空隙率对沥青混合料水稳定性与渗水性能的影响

水损坏是沥青路面主要病害之一,而空隙过大、存在渗水通道是引发水损害的主要原因之一。为了研究不同空隙率对沥青混合料水稳定性和渗水性能的影响,制备了不同空隙率的沥青混合料试件,并分别进行了饱水率试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及渗水性能试验。结果表明：沥青混合料试件的饱水率随空隙率增大而增加,且空隙率超过8%时,饱水率快速增加;残留稳定度和冻融劈裂强度比均随空隙率增大而减小;沥青混合料试件的渗水系数随着空隙率的增大而增加,且空隙率大于8%时,沥青混合料的渗水系数急剧增大。     

不同空隙率排水性沥青混合料宏观性能与微细观空隙结构研究

为了兼顾排水性沥青混合料排水性能与耐久性能,在JTG F40-2004推荐的OGFC-13矿料级配范围内选取5种级配,使得5种级配排水性沥青混合料空隙率为18%～24%,针对室内试验试验研究不同空隙率排水性沥青混合料力学性能、路用性能、疲劳性能,基于X-Ray CT的无损检测技术获取排水性沥青混合料内部的细微观空隙形态,采用平均空隙直径、空隙级配未评价指标,研究不同级配排水性沥青混合料的微观空隙分布特征,最后建立排水性沥青混合料细微观空隙结构与其宏观路用性能之间的关系。结果表明,9.5、4.75、2.36 mm这3种筛孔通过百分率与空隙率的相关性最好;在20%～21%空隙率时排水性沥青混合料的动稳定度达到峰值,抗弯拉强度、弯曲应变、浸水马歇残留稳定度、冻融劈裂强度比及各应力水平下的疲劳寿命随着空隙率增大而减小;排水性沥青混合料空隙体积测算的平均空隙直径为6.8～10.3 mm,表面积测算的平均空隙直径为8.8～13.4 mm,直径大于4 mm的空隙数量占总空隙数量的75%以上。建议排水性沥青混合料适宜的空隙率为20%～22%。     

不同交联度环氧沥青混合料低温弯曲性能研究

环氧沥青作为一种交联的粘弹性材料,其低温力学性能受交联密度影响较大。该文介绍了其低温弯曲性能试验研究。采用交联度75.3%、71.4%、67.3%和58.4%的环氧沥青混合料,进行-20℃、-10℃、0℃、10℃温度下小梁三点弯曲性能试验。结果表明,不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度与模量随着温度的提高而降低,破坏变形与应变能密度随着温度的提高而增大。不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度、模量、破坏变形及应变能密度与温度关系基本一致,各弯曲性能参数的温度敏感区间也基本相同,交联度75.3%混合料的弯曲性能参数温度敏感区间为大于10℃,交联度71.4%和67.3%的温度敏感区间为0~10℃,交联度58.4%温度敏感区间为-10~0℃;温度敏感区间弯曲性能参数变化幅度较大,低于温度敏感区间,则弯曲性能参数变化幅度较小。环氧沥青混合料低温弯曲性能参数与温度、交联度之间具有较好相关性,可以建立混合料弯曲强度、模量、破坏变形及应变能密度与温度、交联度的关系,并用于混合料低温弯曲性能预测。     

不同空隙率沥青混合料的粘弹性能

为了研究沥青混合料在宽频范围内的动态粘弹性能,采用AR-2000型动态剪切流变仪对不同空隙率沥青混合料进行动态频率扫描,得到了复数剪切模量和相位角等粘弹参数。根据时温等效原理,得到了复数剪切模量、相位角随频率变化的主曲线,同时分析了频率、沥青种类、温度和空隙率对沥青混合料粘弹性能的影响;基于主曲线采用CAM模型拟合分析了不同空隙率沥青混合料试件的粘弹性能。结果表明:频率与温度对不同空隙率沥青混合料粘弹性能的影响规律相同;沥青混合料相位角主曲线在中高温时欠光滑;沥青混合料粘弹性能对空隙率有较强的依赖性;应用CAM模型可以较好地分析不同空隙率沥青混合料的粘弹性能,为沥青混合料设计和性能评价提供参考。     

