高黏改性沥青高温黏弹特性指标区分度分析

为得到能准确区分高黏改性沥青高温性能的评价指标,分别对3种高黏改性沥青(高黏改性剂掺量均为12%)及基质沥青进行滞后环、动态剪切流变(DSR)和软化点等试验,并采用沥青混合料车辙试验进行了验证,基于沥青混合料试验结果对3种高黏改性沥青的高温性能评价指标作了一致性和区分度分析.结果表明:3种高黏改性剂的掺入均可提高基质沥青的黏弹特性和高温性能,但改性效果不同;不同高温评价指标基本能对3种高黏改性沥青的高温性能做出一致性评价,但区分能力不同,其中滞后环试验技术指标和Carreau模型拟合的零剪切黏度(ZSV)值区分度和评价效果最好,而车辙因子和软化点较差.     

沥青混合料的拌和流动特性及和易性指数

为定量评价沥青混合料的拌和流动特性,深化认识混合料强度构成的演变机理,文章利用自行开发的一种变速拌和试验装置,在不同拌和速率（20~50r·min1）和拌和温度（130~180℃）下,对不同沥青种类、不同沥青用量和不同级配类型的沥青混合料进行拌和功率测试,分析拌和流动特性,建立拌和流变模型,定义拌和和易性指数。研究结果表明：拌和试验装置的功率测试误差小于5%,测试数据稳定可靠,可用来表征沥青混合料的拌和功率;拌和温度越高,拌和速率越小,所耗费的拌和功率越少,沥青混合料越容易拌和;沥青混合料的拌和流变模型服从线性的宾汉黏塑性模型,模型直线的斜率表征混合料的拌和黏度,截距反映内在塑限;拌和和易性指数可以定义为模型直线对拌和速率之面积的倒数,从理论上综合考虑黏塑性流动参数;沥青越黏稠,沥青用量越大,集料颗粒越粗,沥青混合料的拌和阻力越大,和易性越差;从强度构成的演变机理来看,集料的组成特性决定内在塑性极限,沥青砂浆的黏性决定黏性强度即牛顿黏性流强度。     

沥青零剪切黏度与高温流变参数灰色关联分析

采用动态频率扫描试验和稳态剪切试验测试5种沥青的黏度曲线,并采用Cross模型和Carreau模型这2种流变模型拟合得到沥青60℃零剪切黏度,分析沥青的稳态流动特性;通过沥青温度扫描试验和多重应力蠕变恢复试验,测定5种沥青在不同温度下的流变参数和不同应力水平下的不可恢复蠕变柔量及不可恢复蠕变柔量差,并对5种沥青零剪切黏度与高温流变参数进行灰色关联分析.结果表明:与动态频率扫描试验相比,稳态剪切试验更加适合用来测定基质沥青和改性沥青的零剪切黏度;Cross模型和Carreau模型均可较好拟合5种沥青的零剪切黏度,Carreau模型的拟合值小于Cross模型;相比于其他沥青高温流变参数和不可恢复蠕变柔量,沥青不可恢复蠕变柔量差与零剪切黏度的灰色关联度最高,能更好地反映沥青的高温性能;随着温度的升高,沥青车辙因子与零剪切黏度的灰色关联度逐渐增大;沥青零剪切黏度与不可恢复蠕变柔量差及车辙因子的关联性最好,3个指标均能较好地评价沥青高温性能.     

纤维对排水沥青混合料高低温性能的影响机理分析

由纤维与高黏度改性沥青、矿粉形成的高黏度改性沥青胶浆是影响排水沥青混合料性能的关键因素。为明确纤维对排水沥青混合料高、低温性能的影响机理,测试了聚酯纤维和玄武岩纤维排水沥青混合料的动稳定度和低温破坏应变,并采用动态剪切流变试验、弯曲梁流变试验等方法,对比研究了2种纤维对高黏度改性沥青胶浆高、低温性能的影响。为确定2种纤维最佳掺量范围,测试了不同纤维掺量下排水沥青混合料飞散损失。结果表明:纤维增加了高黏度改性沥青胶浆黏稠度,增大了高黏度改性沥青胶浆车辙因子,提升了排水沥青混合料的高温稳定性;纤维对高黏度改性沥青胶浆低温性能影响不明显,排水沥青混合料低温抗开裂性能的改善主要为纤维增强了集料间的黏结性能;排水沥青混合料聚酯纤维最佳掺量为0.15%左右,玄武岩纤维掺量范围推荐为0.20%～0.40%。     

