基于热物理特性的沥青混合料的研究

为了减少高温车辙病害的产生,提出采用"主动"降低沥青路面温度的方式以降低车辙病害产生的方式。研究分析了沥青混合料及其骨料的热物参数与沥青路面温度的关系。采用Williamson公式和热学导热系数推算公式计算分析骨料热物参数对沥青混合料热物参数的影响,在室内试验中用常功率平面热源法进行验证;应用传热学中一维导热方程和巴勃模型,研究了路面结构热力学材料参数对于沥青路面结构温度的影响。结果表明,在正常的高温条件下,导热系数较小的材料其路面结构内部的温度相对较低。在室外试验中,普通沥青混合料与采用导热系数较小的材料制备的沥青混合料的底层温度相差可达6℃。     

沥青路面材料导热系数影响因素分析

为了对沥青路面材料导热系数的影响因素进行深入研究,采用快速导热系数测定仪对两种沥青(70#基质沥青、SBSI-C改性沥青)、两种石料(花岗岩、石灰岩)、6组沥青混合料在不同条件下的导热系数进行了测试,并对导热系数变化机理进行了分析。考察了包括集料种类、沥青种类、干湿状况、混合料种类、温度等因素对混合料导热系数的影响。采用一元方差分析理论,对沥青混合料导热系数影响因素显著性进行了排序,结果为:集料种类﹥干湿状况﹥混合料种类﹥温度﹥沥青种类。试验结果的取得为主动改善沥青路面温度敏感性提供了参考。     

基于统计分析的沥青混合料导热系数研究

通过分析沥青用量、空隙率、最大公称粒径与沥青混合料导热系数的相关性,发现在不考虑集料类型情况下,决定导热系数变化的关键因素;以空隙率为协变量,进行协方差分析,得出各集料间沥青混合料导热系数的显著差异,据此将沥青混合料归类;拟合各类沥青混合料空隙率与导热系数关系式,用t检验计算不能回归拟合的沥青混合料在不同空隙率间的导热系数差异。研究结果表明,不考虑集料类型的差异时,空隙率与导热系数线性关系最好;协方差分析结果显示,可将沥青混合料分为1号(石灰岩)、2号(片麻岩、闪长岩)和3号(玄武岩、美国碎石)沥青混合料3类;通过回归,1号、2号沥青混合料空隙率与导热系数分别呈乘幂相关和线性相关,3号沥青混合料空隙率范围0%～5%与5%～10%间导热系数存在显著差异。     

橡胶沥青混合料压实性能研究

压实效果差的沥青混合料具有较低的模量、较差的抗疲劳性能和延展性.评价了橡胶沥青混合料的压实性能.将粉碎的橡胶按不同的粒径和不同的量掺加进基质沥青中制得橡胶沥青.结果表明:橡胶沥青的类型和粘度对沥青混合料的压实性能影响十分明显,橡胶沥青混合料的压实系数与压实过程中的压实功关系密切;压实系数越小,则所需压实功越小;压实性能上,有橡胶加入的沥青混合料的比未加橡胶的混合料的要差.     

主动降温型沥青混凝土制备及性能研究

为降低炎热季节沥青路面温度,提高沥青路面的高温稳定性,减少沥青路面高温车辙病害的产生,同时减少有毒的有机沥青改性剂或路面涂料的使用,采用无机矿质粉末负离子粉作为新型环保沥青改性剂,制备了具有主动降温功能的沥青混凝土(active pavement cooling asphalt concrete,APC-AC)。通过室内车辙板温差试验与室外光照试验,研究了不同负离子粉掺量对APC-AC路面降温性能的影响,并以降温性能为参考指标推荐了负离子粉最佳掺量;借助Hot Disk 2500S导热系数仪对APC-AC及普通沥青混凝土的导热系数、比热容及导温系数进行测试,研究了负离子粉对APC-AC的热学参数影响规律;对APC-AC及普通沥青混凝土进行路用性能试验,研究了负离子粉对沥青混合料高温性能、低温性能、水稳定性的影响。结果表明:与普通沥青混合料相比,APC-AC具有较明显的路面降温效果,当负离子粉掺量为沥青质量的16%时,APC-AC车辙板室内温差试验表面降温幅度为5.9℃,室外光照试验表面温度可降低7.4℃;APC-AC的导热系数、导温系数相较于普通沥青混凝土分别降低9%和20%,比热容则提升14%;与普通沥青混凝土相比,APC-AC的动稳定度提高16%~42%,负离子粉对沥青混凝土的水稳定性与抗裂性能基本没有不良影响。     

相变材料对沥青混合料热物性的影响

试验通过比较重要的热物性指标(毛体积密度、导热系数、比热容),研究在沥青混合料中加入相变材料(PEG2000/SiO_2)后相变沥青混合料与普通沥青混合料之间热物性的差异。结果表明:加入相变材料后提高了沥青混合料比热容,3%与5%相变材料掺量的相变沥青比热峰值分别为1.3和1.15J/(g·K),而基质沥青混合料的比热容随温度改变数值变化较为微小;3%、5%掺量的沥青混合料在40℃时相变沥青混合料开始相变,50℃左右导热系数达到最小约为1.17和1.0 W/(m·K),相变沥青混合料导热系数图呈凹曲线,添加相变材料可以在其相变温度段降低其导热系数,有效提高路面的高温稳定性。     