沥青混合料抗剪性能与细观损伤关系模型研究

试验采用上面层为SMA-13、下面层为AC-20的双层车辙试件。结合室内试验模拟混合料剪切形变过程,测试不同车辙深度辙槽处与隆起处的抗剪强度,通过数字图像处理技术对沥青混合料组合试件切面图像进行处理,分别从宏观和细观两个层面对车辙形貌进行研究,建立了沥青混合料抗剪性能与细观损伤程度关系模型。通过对不同工况下的车辙试件分析表明:高温和重载降低了混合料抗剪能力,宏观上隆起处与车辙处抗剪强度的比值呈现不均匀性增大,从微观角度发现车辙剪切形变后,辙槽处的空隙率下降,隆起处增长;下面层沥青面积比减小,上面层沥青面积比增大;在图像级配方面,变化主要发生在4.75～9.5 mm粒径处。     

矿料级配对多孔沥青混合料空隙分布特性的影响

通过将X射线CT技术、数字图像处理技术与分形理论相结合,分析了矿料级配对多孔沥青混合料空隙率、空隙直径、空隙数量、空隙分维数等参数的影响规律。结果表明:随着空隙率的逐渐减小,空隙等效直径范围从空隙率为18.8%时的3.9～4.8mm减少到空隙率为4%时的1.5～2.9mm,空隙等效直径平均值从4.3mm降低到2.0mm;空隙数量、空隙率与等效直径沿试件高度方向分布规律较为一致;空隙轮廓分维数随着空隙率的不断减小而逐渐增大,且空隙轮廓分维数与空隙率呈现出显著的函数关系;多孔沥青混合料与普通沥青混合料空隙率的分界值约为14%;多孔沥青混合料空隙数量并不多,而是空隙等效直径较大。     

盐—冻融循环作用下废旧轮胎橡胶粉改性沥青混合料性能研究

该文采用三轴蠕变试验和低温小梁弯曲试验,以蠕变速率、5 000次循环对应的应变、抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量、应变能密度等指标对盐冻循环条件下热拌、温拌沥青混合料的高、低温性能进行了研究。结果表明:沥青混合料在经历盐冻融循环后,蠕变速率和5 000次循环对应的应变都增大,高温性能下降,且冻融循环次数相较于盐溶液浓度对沥青混合料高温性能影响更大;抗弯拉强度、最大弯拉应变、应变能密度显著降低,弯曲劲度模量增大,低温性能降低,且盐冻融循环作用的初期,各指标衰变程度较大;盐溶液浓度在10%附近时,对沥青混合料的高、低温性能影响最大;温拌沥青混合料的高、低温性能都优于热拌沥青混合料。     

沥青混合料低温性能影响因素分析

该文介绍了沥青混合料低温性能影响因素的试验研究。为了分析沥青混合料的低温性能,在选择合理评价指标的基础上,通过-10℃弯曲试验的弯拉强度、破坏应变以及应变能密度分析了沥青类型、级配组成、空隙率以及老化程度对沥青混合料低温性能的影响。研究表明沥青类型及其老化程度、空隙率对沥青混合料的低温性能影响明显,而级配组成的影响较小,为了提高沥青混合料的低温性能应该采用改性沥青在尽量减少老化程度和最佳压实的条件下成型沥青混凝土。     

不同交联度环氧沥青混合料低温弯曲性能研究

采用交联度分别为75.3%,71.4%,67.3%和58.4%的环氧沥青混合料进行-20℃,-10℃,0℃,10℃温度下小梁三点弯曲性能试验,构建了混合料弯曲强度、弯曲模量、弯曲破坏应变及弯曲应变能密度与温度、交联度的关系方程。结果表明：不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度与模量随着温度的提高而降低,弯曲破坏应变与弯曲应变能密度随着温度的提高而增大;不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度、弯曲模量、弯曲破坏应变及弯曲应变能密度与温度关系基本一致,各弯曲性能参数的温度敏感区间基本相同;温度敏感区间弯曲性能参数变化幅度较大,低于温度敏感区间,则弯曲性能参数变化幅度较小;环氧沥青混合料低温弯曲性能参数与温度、交联度之间具有较好相关性,提出的回归方程可以用于混合料低温弯曲性能预测。     

