再生集料沥青混凝土室内压实行为特征研究

废旧水泥混凝土再生集料是建筑垃圾经过破碎、砖混分离一系列工艺处理后的产物。目前尽管对再生骨料沥青混合料的力学性能进行了广泛的研究,但再生集料对沥青混合料压实性能的影响研究仍然相对缺乏。为了探究再生集料沥青混凝土的压实行为特征,本研究基于X-ray CT扫描仪获取再生集料形貌特征,采用不同再生集料用量制备沥青混合料,通过旋转压实试验获取再生集料沥青混凝土的压实行为曲线,并计算相应施工密实能量指数CEI,进而分析再生集料对沥青混凝土压实行为的影响机理。结果表明：集料颗粒的形貌特征直接影响沥青混合料的压实流变行为;三维球形度和三维针片状指数与沥青混凝土压实特征的相关性高于三维棱角性指数和三维纹理指数;与天然骨料相比,多孔水泥砂浆使得再生集料具有更复杂的形态特征。研究论证了再生集料形貌对沥青混凝土压实性能的影响规律,对再生集料沥青混凝土路面的应用具有一定的理论和实践意义。     

混凝土粗糙面形貌特征参数与节理粗糙度系数关系研究

裂缝面粗糙程度是描述其表面形貌的重要参数。基于三维扫描技术获取混凝土裂缝面的坐标点云数据,等间隔选取各裂缝面11条轮廓线,计算各轮廓线粗糙轮廓指数Rp、形貌线伸长指数δ和粗糙角i等特征参数,研究采样间隔SI对二维节理粗糙度系数JRC的影响;建立JRC与二维特征参数Rp、δ、i之间的函数关系、三维JRC3D与三维特征参数之间的关系。结果表明：JRC与SI呈二次函数关系,当SI为0.2 ～ 1.2mm时,随SI减小,JRC增大;JRC与Rp、δ分别呈二次函数和对数关系;JRC与二维特征参数中的粗糙角iZ2呈正相关关系。建议Rp作为二维节理粗糙度系数表征指标。JRC3D与三维特征参数的最大构造深度Rz相关性最好,拟合公式平方根R2为0.9109。提出的表征公式与已有成果最大平均相对误差MRE、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE分别为1.790%、0.316mm和0.408mm。说明提出的表征公式是合理的,适用于混凝土裂缝面粗糙度估算。     

集料形态特征对集料-沥青黏附及水稳定性的影响

为评价集料形态特征对集料-沥青黏附性及其体系水稳定性的影响,提出了一种定量测试集料-沥青黏附性的新方法.借助集料图像测量系统(AIMS)测试了5种集料的形态特征,并对不同形态集料沥青混合料的水稳定性进行评价,建立了集料形态特征与集料-沥青黏附性及水稳定性的关系,同时基于灰色关联法分析了集料形态特征对集料-沥青黏附性及水稳定性的影响排序.结果 表明:提出的集料-沥青黏附性定量测试方法简单、可靠;沥青混合料水稳定性最佳的棱角性为2500～3000,球度为0.65～0.75;随着集料表面纹理的增大,沥青混合料的水稳定性增强;集料表面纹理对集料-沥青黏附性的影响最大,棱角性对沥青混合料浸水飞散损失指标的影响最大,球度对沥青混合料冻融劈裂强度比、浸水车辙变形拐点指标的影响最大.     

粗集料微观形貌对集料—沥青粘附性能的影响

集料的性能特征于沥青混凝土的工程性能产生直接影响,但以往开展的大多数研究主要考虑了集料的吸水率、密度、强度等常规特征,少有研究基于集料的微观特征开展.该研究考察了粗集料微观形貌特征对集料与沥青粘附性能的影响.首先采用洛杉矶磨耗仪制备表面微观形貌存在显著区别的三种玄武岩粗集料,然后通过水煮试验和冻融循环试验分析了集料表面...     