小粒径沥青混合料路用性能试验研究

采用CAVF法设计小粒径沥青混合料,采用3种沥青分别成型沥青混合料.基于室内车辙试验、冻融劈裂试验、摩擦系数试验、构造深度试验、渗水系数试验评价3种小粒径沥青混合料的高温稳定性能、水稳定性能、抗滑性能和透水性能.试验结果表明:小粒径沥青混合料高温稳定性能受沥青性能影响较大,为保证混合料动稳定度大于3000次/mm,建议采用PG高温分级温度大于82℃和软化点大于85℃的高黏沥青;小粒径沥青混合料冻融劈裂强度较低,采用不同沥青制备的混合料冻融劈裂强度比TSR相差较大;混合料具有较好的抗滑性能和透水性能.     

中空聚酯纤维沥青混合料的热阻及路用性能研究

为了研究中空聚酯纤维沥青混合料的热阻特性及路用性能,首先采用Hot Disk法和双平板法分别测试纤维沥青胶浆的热物性和中空聚酯纤维沥青混合料的导热系数,然后采用室内光照系统测试中空聚酯纤维沥青混合料表面和内部温度随时间的变化规律,并对中空聚酯纤维沥青混合料的路用性能进行验证,最后基于微观形貌分析其阻热及增韧机理。研究结果表明:掺量为2%的中空聚酯纤维沥青胶浆的导热系数较普通聚酯纤维降低了22. 6%;当纤维掺量为0. 2%时,30℃下的沥青混合料导热系数较普通沥青混合料减小了0. 403 W/(m·K);中空聚酯纤维掺量为0. 1%,0. 2%,0. 3%的沥青混合料4 cm层位处的降温幅度最大分别为1. 1,1. 6,2. 8℃,8 cm层位处的降温幅度最大分别为1. 8,2. 7,3. 8℃,说明中空聚酯纤维具有一定的阻热性能,降低了沥青混合料内部的温度;中空聚酯纤维与沥青和矿粉形成"结构沥青",显著改善了沥青混合料的高温性能和低温抗裂性能。     

排水性沥青抗滑层混合料热学性能研究

通过对排水性沥青抗滑层混合料的导热性能进行试验研究和分析，回归出孔隙率与导热系数关系曲线。     

沥青路面渗水性能测试研究

采用改进的渗水系数测试试验对湖南省在建高速公路沥青路面进行渗水系数测试.根据测试结果结合沥青路面渗水性能的评价方法对沥青路面各面层的渗水性能进行评价分析,得出了沥青路面不同沥青混合料类型的渗水性能差异,提出了沥青混合料不同公称最大粒径的沥青混合料路面检验用的建议指标.最后对路面结构层的透水性能的差异性进行了定性分析,分析表明:沥青路面各面层的渗水性表现出很大的变异性;粗粒式沥青混合料类型更易渗水;粗粒式沥青混合料掺入抗车辙剂其渗水性能会有所降低;渗水系数随着面层厚度的增加而增大;施工质量变异性造成了渗水系数沿路面横向的分布表现为超车道大于行车道.     

硅藻土复合改性橡胶沥青混合料降噪性能研究

现阶段在降噪型沥青路面材料选择中,橡胶沥青路面可通过利用其显著的阻尼变形特性来实现噪声削减.但其吸声能力相较于其他沥青路面材料并无显著优势.现通过向橡胶改性沥青中添加不同比例的硅藻土,制备得到复合改性橡胶沥青,进而制备两类沥青混合料试件,利用传递函数法测试吸声系数,从而研究硅藻土掺量和试件层厚对两种复合改性橡胶沥青混合料吸声系数的影响规律.结果 表明:随硅藻土掺量的增加,各组试件吸声系数随之提升;试件层厚对两种沥青混合料试件的整体吸声系数影响不大,但峰值吸声系数有明显区别.     

排水性沥青混合料降噪性能测试研究

研制并开发沥青混合料吸声降噪性能室内测试的仪器,采用单传声器法对不同空隙率以及相同空隙率下不同最大公称粒径的沥青混合料进行吸声系数的测试,并对试验路段的降噪效果进行现场测试。分析空隙率、最大公称粒径对沥青混合料吸声性能的影响。发现空隙率尤其是有效空隙率是影响沥青混合料吸声系数的关键因素;最大公称粒径4 75mm级配的排水性沥青混合料吸声效果明显。结果表明,提高空隙率,采用较小最大公称粒径级配的方案都能有效提高沥青混合料的吸声降噪能力。     

