冻融循环条件下沥青混合料性能衰变规律研究

为分析冻融循环对沥青混合料性能的影响,本文对冻融循环作用后沥青混合料劈裂强度、空隙率、动态模量以及疲劳性能进行了试验分析。试验研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料劈裂强度、动态模量及疲劳寿命逐渐降低,且冻融循环初期衰减较快;沥青混合料空隙率随冻融循环次数的增加总体呈增加趋势,并且SMA沥青混合料空隙率增加程度大于普通密级配沥青混合料。     

抗剥落剂和纤维对热(温)再生沥青混合料水稳定性及抗裂性能的影响

为了改善高RAP掺量热再生和温再生沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性及抗疲劳耐久性,基于沥青表面能测试和黏附功计算,研究了老化沥青、温拌剂、纤维、抗剥落剂对沥青-集料黏结强度的影响,进而采用车辙试验、低温弯曲试验、冻融循环试验和四分点加载疲劳试验研究了纤维和抗剥落剂对热再生混合料路用性能和抗疲劳耐久性的影响,并揭示了纤维和抗剥落剂对热再生混合料水稳定性和低温抗裂性能的影响机理。研究结果表明,导致热再生和温拌再生水稳定性较低的原因是沥青老化后表面能的降低,掺加温拌剂降低了沥青的表面能,降低了沥青-集料界面的黏结强度;掺加抗剥落剂、纤维剂纤维与抗剥落剂复合改性剂可显著改善沥青表面能、增大沥青与集料之间的粘附功,提高沥青与集料之间的粘附性;将抗剥落剂与纤维复配可显著改善热(温)再生沥青混合料的低温性能,纤维与抗剥落剂不仅显著提高了热(温)再生混合料的劈裂强度和水稳定性,也延缓了冻融循环作用下热(温)再生混合料劈裂强度的衰变历程;掺加抗剥落剂、纤维剂纤维与抗剥落剂复合改性剂均可显著改善热(温)再生混合料的弯曲劲度模量和抗疲劳寿命,,纤维与抗剥落剂复合改性热再生混合料的各项路用性能均满足规范要求,建议优先采用玄武岩与抗剥落剂复配方案来改善高RAP掺量热(温)再生混合料的耐候性。     

木焦油基再生沥青混合料耐久性能研究

为探究木焦油基再生沥青混合料的耐久性能,采用老化试验、四点弯曲疲劳试验和冻融劈裂试验对基质沥青混合料、木焦油基再生沥青混合料和RA-102再生沥青混合料的疲劳耐久性、冻融循环耐久性和老化耐久性进行试验研究。研究结果表明:木焦油基再生剂有利于减缓疲劳应力、冻融循环和老化作用对沥青混合料性能的劣化作用;木焦油基再生沥青混合料具有良好的疲劳耐久性、冻融循环耐久性和老化耐久性,其水稳定性能优越,可有效延长道路使用寿命;木焦油与生物质纤维的协同作用可有效缓和沥青与集料间的黏附失效,提高混合料的力学强度和抗渗性能,从而提高混合料的耐久性。     

再生沥青混合料路用性能研究

针对AC-25型再生沥青混合料和新拌沥青混合料,通过劈裂强度试验、间接拉伸试验和三轴重复荷载试验对比分析了掺加30%旧料的再生沥青混合料与新拌沥青混合料的路用性能。研究结果表明:在相同温度时,再生沥青混合料的劈裂强度和劲度模量均比新拌沥青混合料要大,水平变形略低。依据间接拉伸疲劳试验,新拌AC-25型沥青混合料的疲劳性能要优于再生AC-25型沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料的应力疲劳方程和应变疲劳方程,其拟合相关系数之平方均大于0.91,相关性较好。在温度60℃、相同应力水平下,再生AC-25沥青混合料的永久应变小于新拌AC-25型沥青混合料,再生沥青混合料的抗永久变形性能优于新拌沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料在重复荷载作用下的黏弹性力学模型,相关系数达0.99。     