高黏度沥青黏度的评价方法与评价指标

对高黏度改性沥青、SBS改性沥青以及A-70基质沥青进行真空减压毛细管试验和动态剪切速率扫描试验,得到沥青的毛细管黏度和零剪切黏度.基于2种黏度试验的试验原理以及沥青在路面结构中受力状态的分析,对比2种黏度试验中沥青所受的剪切速率水平及其与路面结构中沥青所受剪切速率水平之间的关系.结果表明:对于黏度大于3×104Pa.s的高黏度沥青,零剪切黏度所对应的第一牛顿流区范围的剪切速率与沥青在路面结构中所受的剪切速率水平一致,零剪切黏度可以较为合理地表征高黏度沥青在路面结构中的黏结特性;而高黏度沥青在毛细管试验中的剪切速率过小,毛细管黏度不宜用于评价高黏度沥青材料的黏度特性.OGFC-13沥青混合料的飞散试验结果验证了上述分析结果.建议采用动态剪切速率扫描试验方法并以零剪切黏度指标来评价高黏度沥青的黏度特性.     

统一流变力学模型参数的确定方法

统一流变力学模型同时包含黏弹性、黏塑性、黏性、黏弹塑性4种基本流变力学性态,根据岩石在不同应力水平下的加卸载蠕变试验曲线特性,可以全面地对统一流变力学模型及其14个特殊情况下的模型进行辨识.以采用统一流变力学模型对流变模型进行辨识的方法为基础,对流变力学模型参数的确定方法进行研究.先介绍黏弹性、黏塑性、黏性、黏弹塑性这4个基本流变力学模型模型参数的确定方法.然后,将蠕变试验数据中的蠕变应变量分离成衰减蠕变应变分量(其蠕变曲线函数可表示为指数函数)和定常蠕变应变分量(其蠕变曲线形函数可表示为与时间成比例的线性函数)2部分.并分别介绍衰减蠕变应变分量中同时含有黏弹性和黏弹塑性2种应变,以及定常蠕变应变分量中同时含有黏性和黏塑性2种应变这2种情况的流变力学模型参数确定方法.最后,通过锡矿山页岩和东乡铜矿红砂岩2种岩石在不同应力水平下加卸载蠕变试验结果,给出2个流变模型参数确定的实例.     

SBS改性沥青修正等黏原则

普通沥青混合料按照ASTM D 2493的等黏原则可以确定混合料的施工温度,但不适宜用于改性沥青混合料。通过4种SBS改性沥青混合料在不同压实温度下的旋转压实试验,建立了毛体积相对密度与压实温度的关系,由此得到混合料最佳压实温度,根据该最佳压实温度下的黏度与剪切速率关系,得到黏度0.28 Pa.s对应的剪切速率大约为60 s-1。由此建议新的沥青等黏原则的测黏剪切速率为60 s-1,而不是ASTM D 2493规定的6.8 s-1,结果表明,新方法确定的改性沥青混合料施工温度可降低5～10℃。     

高黏改性剂的研发与性能评价

介绍了一种高黏改性剂的研发及其应用在沥青及沥青混合料当中性能的评价。该高黏改性剂主要由橡胶粉、SBS、油以及石油树脂按照一定的比例组合而成,通过分析各种材料对改性剂性能指标的影响,采用正交试验的方法研发出高黏改性剂的配方,然后进行试验证明:添加该高黏改性剂后剪切而成的改性沥青具有优异的性能,其指标均满足交通运输行业标准JT/T860.2—2013沥青混合料改性添加剂第2部分:高黏度添加剂规定要求。且将其添加到OGFC-13沥青混合料中后发现其具有良好的抗飞散效果及其他优越的路用性能,可应用于道路工程。     

改性剂熔融速度对高黏度改性沥青性能的影响研究

为研究高黏度沥青改性剂熔融速度对沥青改性效果的影响,将2种改性剂熔融剪切不同时间制备改性沥青,分别利用流变实验和荧光显微镜分析改性沥青的宏观性能及微观结构变化。结果表明,随着剪切时间延长,熔融速度快的改性剂更快熔于沥青中,表现为零剪切黏度和不可恢复蠕变柔量等高温性能指标在更短时间内达到最大。改性沥青和混合料的微观形貌试验表明,熔融速度快的改性剂可更快形成网络结构。     