沥青混合料渗水系数的研究

沥青混合料的渗水是导致沥青路面早期损坏的主要原因之一,而原来的沥青混合料设计方法中并没有渗水系数的要求。通过AC和SMA沥青混合料的室内渗水研究,探讨了沥青混合料的渗水理论。指出达西定律可以用于研究沥青混合料的渗水。对于密实型的沥青混合料,适用的渗水试验是变水头渗水仪。文章采用了改进的渗水仪,研究了常用的AC和SMA沥青混合料的渗水系数和空隙率之间的关系,分析了渗水系数的变化特性,提出了在配合比设计阶段检验用的沥青混合料渗水系数建议指标。     

基于渗水特性的沥青混合料空隙率标准

首先基于合理的渗水理论选用了适宜的新型渗水仪器,并与现规范仪器进行了性能对比,验证了新型渗水仪试验结果的适用性;然后使用该渗水仪对不同级配类型沥青混合料的渗水特性进行了综合分析,同时对各种沥青混合料的渗水数据做了统计处理,以此为基础并参考国内外技术标准提出了沥青混合料的统一临界渗水系数;最后通过临界渗水系数与渗水曲线确定了不同沥青混合料满足渗水要求的临界空隙率,并以此为基础提出了AC类沥青混合料的空隙率标准.研究结果表明:通过渗水系数和空隙率的双重指标控制可以减少路面结构内部的水分蓄积,降低水损坏的发生概率,改善沥青路面的使用性能.     

纤维沥青混合料线收缩系数研究

采用应变片电测法对纤维沥青混合料在不同种类、不同长度、不同掺量、不同温度下的应变进行了测试,通过温差、应变差与线收缩系数间的关系,得出纤维沥青混合料的线收缩系数,并利用桥接阻裂原理和界面增强原理对试验结果进行了分析。结果表明:在沥青混合料中加入适量纤维后,可以改善沥青混合料的温缩性能;4种纤维沥青混合料中,聚酯纤维b对混合料的温缩性能改善效果最佳,木质素纤维改善效果最差;线收缩系数随着纤维长度和纤维掺量的增长呈现先减小后增大的趋势,适宜的纤维长度和纤维掺量有助于改善沥青混合料的温缩性能;在工程应用中,应将三者优化组合,并与纤维沥青混合料的路用性能相结合进行综合评估,为纤维沥青混合料的优化设计提供帮助。     

沥青混合料中集料比表面积的确定方法

通过对传统方法的分析,提出了沥青混合料集料比表面积确定的方法.沥青混合料的沥青膜厚度与其路用性能息息相关,计算沥青混合料沥青膜厚度之前,首先要确定集料的比表面积.通过对沥青混合料集料比表面积确定的传统方法和表面积系数的推导,认为现有的确定集料表面积的方法不够准确,然后通过矿粉和集料的表面积实测,提出了新的沥青混合料中集...     

沥青膜厚对沥青混合料工程性能的影响

沥青膜的厚度对沥青混凝土的技术性质有显著的影响,通常推荐沥青膜的最小厚度在6～8 μm,然而这一结论并没有充分的研究论据.本文研究沥青膜厚对不同级配沥青混合料工程性质的影响,确定对于不同级配下沥青混凝土中沥青膜厚的最佳值.对于空隙率为3～6%的沥青混合料,最佳的沥青膜厚应在 8 μm 左右;对于空隙率为4～10%的沥青混合料,最佳的沥青膜厚应在 10 μm 左右;对于空隙率为15%以上的大空隙沥青混合料,最佳的沥青膜厚应在 12 μm 左右.     

冻融循环作用下的沥青混合料材料参数修正

通过沥青混合料抗压强度和劈裂强度的试验,分析了冻融循环次数和油石比对沥青混合料强度和模量的影响。引入强度冻融折减系数和模量冻融折减系数,表征冻融循环次数和油石比对沥青混合料材料参数的明显影响,并给出了上面层AC-13改性沥青混合料的折减系数计算公式,修正了多年冻土地区沥青路面设计材料参数,减小了设计与实际条件的差异。     

纤维沥青混合料的纤维掺量及路用性能研究

对天然的剑麻纤维在不同掺量下沥青混合料的各项技术指标及掺量对技术指标的影响进行了分析,得出了剑麻纤维最佳的掺量为0.2％.进一步通过高温车辙试验、水稳定试验、低温弯曲试验和渗水系数试验对基体沥青混合料和剑麻纤维混合料的路用性能进行了对比.结果表明,剑麻纤维在最佳掺量下可以明显提高沥青混合料的路用性能.     

乳化沥青冷再生混合料高温稳定性研究

采用50℃车辙试验,分析了温度、基质沥青针入度大小、乳化沥青用量、水泥掺量、含水率和养生时间对乳化沥青冷再生混合料高温稳定性的影响.结果表明:乳化沥青冷再生混合料在后期强度形成后具有较好的高温稳定性,且混合料高温稳定性受温度的影响没有热拌沥青混合料敏感;采用低标号沥青或增加水泥用量均能提高冷再生混合料的高温稳定性,但二者的变化对冷再生混合料高温稳定性影响不大;随着养生时间增加乳化沥青冷再生混合料的抗变形能力增强且早期含水率变化对抗变形能力影响显著,而后期含水率变化对高温稳定性影响不大.