橡胶沥青基本技术性能及微表构造

针对橡胶沥青基本技术性能及其与集料的粘附性机理问题,采用现行规范推荐方法测试其基本技术性能,并以原子力显微镜探测橡胶沥青的微观结构。试验结果表明:与基质沥青相比,橡胶沥青的基本路用性能得到提升;橡胶沥青的表面粗糙度增大,无明显的"峰"结构,极性组分增加,与集料的粘附性能增加。     

岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法

岩体结构面粗糙度系数JRC影响着岩体的变形、破坏以及渗流特性,其数据采集与评价取值问题一直是岩石力学领域的热点和难点。目前研究方法多集中于二维,无法体现JRC的三维特性;即使现有的三维评价方法,也多数仅从几何数据单方面入手,没有考虑JRC的各向异性。鉴于此,提出基于光亮面积百分比BAP的岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法。首先,运用三维激光扫描技术,建立岩体结构面三维数字模型;其次,通过模拟虚拟光源,在岩体结构面表面产生光亮与阴影,并生成图片;然后,基于图像分割技术,设置灰度阈值,提取大于灰度阈值的光亮部分面积,并计算岩体结构面的光亮面积百分比;最后,结合R. Tse和D. M. Cruden提出的JRC计算公式,考虑剪切或渗流方向,得出岩体结构面三维粗糙度系数估算公式。以鱼简河水库工程为例,实验结果表明：(1) 在光源照射角度相等的情况下,光亮面积百分比与岩体结构面三维粗糙度系数成正比关系。(2) 通过对比分析,光源照射角度过大(70°～85°)或过小(5°～35°)时,易产生误差,入射角介于35°～70°范围内时为最佳入射角。(3) 基于该工程数据推导出JRC3D与BAP之间的估算公式。通过验证,试样Y10,Y11,Y12根据R. Tse和D. M. Cruden公式所得到的JRC3D分别为16.47,16.81,16.69,根据新估算公式计算的JRC3D分别为17.20,17.40,17.17,具有较好的一致性。     

沥青-集料粘附性研究综述

沥青与集料的粘附性是沥青混合料抵抗水损害的基础,不仅影响着沥青混合料的初期使用质量,还影响着沥青路面长期的使用效果。本文从沥青混合料水损害机理、沥青与集料粘附理论以及沥青-集料粘附性影响因素方面进行论述;最后提出了今后研究的一些方向。     

沥青与集料的粘附性研究

评价沥青技术性能的一个重要指标是沥青与集料间的粘附性,并且沥青路面的质量和耐久性很大程度上受到沥青与集料间粘附性的影响。沥青裹覆集料后的抗水性除了与沥青的各种性质有关,还与集料的物理性质和力学性质有关。无论是南方多雨地区还是北方季冻地区,都面临着严重而且普遍的水损害问题,水损害会极大影响路面的耐久性。引起沥青从集料上剥落的原因有很多,如路面厚度不足、压实度不够等,但是水损害问题才是导致沥青从集料上剥落的根本原因,才是导致沥青与集料粘附性不足的根本原因。     

一种新的裂隙三维表面粗糙度表征方法

 在T. Belem三维表面粗糙度表征理论的基础上,进一步引入与剪切方向、渗流方向密切相关的裂隙表面局部坡向概念,从定义裂隙表面三维几何形态离散化后的局部倾斜角与局部坡向入手,提出描述裂隙各向异性的三维表面粗糙度参数JRC估计方法,并与传统方法进行对比分析。研究表明,提出的裂隙粗糙度的表征方法抓住了裂隙表面几何特征对其力学特性影响的关联特征,较好地反映出裂隙具有强烈的各向异性特征,算例试验表明传统忽略各向异性的JRC表征结果与实际情况偏差为15%～35%。     

不同粗集料与沥青粘附性试验研究

采用改进的水煮法,研究了石灰岩、玄武岩集料与沥青的粘附性,并通过微观特征,分析了三者的粘附性机理,研究表明:石灰岩集料呈现较强的碱性,纹理结构不规则,其与沥青的粘附性优于玄武岩集料。     

