测试条件对SBS改性沥青表观黏度影响研究

黏度是沥青的一项重要性质,与沥青混合料施工温度和施工和易性密切相关,为了评价测试条件对黏度的影响,采用布洛克菲尔德黏度计,研究了不同时间、温度和转速条件下SBS改性沥青表观黏度变化情况.结果表明:SBS改性沥青表观黏度值随时间增加逐渐趋于稳定,温度越高、剪切速率(转速)越大,黏度趋于稳定的时间越短,且初始黏度与稳定黏度之间的差值越小;当温度超过150℃时,黏度与转速无关;不同温度下进行SBS改性沥青黏度测定时,转速应不小于20 r/min.     

温拌沥青混合料温度变化的灰色预测模型

结合天定高速沥青路面工程,量测了施工中热拌沥青混合料和温拌沥青混合料内部及表面的温度,探讨了两种沥青混合料施工中不同时刻的温度变化差异,并根据灰色理论建立了热拌和温拌沥青混合料施工中温度变化的GM(1,1)模型。结果表明:热拌沥青混合料与温拌沥青混合料表面温度变化差异不大;初压过后的温拌沥青混合料内部温度明显大于热拌沥青混合料各个时刻的内部温度;建立的施工中热拌与温拌混合料内部及表面温度变化预测模型精度较高,可以预测温拌沥青混合料的温度变化,对温拌沥青混合料有效施工时间的确定具有重要的参考作用。     

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．     

级配类型对沥青混合料拌和流动性及和易性影响研究

为了保证沥青路面的铺筑质量,沥青混合料应具有良好的流动性及和易性。针对级配类型对混合料拌和流动性及和易性的影响,制备了AC-13、AC-20、ATB-25、SMA-13和OGFC-13 5种沥青混合料,利用自主开发的变速拌和试验装置,在不同工况下进行变速拌和试验,并绘制“拌和功率-拌和速率”流变图,分析拌和流动模型及流动参数,定义了和易性指数。结果表明：沥青混合料的拌和功率与拌和速率具有良好的线性关系,拌和流动特性服从宾汉流变模型。从理论上引入了拌和塑限和拌和黏度两个流动参数;这两个拌和流动参数决定了沥青混合料的拌和和易性,数值越大,和易性越差;集料级配类型对沥青混合料的拌和塑限影响较大,但对拌和黏度影响较小,拌和温度对沥青混合料的拌和塑限几乎没有影响,但对拌和黏度影响显著。     

热拌沥青混合料筛分

用由马歇尔设计法得到AC 13与AC 20的沥青混合料,搅拌后将混合料依次通过孔径为16 mm、13.2 mm、4.75 mm的方孔筛进行筛分;对筛分得到的四档沥青混合料按照一定比例进行重新分配得到新的AC 13（n）与AC 20（n）.通过燃烧法试验测定AC 13（n）与AC 20（n）的沥青含量及其矿料级配曲线.分别对比AC 13（n）、AC 20（n）与AC 13、AC 20的沥青含量和矿料级配曲线变化情况,结果表明:通过对热拌沥青混合料筛分得到的沥青混合料,在沥青含量和矿料级配曲线方面均符合规范规定的范围,且偏离最初的设计很小,因此,热拌沥青混合料的筛分是可行的.     

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.     

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。     

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。     

测试条件对橡胶改性沥青黏度的影响分析

橡胶沥青属于典型的非牛顿流体,黏度作为表征橡胶沥青的主要指标,测试条件对其影响很大。Brookfield旋转黏度得到了广泛的应用,但国内外对于橡胶沥青黏度测定转子与转速的选择尚不明确。为了分析测试条件对橡胶沥青黏度的影响,选择不同规格的SC4-21#,SC4-27#转子,分别在10 r/min,20 r/min,50 r/min,100 r/min的不同转速下,测试0%,5%,10%,15%,20%,25%不同胶粉掺量橡胶沥青样品的180℃黏度,同时采用插值法得到橡胶沥青50%扭矩对应的黏度,通过流变学原理分析沥青黏度试验的原理及变化规律。分析了转子与转速对橡胶沥青黏度以及扭矩值的影响,建立了扭矩与橡胶沥青黏度的关系,并推荐了不同测试精度要求的橡胶沥青180℃黏度时的转子和转速,有利于橡胶沥青黏度测试结果的有效性与可比性。     