堆石料加载与流变过程中塑性应变方向研究

确定塑性应变增量方向是建立土体弹塑性本构模型的核心之一,弹塑性理论中通常假定塑性应变增量方向仅与应力状态有关,与应力增量无关。流变试验是一种应力状态恒定的特殊试验,应力增量为零,所有应变均为塑性变形。研究流变过程中塑性应变方向与应力状态的关系及其与加载过程中塑性应变方向的差异,对于建立土体弹塑性本构模型具有重要价值。通过对某抽水蓄能电站筑坝堆石料的大型三轴压缩试验和三轴流变试验,分别研究了加载和流变过程中剪胀比与应力比之间的关系。结果表明,三轴压缩和三轴流变过程中,堆石料的剪胀比均随着应力比的增加而减小,且相同三轴压缩应力状态下,堆石料的流变剪胀比明显大于加载剪胀比,即流变过程中堆石料剪缩性比三轴压缩过程中的剪缩性更为强烈。因此,采用相同的塑性势函数同时确定加载塑性应变方向和流变黏塑性应变方向是不恰当的,建立考虑堆石料流变的弹塑性模型时应该选用不同的应力剪胀方程或塑性势函数。     

SBS改性沥青的黏温特性研究

SBS改性沥青的黏温特性与普通沥青不同。用目前的黏度测试方法测试SBS改性沥青黏度,根据黏温曲线确定的SBS改性沥青混合料的拌和与压实温度过高,过高的拌和与压实温度会引起SBS改性沥青的老化、环境和生产安全问题。从改性沥青的高温流变特性入手,分析改性沥青的黏度试验方法,研究SBS改性沥青的黏度变化规律。由试验结果可知,当温度低于150℃时,黏度对温度的依赖性很大,但是当温度高于150℃时,黏度对温度的依赖性逐渐减小;随着温度的升高,SBS改性沥青的黏度值对剪切速率的依赖性逐渐减弱。因此在测试SBS改性沥青的黏度时,必须在试验温度下规定相应的剪切速率,这对合理确定SBS改性沥青的拌和与压实温度至关重要。     

超薄磨耗层Novachip沥青混合料设计方法研究

针对超薄磨耗层Novachip沥青混合料与普通沥青混合料界面粘结力的问题以及粘层油的洒布量的问题,试验选用Nova Bond作为粘结材料,进行了相关室内试验,分析了Novachip混合料空隙率、粘层油洒布量、冻融循环对界面粘结力的影响;新旧路面粘层油洒布量与剪切强度的关系。发现Novachip沥青混合料空隙率、粘层油洒布量、原路面状况对界面剪切强度具有显著的影响,针对Novachip沥青混合料设计方法提出了一些参数和建议。     

高模量剂粒度对沥青混合料性能的影响

将某高模量剂原样及其磨细样本分别分散到基质沥青中获得2种高模量沥青胶结料,利用扫描电子显微镜和动态剪切流变试验分析了高模量剂在沥青胶结料中的微观分散状态和沥青胶结料的宏观力学特性;然后以2种粒度的高模量剂制备了高模量沥青混合料,分别利用抽提试验和沥青混合料路用性能试验对比了高模量剂在沥青混合料中的熔融状态及其对沥青混合料路用性能的影响.结果表明:降低高模量剂粒度可实现其与沥青更好的分散与混融效果,提高沥青胶结料的存储模量,且可改善高模量沥青混合料的路用性能.     

沥青混合料同轴剪切重复荷载试验方法与评价指标

在分析车辆荷载对沥青面层结构作用模式的基础上,设计了沥青混合料同轴剪切重复荷载试验,提出以剪切回弹模量和塑弹比为评价指标来判别沥青混合料剪切变形特性.基于3种沥青、2种级配混合料的同轴剪切重复荷载试验结果,评判剪切回弹模量与塑弹比指标的合理性,分析它们的影响因素及变化规律.结果表明:剪切回弹模量与塑弹比指标可以反映沥青混合料剪切变形黏弹性本质特征,并与混合料动稳定度存在良好的相关性;采用改性沥青、增大沥青混合料最大公称粒径、降低峰值荷载、缩短荷载周期,将提高沥青混合料剪切回弹模量、降低塑弹比.     