Grasselli节理峰值抗剪强度公式再探

 确定节理峰值抗剪强度公式面临的首要问题是获取节理表面形貌并合理的评价其粗糙度。常用的方法是节理粗糙度系数(JRC)评价方法,但JRC的评价结果是基于二维剖面线获得的,该方法低估了节理面的粗糙度且具有较大的主观性。节理面形貌测试表明,节理面微元有效剪切倾角 与≥ 的微元面积的总和与节理总面积的比值呈高次抛物线关系。基于42组不同形貌节理的直剪试验结果,将节理的峰值剪胀角与形貌参数相联系,提出新的能够考虑剪胀效应的节理峰值抗剪强度公式。新峰值抗剪强度公式符合莫尔–库仑摩擦定律的形式,具有明确的物理含义。所需要的参数均由节理面形貌测试确定,因此能够预测节理的峰值抗剪强度。最后,对已有的节理峰值抗剪强度公式进行比优统计分析并建议公式的使用范围。     

沥青混凝土用钢渣集料加工与试验分析

介绍了沥青混凝土用钢渣的陈化处理、破碎分级以及试验检测要求。钢渣选材加工集料时应从源头加强质量控制,以避免重金属污染和体积安定性不良。钢渣集料应合理分级,避免混料使用,陈化过程中陈化产物会形成隔离层影响钢渣与沥青粘附。钢渣集料宜用于沥青路面表面磨耗层以充分发挥其力学和成本优势。     

基于三维激光扫描技术的结构面抗剪强度参数各向异性研究

结构面粗糙度系数(JRC)是影响结构面抗剪强度的关键因素之一,结构面粗糙度和结构面抗剪强度各向异性研究对于工程岩体变形和稳定性分析具有十分重要的意义。鉴于目前基于三维激光扫描技术进行分形维数与结构面抗剪强度各向异性的研究成果较少,本文以贵州省某水库拱坝地基白云岩结构面为研究对象,采用三维激光扫描技术获取结构面表面形貌数据,建立表面形态三维数字高程模型,基于变差函数法研究结构面分形维数的各向异性。根据Barton标准轮廓曲线建立粗糙度系数(JRC)与分形维数(D)之间的函数关系式。根据结构面粗糙度各向异性与结构面的实际受力状态,基于Barton方程进行结构面抗剪强度参数的各向异性研究,结果表明:c,φ值分别为0.20~0.75 MPa和9.09°~36.87°,并且各向异性均较明显,在同一剪切方向φ值越小,c值呈越大的趋势。     

拉应力作用下黑砂岩剪切破裂面粗糙度表征及各向异性特征研究

地下洞室围岩开挖卸荷常发生张拉、剪切等破坏模式。为研究不同破坏模式对岩石破裂面形貌特征的影响,基于黑砂岩直接拉伸与拉伸剪切试验,通过引入二维、三维粗糙度评价指标,定量表征岩石破裂面的形貌特征,获得了拉应力作用下岩石破裂面粗糙度随应力状态的变化规律,简要探讨了不同破裂机制对破裂面形貌影响。研究发现各类粗糙度评价指标均随拉应力的增大而呈线性减小趋势。同时,基于各向异性特征参数K_a的度量,相比二维粗糙度评价指标θ_(max)/(C+1)_(2D),三维评价指标θ_(max)/(C+1)_(3D)更能准确表征岩石破裂面的粗糙特性,其与拉应力之间呈指数型变化关系。对于直接拉伸试验,岩石破裂面形貌差异最小;而对于拉伸剪切试验,随着拉应力的减小,破裂面各向异性程度逐渐增大。研究结果表明不同的岩石破坏模式和破裂机制是造成破裂面形貌特征具有差异性的根本原因。     