适用于寒区的温拌沥青混合料试验

为了对比研究温拌沥青混合料最佳击实温度及路用性能,采用马歇尔试验对不同温度下温拌沥青混合料体积参数进行分析,在此基础上根据混合料性质确定最佳温拌剂掺量,并通过劈裂试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验研究温拌沥青混合料路用性能。结果表明:温拌剂LQ-1106掺量为0.6%时效果最佳,混合料击实温度相对热拌沥青混合料可降低25℃,在最佳击实温度两种沥青混合料各项路用性能基本相当,满足《公路沥青路面施工技术规范》对热拌沥青混合料的要求,是一种适合于寒区低温施工的沥青混合料。     

炭黑改性沥青混合料的动态响应主曲线分析

为了分析炭黑改性沥青的动态响应,在不同试验温度及加载频率下进行基质沥青混合料和炭黑改性沥青混合料的简单性能试验(SPT),分析了两种混合料动态模量和相位角的变化规律,并根据试验数据,采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成了两种沥青混合料动态模量和相位角主曲线,并对其进行对比分析.结果表明,炭黑改性沥青混合料的活化能ΔE_a和移位因子lg[α(T)]在低于参照温度时小于基质沥青混合料,而在高于参照温度时大于基质沥青混合料.随着加载频率的升高,动态模量主曲线呈"S"形曲线逐渐增大,而相位角主曲线先增大后减小,但不如动态模量主曲线光滑,尤其在低频范围内数据分散.动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对炭黑改性沥青混合料黏弹性响应的影响.炭黑改性沥青混合料在低于37.8℃时的动态模量更大,具有更好的抗变形能力;随着温度的升高,当温度超过37.8℃时,两种混合料的黏弹性响应差异不大,即在低频或高温条件下的炭黑改性效果不显著.     

沥青混合料松弛和延迟时间谱的确定与换算

为了分析沥青混合料不同时间谱的确定方法和相互换算关系,采用Prony级数和积分变换表达式分别对沥青混合料的离散松弛和延迟时间谱及连续松弛和延迟时间谱进行确定,并将连续时间谱进行离散化表示,建立了由连续时间谱换算离散时间谱的关系式,由时间域、Laplace变换域和频率域内本构关系分别导出了离散松弛与延迟时间谱之间的换算线性方程组,并通过动态模量和蠕变柔量主曲线试验结果对本研究确定和换算方法的有效性进行了验证.结果表明,沥青混合料的4种时间谱可以通过试验主曲线同时确定,松弛与延迟时间谱之间的换算结果与试验结果吻合较好,该方法能够为沥青混合料黏弹性参数的全面分析提供有效工具.     

泡沫沥青黏温特性与混合料疲劳性能研究

为分析SBS改性沥青的发泡特性与混合料路用性能特点,开展了室内试验研究工作,并依托徐州市某公路养护工程,评估了泡沫温拌沥青路面的应用效果.结果表明:SBS改性沥青最佳发泡条件为发泡温度160℃、发泡用水量2.5%;并且泡沫沥青的黏度变化由初期的不稳定逐渐向原样沥青转变,气泡消散后黏温曲线与原样沥青一致;四点弯曲疲劳试验表明,泡沫温拌沥青混合料在加载100万次后,模量损失为25.8%,具有较好的疲劳特性;配合比设计表明泡沫温拌沥青混合料体积指标与路用性能指标均能满足规范要求;试验与应用表明,泡沫温拌沥青路面长期性能良好.     

沥青混合料黏弹性响应影响因素分析

选择3种级配的沥青混合料进行不同温度和应力水平的蠕变试验,根据应力应变关系得到的蠕变柔量曲线获取Burgers黏弹性模型参数,分析温度、应力水平、矿料级配以及老化作用对沥青混合料黏弹性的影响.结果表明,随着温度的升高,3种沥青混合料的E1、η1、E2、η24个参数总体不断降低,即沥青混合料软化、模量减小,但不同温度下3种混合料的黏弹性参数排序并不相同;应力水平对沥青混合料的黏弹性能有显著影响,处于中间荷载水平0.5 MPa时4个黏弹性参数的区分度最大,但不同级配的沥青混合料对应力水平的响应存在差异,公称最大粒径相近的混合料的某些黏弹性参数变化趋势较一致;老化是沥青混合料黏弹性变化的重要原因,但短期老化和长期老化的影响并不相同.     

