤稳定期与损伤发展期;玻璃纤维掺量较低的试样空隙数量增加,平均单个空隙面积减小,而掺量较高的试样表现相反。     

排水性沥青混合料（OGFC-13）配合比设计

以常州市武进区环湖东路工程中机动车道所使用的排水性沥青混合料（ OGFC-13）为例,重点探究了排水性沥青混合料（ OGFC-13）中高黏沥青、集料等原材料选择的重要性以及配合比设计的主要试验步骤。确定本次配合比为1＃料（9.5～13.2 mm）∶2＃料（4.75～9.5 mm）∶3＃料（2.36～4.75 mm）∶4＃料（0～2.36 mm）∶矿粉＝43∶39∶0∶14.5∶3.5,聚酯纤维用量为混合料的0.25％,最佳油石比为5.4％。这种沥青混合料具有排水及时性、抗滑优越性、降噪显著性等特点。     

排水性沥青混合料设计方法的研究

由于排水性沥青混合料具有特殊的结构组成及路用功能，因而必须开发适宜的混合料设计方法。总结了美国、欧洲及日本在排水性沥青混合料的材料要求、配合比设计方法及国内近年来在级配组成、沥青用量等方面的研究成果。最后介绍了排水性沥青混合料的完整设计实例。     

开级配沥青混合料空隙率与透水性能试验研究

通过试验研究了透水性沥青混合料的空隙率与透水性能,得出了不同集料级配和油石比对空隙率及透水性能的影响规律,为道路工程铺设透水性路面沥青混合料的配合比设计提供了试验依据.     

排水沥青混合料的矿料组成设计方法研究

通过引入VMA*,借鉴贝雷法的骨架思想,结合体积法的填充原则,提出基于VMA*的排水路面沥青混合料矿料组成设计方法。针对基于VMA*设计的排水沥青混合料矿料组成特点,提出贝雷法三参数级配评价中CA值的修正公式及其参数FAc和FAf范围。计算及验证结果表明,基于VMA*的矿料组成设计方法适合排水路面沥青混合料矿料组成设计,修正后的贝雷法三参数级配评价法适用于评价排水沥青混合料,其参数FAc和FAf范围应为0.5～0.8。     

Duroflex 抗车辙剂对沥青混合料材料性能的影响

研究Duroflex抗车辙剂对沥青混合料材料性能的影响．对不同抗车辙剂掺量下AC-20C沥青混合料的高温稳定性、低温稳定性及水稳定性进行试验,并与SBS改性沥青混合料材料性能进行对比分析,结果表明：掺加Duroflex抗车辙剂对沥青混合料高温稳定性、低温稳定性及水稳定性均有明显改善作用．     

沥青路面铺筑温度场数值仿真模型

为确定一定环境下沥青混合料铺筑过程温度衰减规律, 对铺筑过程路面温度场的仿真模型进行了研究.采用非连续的随碾压次数而变的层厚、材料热物性和洒水散热条件, 连续的随温度而变的对流换热、辐射换热条件, 以及非均匀的底层初始温度场, 建立了一维仿真模型.通过变换几何模型及循环调用初始温度场的方法, 实现了非连续条件在连续场分析中的应用.由仿真模型验证, 本文模型可以在不同环境条件下实现铺筑过程温度场仿真.     

基于外加剂技术的沥青混合料路用性能研究

利用外加剂改善沥青混合料路用性能是一项新的技术手段.通过掺加沥青路面增强剂混合料与基质沥青混合料以及SBS改性沥青沥青混合料的多项路用性能试验比较,认为这种增强剂应用效果明显优于SBS改性沥青混合料.试验结果显示,增强剂不仅能够成倍提高沥青混合料的高温稳定性,同时能够较好地改善沥青混合料其它路用性能,如低温稳定性和水稳性等,同时经济性也优于SBS改性沥青混合料。研究表明,增强剂技术是一种全面提高沥青路面路用性能的有效方法.     

冻融循环条件下沥青混合料的耐久性及其GM(1,N)预测

通过沥青混合料空隙率及冻融前后混合料劈裂抗拉强度变化进行冻融循环条件下沥青混合料的耐久性能研究,并采用灰色系统理论中GM(1,N)模型对冻融循环条件下沥青混合料的耐久性能进行预测。试验结果表明:沥青混合料耐久性因素中的空隙率和劈裂抗拉强度与冻融次数之间有良好的相关性,在冻融循环条件下,空隙率随着冻融次数的增加而明显增加,劈裂抗拉强度随着冻融次数增加显著减小。建立的GM(1,N)灰色预测模型能够较好地预测冻融循环条件下沥青混合料的空隙率和劈裂抗拉强度,且计算结果与试验数据吻合较好,表明在冻融循环条件下沥青混合料耐久性研究中引入灰色系统理论是可行的;通过GM(1,N)多因素预测,可以大量减轻试验工作量以及降低试验成本。