高原寒冷地区就地热再生沥青混合料耐久性试验研究

为了研究热再生沥青混合料在内蒙古寒冷地区应用出现的耐久性问题,选择就地再生沥青混合料,旧沥青混合料和新沥青混合料进行了不同冻融循环次数和长期老化前后的劈裂试验和小梁低温弯曲试验。试验结果表明:随着冻融循环次数的增多,再生沥青混合料、旧沥青混合料和新沥青混合料的劈裂抗拉强度都逐渐减小,冻融循环次数超过15次后,劈裂强度迅速降低。再生沥青混合料和新沥青混合料抗弯拉强度都随着循环次数增加而减小并逐渐趋于稳定。2种沥青混合料的劲度模量都随着冻融循环次数的增加逐渐减小,变化速率逐渐减小。2种材料的破坏劲度模量都随着冻融循环次数的增加逐渐减小,变化速率逐渐减小,在相同冻融循环次数时再生沥青混合料的破坏劲度模量比新沥青混合料小。经过长期老化,再生沥青混合料、旧沥青混合料和新沥青混合料的劈裂抗拉强度都有所增加,破坏拉伸应变均降低,劲度模量均增加。     

再生剂对长期路用老化沥青路用性能的影响

通过对沥青混合料、老化沥青混合料,以及经过2种不同再生剂再生处理的老化沥青混合料的高温性能、低温开裂性能、水稳定性能、疲劳性能进行研究,考察了再生剂对长期路用老化沥青及其混合料路用性能的影响规律。对比研究了不同再生剂作用下长期路用老化沥青混合料路用性能的再生修复效果。结果表明,再生剂的加入可使老化沥青混合料的基本路用性能在一定程度上恢复还原;通过2种再生剂对长期路用老化沥青再生效果的研究,可以发现再生剂对老化沥青混合料改善作用具有选择性,即老化沥青对合适的再生剂有着具体的要求。     

基于足尺加速加载试验的现役沥青路面疲劳特性研究

为了对现役沥青路面的疲劳性能进行评价,在上海的某在役高速公路上选取了3个加载区进行了足尺加速加载试验。加速加载试验过程中,对开裂现象进行了观测并采用地震波地质分析仪对沥青层的地震波模量进行了检测。检测结果表明,随着加速加载作用次数的增加,路面沥青层的地震波模量不断降低,沥青层的地震波模量与加速加载作用次数具有较好的指数函数关系。加速加载试验结束后,在各加载区和非加载区进行了取芯,并通过劈裂强度试验和劈裂疲劳试验对现场沥青混合料的劈裂强度和疲劳抗力进行了评价。劈裂疲劳试验结果表明,随着沥青混合料所经受加速加载作用次数的增加,沥青混合料的初始劲度模量和疲劳寿命总体上不断下降,且加速加载作用对上面层混合料疲劳抗力的影响相比中、下面层混合料更为显著。基于Miner法则对现役沥青混合料的剩余疲劳寿命进行了预估。     

抗车辙剂对含再生粗集料沥青混合料性能影响研究

采用再生集料替代沥青混合料中的天然集料具有巨大的经济潜力和环保优势,但其中的低强度水泥砂浆和砖块成分较天然集料更易在荷载作用下出现破坏,导致沥青混合料性能出现衰减,因此亟需探究改善含有再生集料沥青混合料性能的方法及其对沥青混合料性能的影响规律。该文选用富含聚乙烯PE的抗车辙剂,通过马歇尔配合比试验,分析不同抗车辙剂用量对再生集料沥青混合料的马歇尔力学指标、体积参数和沥青用量的影响;而后进一步探究抗车辙剂对再生集料沥青混合料的动稳定度、低温弯拉应变、冻融劈裂强度比和疲劳寿命的影响规律。试验结果表明:(1)砖块成分对再生集料沥青混合料的马歇尔性能具有明显的负面影响,应在再生集料中控制其含量;(2)富含PE抗车辙剂对提高再生集料沥青混合料的高温抗变形效果显著,同时也能在一定程度上改善再生集料沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能,具有良好的应用前景。     

轻质油分再生剂掺量对冷再生沥青混合料性能改善研究

冷再生技术是将旧沥青路面铣刨料、新集料以及乳化沥青和水泥按照一定级配曲线拌和形成再生沥青混合料,再经摊铺压实形成新路面。但中国现阶段对旧路面材料的使用仅限于将其作为"黑色集料",其所含有的老化沥青基本未得到利用,是对资源的极大浪费。该文针对轻质油分再生剂对冷再生沥青混合料性能的改善效果展开试验分析,通过对掺入再生剂的再生混合料进行路用性能试验以确定再生剂掺量与改善效果之间的关系。根据试验结果可知再生剂掺加比例较小时,对冷再生混合料性能的改善作用并不明显,而当掺量过多反而会降低路用性能。再生剂对动稳定度的改善效果较为明显,当再生剂掺量为0.6%时,动稳定度达到极值,随着再生剂掺量的继续增加,动稳定度呈下降趋势。     