沥青混合料动态模量季节性变化规律研究

路面结构中沥青混合料的实际工作温度是一个很宽的范围,为了更客观地进行路面结构的分析和设计,需要确定混合料力学性质随时间的变化情况.通过试验确定了某一柔性基层沥青路面试验段各层沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度转化因子,并利用实测的2002-2003年每1 h的气候数据分析了试验段温度场的分布及变化情况,进而确定了路面结构内不同深度处沥青混合料动态模量随时间的变化情况,可供路面结构分析和设计参考.分析结果表明,沥青混合料的动态模量呈现出明显的季节性变化,最大、最小日平均动态模量可相差14倍以上,随着深度的增加,动态模量的季节性变化幅度逐渐减少.     

沥青混合料劈裂强度影响因素数值模拟

为数值研究沥青混合料劈裂强度影响因素,基于三维离散元法与粘聚带模型,建立了沥青混合料劈裂试验微观力学模型,模拟不同集料级配在不同温度下沥青混合料劈裂强度,并通过室内试验进行验证。研究结果表明:基于粘聚带模型和三维离散元法所建立的沥青混合料劈裂试验微观力学模型可较地好模拟沥青混合料劈裂强度。集料级配和温度对沥青混合料劈裂强度有显著影响。相同温度下,随着集料公称最大粒径变大,集料级配变粗,沥青混合料劈裂强度而逐渐增大;相同集料公称最大粒径时沥青混合料劈裂强度随温度的升高而逐渐降低。     

沥青混合料离析与空隙率的相关性分析

以SUP16型沥青混合料为例,对现场施工中不同离析状况的沥青混合料进行了性能分析和试验研究,分析了沥青混合料集料离析和温度离析与空隙率的变化关系,以及空隙率对沥青路面压实度和平整度的影响.结果表明:粗集料集中混合料的空隙率平均值为9.5,吸水率高达2.0,粗集料离析对沥青混合料性能的影响更严重;空隙率的变化受沥青混合料温度的影响很明显.随着温度降低幅度增加.空隙率与设计值的偏离增大.路面的压实质量和平整度变差.     

采用沥青浸渍法测定混合料最大理论相对密度

为了准确测定沥青混合料最大理论相对密度大小,将影响空隙率值的因素控制在较小范围内,分析了规范中几种不同的沥青混合料最大理论相对密度测定方法不足对其值的影响,提出了用沥青浸渍法测定沥青混合料最大理论相对密度的操作方法.该法人为影响因素小,适用于各种沥青及集料拌制的混合料的最大理论密度的测量.试验表明:以沥青为介质,得到了沥青混合料的零空隙状态,理论上严密,实践上可行;用沥青浸渍法测定的最大理论相对密度与现场集料对沥青的吸收程度较为吻合,其结果较为准确、可靠.通过大量试验对不同级配的大粒径沥青混合料最大理论相对密度的不同测定方法结果比较,证实了沥青浸渍法是一种比较合理、精确且简易的测定方法.     

温拌再生沥青混合料压实特性

通过对AC-13温拌再生沥青混合料在不同成型温度下的马歇尔试验,模拟沥青路面在不同压实温度下的碾压施工,分析压实温度对温拌再生沥青混合料空隙率、矿料间隙率、稳定度、流值等体积参数变化的影响.结果表明,随着压实温度的升高,沥青混合料空隙率、矿料间隙率以及流值不断降低而沥青饱和度和稳定度不断增大.     

沥青混合料级配曲线模型的分形特征与应用

矿料级配对沥青混合料质量有重要影响。目前几种常见的级配计算方法大多是基于幂函数构建的模型。常见的曲线函数还包括指数函数与对数函数,文章基于3种不同曲线函数建立各自的计算模型进行级配计算,并利用分形理论分析不同曲线模型计算级配与AC-16、SAC-16等常见级配的异同。总结分形理论应用于矿料级配的规律,表明以粗集料骨架划分沥青混合料结构的实质是分形参数K的变化。另外,借鉴SAC级配计算方法,提出以分形理论和曲线模型相结合的沥青混合料级配计算方法。