酸雨对沥青混合料强度及空隙率影响的模拟研究

文中建立了周期浸泡加速腐蚀试验方法,用以研究酸性降水对沥青混合料的影响和试验模拟。分别研究了pH值为1．0、3．0和5．6三种模拟酸雨对AC、SAC、Superpave和SMA四种级配混合料的影响。研究结果表明：四种级配的沥青混合料试件受不同的酸雨腐蚀后质量均下降,马歇尔稳定度均降低,其下降程度随模拟酸雨pH值的减小而增大。同时,质量的下降还使得试件结构变得疏松,空隙率增大。质量、强度下降和空隙率增加的根本原因,是受蚀后集料中的金属氧化物和部分沥青组分等物质的逐渐损失,由此可知,酸雨对混合料的危害。主要是化学侵蚀引起。     

沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验研究

采用半正矢波间歇荷载,进行了4种不同沥青混合料的三轴重复加载永久变形试验.以流动数为评价指标,研究混合料性质(级配组成、沥青用量和空隙率)、试验温度和应力水平对混合料高温性能的影响,对永久应变与荷我作用次数的关系进行非线性回归分析,提出了能够全面反映重复荷载下沥青混合料的永久变形特性的模型.结果表明:AC16流动数最高,AC13C次之,而AC20和AC13F流动数相对较小;沥青用量增加0.5%,流动数下降20%～30%;空隙率从4%增加到7%,流动数下降50%左右,应力水平越大,温度越高,流动数越小,而降低幅度也减小;在极端高温和重载下,不同沥青混合料的流动数较小,其变化幅度不大,不足以明显区分混合料的高温性能.     

乳化沥青混合料新型拌和成型方法的研究

针对常规乳化沥青混合料成型时空隙率偏大的问题,提出了一种全新的成型拌和工艺。研究了不同级配、不同乳化沥青、不同改性剂组成的混合料密度、空隙率和强度变化规律。结果表明:新的成型方法可以增大混合料的毛体积密度,降低乳化沥青混合料的空隙率,从而改善混合料的技术性能。     

基于沥青混凝土路面芯样的抗车辙性能研究

应用RLWT车辙仪对某高速公路路面钻芯试件和室内成型试件开展抗车辙性能研究,评价不同沥青层面的抗车辙能力;根据试验结果,分析造成二者差异的原因及室内成型试件与室外施工成型试件的性能关系。结果表明:室内成型试件的抗车辙能力要强于施工成型试件,对于上面层前者可以达到后者的1.25倍左右,中面层和下面层可以达到3倍左右;数据分析同时表明:沥青混合料空隙率对不同沥青层面的抗车辙性能有较大影响,空隙率-试件变形每毫米所需要的荷载作用次数(RN)存在一定的线性关系;当空隙率为4%左右时,抗车辙性能最好,这和美国WEST TRACK试验的结论是一致的。     

矿物纤维改善沥青混合料高温稳定性研究

分别采用动态模量试验、动态蠕变试验和车辙试验研究了玄武岩矿物纤维对沥青混合料的粘弹特性及高温稳定性的影响。研究结果表明,矿物纤维掺入后沥青混合料的动态模量和相位角具有相同的变化规律,且纤维的使用能提高沥青混合料的动态模量,表明玄武岩矿物纤维能明显提高沥青混合料的劲度,而60℃时沥青胶浆和沥青混合料的车辙因子增大。高温动态蠕变试验结果也表明,掺入矿物纤维后沥青混合料的流动值增大,达到流动值时循环荷载产生的应变和经历10 000次荷载作用后的应变均能得到大幅度的降低。与未掺矿物纤维相比,掺加0.4%矿物纤维后沥青混合料的动稳定度由5 869次/mm提高到7 656次/mm,同时车辙深度减小,表明矿物纤维能明显提高沥青混合料抵抗高温流动变形的能力。     

集料表面状态对沥青混合料界面结合性能及抗水损害性能的影响

采用多应力蠕变恢复(MSCR)试验和线性振幅扫描(LAS)试验分析细粒土掺量对沥青胶浆高温性能和应力应变响应的影响，利用黏附性试验(水煮法)和接触角试验分析研究水分、细粒土掺量对沥青集料界面结合性能的影响。同时，研究细粒土掺量变化和集料温度变化对沥青混合料性能影响。结果表明：当细粒土掺量超过1%时，沥青高温抗变形能力逐渐增加，沥青混合料抗水损害能力逐渐降低。集料表面的水分比沥青有更高的润湿性，能严重阻碍沥青与集料的黏附与黏结，降低沥青混合料的抗剥落性能。随着集料温度升高，沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比先增大后减小，并在180℃时达到最大。     