硅烷偶联剂对复合沥青混合料路用性能的影响

针对胶浆与集料界面粘附对沥青混合料性能的影响,采用"三步"成型工艺制备复合沥青混合料试件,研究了KH-550硅烷偶联剂对其路用性能的影响,并借助IR和SEM等微观设备,分析了硅烷偶联剂在复合沥青混合料中的偶联机理。结果表明,随硅烷偶联剂用量增加,复合沥青混合料在7d和28d龄期的路用性能先提高后降低,当用量为乳化沥青质量分数的0.6%时,混合料冻融劈裂强度比、马歇尔稳定度和抗压回弹模量等路用性能提高了10%~30%。硅烷偶联剂改性后的花岗岩集料引入了偶联剂分子结构的Si-O键,在胶浆与集料界面有Si-O-Si键的生成;掺加偶联剂后的水泥乳化沥青胶浆表面变得凹凸不平,结构致密性提高;水泥乳化沥青胶浆能够较好地粘附于花岗岩集料表面,胶浆与集料界面结构得到改善。     

岩石节理表面三维形貌特征的分形分析

 利用高精度三维表面形貌测试仪Talysurf CLI 2000对节理试件表面进行扫描,将表面粗糙形状进行数值化表达并实现节理面的三维可视化。在此基础上,运用分形几何理论对节理表面三维形貌特征进行分析,得出节理剖面线的分形维数与JRC之间的函数表达式。以单个节理面为研究对象,探究节理表面分形维数与剖面线分形维数以及JRC之间的关系,这对分形几何理论在节理表面形态研究中的深入应用有重要意义。     

油石界面粘附强度对沥青混合料性能的影响

详细论述了目前国内外关于沥青与集料粘附性的主要理论:力学理论、化学反应理论、表面能理论、分子定向理论和静电理论,并从机理上分析了油石界面粘附强度对沥青混合料高温性能、低温性能、水稳定性及疲劳性能的影响。     

融雪剂盐冻侵蚀作用对沥青混合料性能影响及劣化机理研究

采用贯入剪切试验、低温小梁弯曲试验、四点弯曲试验评价了NaCl、CaCl_2、NaAC三种类型盐冻循环作用对沥青混合料高低温性能的影响,基于表面能理论、X-ray CT技术分析了盐冻循环侵蚀作用下沥青-集料界面粘附状况及微细观三维空隙结构的劣化机理。结果表明,经历15～20次盐冻循环后沥青混合料的高低温性能、疲劳性能衰减幅度趋于平缓。随着盐冻循环次数增加,沥青混合料的空隙率、平均空隙直径增大,盐冻侵蚀作用劣化了沥青-集料界面粘附状况、增大了沥青混合料内部的空隙率和平均空隙直径,最终导致混合料使用性能下降;建议优先选用NaAC型融雪剂。     

考虑钢渣表面特征的沥青混凝土水稳定性改善研究

钢渣经过水洗和陈化处理后可作为粗集料铺筑沥青路面。但钢渣表面有杂质粉尘包裹,高压水洗难以去除,陈化后钢渣表面依然对沥青混凝土水稳定性有显著影响。为促进钢渣在工程中应用,本研究以生产线大批量制备的工程用钢渣集料为研究对象,采用SBS改性沥青及硅酸盐水泥填料调整沥青胶浆的组成来增强钢渣与沥青胶浆的粘附,改善钢渣沥青混凝土的水稳定性。首先采用XRD对钢渣及钢渣表面矿物相成分分析,从理论上验证改善方案的可行性;然后对沥青胶浆包裹的钢渣集料进行水煮试验,分析改善措施对粘附性的提升效果;最后对钢渣沥青混凝土进行冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验,确定其水稳定性变化。结果表明,改善措施能使水稳定性能得到改善,建议SBS改性沥青和硅酸盐水泥复合使用。     

布敦岩沥青与粗集料黏附性能评价方法

为评价布敦岩沥青(BRA)与粗集料的黏附性能,根据粒径差异提出干拌称重法,给出定量评价指标——黏附系数δ,分析了粗集料岩性种类和布敦岩沥青预热温度对2种材料黏附性能的影响.借助表面能理论,通过分析不同粗集料-岩沥青体系的黏附功W_a,验证了采用干拌称重法评价布敦岩沥青与粗集料黏附性能的有效性.结果表明:粗集料岩性种类和布敦岩沥青预热温度均对2种材料黏附性能有显著影响,推荐布敦岩沥青预热温度为90～96℃.