堆石料流变的黏弹塑性本构模型研究

堆石坝流变变形主要是堆石料在环境因素作用下的劣化和高接触应力下的颗粒破碎重排引起的。在等向压缩方程中引入反映堆石料颗粒强度的固相硬度参数,选用双曲线型式的固相硬度衰减模型,以反映堆石料颗粒强度随时间劣化的特性;在分析堆石料流变试验结果的基础上,建立了流变变形的双曲线型流动准则;推导了流变变形的计算公式,并构建了流变模量表达式,从而建立了一个可统一考虑加载与流变过程的堆石料黏弹塑性本构模型。通过模拟两种典型堆石料的流变试验资料验证了模型的有效性。     

沥青路面超薄磨耗层层间黏结技术研究

采用橡胶沥青作为沥青路面超薄磨耗层的黏层油,并通过拉拔试验及剪切试验的对比,与高黏度改性乳化沥青进行了对比研究,并对采用橡胶沥青作为超薄磨耗层黏层油时的混合料配比提出了相应建议。     

土石混合介质中石料间隙土压实度剪切波速评价研究

采用室内重型击实试验的方法,分别对砂土、粉质黏土、低液限黏性土3种土样的纯土试件和土石混合试件进行了不同含水率、不同含石量情况下试件剪切波速对比试验。引入体积膨胀率
,通过分析
与细粒土剪切波速及
与混合料剪切波速的相关关系,建立土石混合介质不同压实程度时,石料间隙土剪切波速与混合料宏观剪切波速相关性模型。结果表明：石料间隙土剪切波速可由混合料宏观剪切波速推定。研究结果将为采用石料间隙土剪切波速评价混合料压实程度测试技术提供依据。     

再生SBS改性沥青混合料的施工温度确定

测定了不同拌和温度下再生SBS改性沥青混合料的拌和力矩,测定了基质沥青混合料在基质沥青黏温曲线0.17Pa·s的等黏温度下的最佳拌和力矩,并以此最佳拌和力矩在再生SBS改性沥青混合料拌和力矩-拌和温度拟合曲线上对应的拌和温度为该混合料的最佳拌和温度;根据最佳拌和温度下再生SBS改性沥青的黏度-剪切速率曲线,确定最佳拌和温度下再生SBS改性沥青的剪切速率,在该剪切速率下通过试验获得再生SBS改性沥青的黏温曲线,并以(0.28±0.03)Pa·s时的等黏温度作为再生SBS改性沥青混合料的最佳压实温度.表干法验证结果表明,上述方法确定的再生SBS改性沥青混合料最佳拌和温度是合理的.     

剪切双曲线型等效时间流变模型

为了预测变剪应力荷载下的流变变形,运用热力学内变量连续介质力学和Yin-Graham等效时间法来推导剪切流变模型。首先把Mesri双曲线型蠕变公式推广到耗散空间,在耗散空间绘制黏塑性剪应变与剪应力等效时间线。其次利用Yin-Graham等效时间法建立了黏塑性剪应变速率与等效时间关系方程,获得黏塑性剪应变速率与应力水平和黏塑性剪应变之间的函数表达式。最后利用耗散剪应力等于真实剪应力这个力学关系式,把黏塑性剪应变速率表达式和线弹性本构方程相结合,建立了一维弹黏塑性剪切流变方程,研究了流变方程分别采用绝对等效时间和相对等效时间表示的表达式。基于这个流变方程,获得了三轴固结排水剪切蠕变试验中单级加载和多级加载的剪切流变解。实例表明,剪切流变模型能够较好地模拟软土三轴固结排水剪切蠕变试验成果。     

沥青混合料松弛特性的时间-温度-老化等效关系

通过不同老化程度和不同温度下AC-13C型沥青混合料的应力松弛试验,结合时间-温度的等效关系原理和WLF公式分析,得到了不同老化程度沥青混合料的松弛模量主曲线簇及其黏弹性参数值;以材料黏度的自由体积理论为基础,推导出了沥青混合料的老化程度与温度、时间之间的等效关系式,并通过已有应力松弛试验数据进行了验证.结果表明:老化后的沥青混合料应力松弛特性可以用未老化沥青混合料在较低温度或较低荷载作用时间下的性能来分析.