成型方法对沥青混合料体积参数及路用性能影响

对不同成型方法对沥青混合料的性能影响进行了试验研究,通过室内试验对沥青混合料的体积参数及路用性能机械了分析。研究结果表明,通过旋转压实获得的沥青混合料空隙率、间隙率大于马歇尔击实成型试件,通过旋转压实成型试件的沥青饱和度小于马歇尔击实成型试件。与马歇尔击实成型试件相比,旋转压实成型沥青混合料试件的动稳定度、抗弯拉强度及水稳定性均有大幅度的提高。     

端部效应对沥青混合料力学和变形特性的影响

为了分析端部效应对沥青混合料的力学和变形特性的影响,采用单轴压缩试验测试了不同端面状态下沥青混合料的抗压强度和抗压回弹模量,评价了沥青混合料中沥青类型、级配和最大公称粒径等变量受到端部效应的不同影响;通过数字图像技术观察不同端面状态下试件的变形差异,进而使用电测局部应变的方法测试试件不同位置的横、纵向应变变化,提出回弹应变比的概念,分析了试件在不同端面状态下的变形规律。结果表明:减小端部约束后不同沥青混合料的强度和模量值均有所降低,但受材料骨架结构和刚度的影响降幅有所不同;试件在减小端面约束后横向变形明显增加,试件破坏由鼓形变为柱形;回弹应变比明显增大,数值存在大于0.5的情况,区别于泊松比的概念。鉴于端部效应对于不同类型沥青混合料影响的差异性,推荐在单轴压缩试验中采用蜡封法减小端部约束后再进行试验来评价沥青混合料的力学和变形特性。     

环氧沥青混合料设计及性能研究

采用体积设计方法,研究了环氧沥青混合料级配组成和成型前后养护时间对混合料性能的影响。试验结果表明:采用体积设计方法设计的环氧沥青混合料粗集料多,空隙率小,保证了环氧沥青混合料具有良好的抗滑性和抗渗性能。环氧沥青混合料成型前后养护时间影响试件的空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度和劈裂强度。成型前经过养护的环氧沥青混合料,成型后初始稳定度和劈裂强度比成型前未经过养护的高;但成型前经过养护试件的最终稳定度和劈裂强度低于成型前未经过养护的试件。而且,环氧沥青混合料在60℃养护7d后,已经具有良好的抗水损害性能和抗车辙性能。     

低温沥青混合料抗冻性能试验研究

针对低温沥青混合料抗冻性能差问题,结合表面自由能理论对低温沥青、混合料配合比进行了设计,研究了低温沥青混合料的压实特性,并分析了沥青与集料粘附性及空隙率对抗冻性能影响。结果表明,低温沥青混合料压实特性与环境温度、击实次数具有较好的相关性;沥青与集料粘附性能有效改善混合料抗冻性能;最不利空隙率为8.3%,临界空隙率为12%;LB—13级配初始强度及抗冻性能均优于AC—13级配。     

基于综合性能的沥青混合料组成结构优化

为了基于性能进行沥青混合料组成设计,对沥青混合料的综合性能优化进行了研究。根据胶浆理论,将沥青混合料的性能分为分散相主导型和分散介质主导型两类。选择4.75 mm筛孔通过率、0.075 mm筛孔通过率(矿粉用量)、粉胶比、空隙率作为沥青混合料性能优化决策参数。采用BP神经网络和遗传算法相结合的方法,对沥青混合料组成结构参数进行了优化。研究结果表明,随着疲劳性能的权重减小和高温稳定性权重的增大,4.75 mm筛孔通过率应逐渐减小;无论对疲劳性能还是高温稳定性,都需要5%~7%的矿粉用量和足够的沥青用量;粉胶比越小,沥青用量越大,疲劳性能越好;3%~4.5%空隙率的沥青混合料综合性能较好。