多年冻土区冻融循环作用对沥青混合料弯拉性能的影响

为准确评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青混合料弯拉性能和细微观结构的损伤机理,针对北方寒冷地区沥青路面在荷载、低温、水冻融循环作用下剩余弯拉强度和疲劳寿命进行研究,制定了适宜的冻融循环试验方案,建立了不同沥青结合料沥青混合料的空隙率、弯拉强度(弯拉应变)、劈裂强度和疲劳寿命在不同冻融循环作用次数下的衰变规律,基于工业CT无损检测分析技术,获得了不同冻融循环次数下四种沥青混合料细观空隙结构变化特征,研究了冻融循环作用对沥青混合料平均空隙直径、空隙轮廓分维数的影响规律,分析给出了冻融循环作用下沥青混合料弯拉性能的损失率计算模型。结果表明:沥青混合料的弯拉强度、最大弯拉应变、劈裂强度、疲劳寿命随冻融循环次数的增加呈减小趋势,经历25次冻融循环后弯拉性能和疲劳寿命衰减趋于平缓。沥青混合料受冻融循环作用后弯拉强度和抗疲劳性能衰变规律符合logistics曲线模型;随着冻融循环次数增大,沥青混合料内部平均空隙直径增大,空隙轮廓分维数减小,平均空隙直径与沥青混合料弯拉性能之间的线性拟合关系良好;使用改性沥青具有维持冻融循环作用下沥青混合料内部空隙直径、空隙轮廓分维数变化不大的作用,在高原寒冷地区建议优先选用SBS或SBR改性沥青。     

冷拌用再生剂的制备及乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

为确定再生剂用于冷再生材料的适用性及再生剂的掺入对混合料的影响,由实验室自制两种冷拌用再生剂,并通过再生沥青性能试验,研究了再生剂配比及再生效果;使用旋转压实方法成型乳化沥青冷再生混合料并进行配合比设计;通过15℃劈裂试验、冻融劈裂试验、车辙试验与低温弯曲试验,对比分析了两种再生剂单独使用及配合不同剂量渗透剂使用情况下对混合料强度特性与耐久性的影响。结果表明:再生剂中基础油∶增塑剂∶抗老化剂掺配比例为80∶20∶4时具有良好再生效果,添加8%的再生剂后,室内老化沥青与抽提回收沥青性能指标均能恢复至基质沥青水平;再生剂R1最优掺量为1.2%,再生剂R2最优掺量为0.9%;添加再生剂R1、R2与渗透剂后,冷再生混合料早期强度分别下降11%、19%、9%,而成型强度与后期强度较普通乳化沥青冷再生混合料有所提高;添加再生剂或渗透剂后混合料抗车辙能力下降,但仍满足再生规范要求;添加再生剂能够改善乳化沥青冷再生混合料的水稳定性及低温抗裂性。     

冻融循环对泡沫沥青冷再生混合料宏细观结构性能的影响

为了研究冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料强度特性、疲劳性能及微观结构性能的影响情况,采用劈裂强度试验、贯入剪切试验及间接拉伸疲劳试验研究了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料强度特性和疲劳性能的衰减规律,基于X-ray CT断层无损扫描技术和VG软件的三维重构功能,分析了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料空隙级配、平均空隙直径、最可几空隙直径的变化规律,进而建立了泡沫沥青冷再生混合料宏观性能与微观空隙结构特性之间的关系。结果表明,冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料贯入剪切强度、劈裂强度、疲劳寿命有显著影响,随着冻融循环次数增大,泡沫沥青冷再生混合料内部0.1mm~3的空隙比例增大,0.1mm~3空隙比例减小,平均空隙直径与最可几空隙直径随冻融循环次数增加而增大。结合不同冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料的空隙结构特征,将泡沫沥青冷再生混合料内部V≤0.1mm~3空隙划分为无害孔,0.1V≤0.5mm~3空隙划分为少害孔,V0.5mm~3空隙划分为有害孔。各应力水平下的疲劳寿命随平均空隙直径和最可几空隙直径增大而降低,二者之间负线性相关性良好。冻融循环作用使得泡沫沥青冷再生混合料中的微孔数量减少、大孔数量增多,这是冻融作用导致冷再生混合料力学强度和疲劳性能降低的主要原因之一。     

不同工况对就地热再生沥青混合料性能的影响

就地热再生沥青混合料性能受碾压温度、混合料级配、再生剂用量、沥青含量、施工工艺等因素的影响,而碾压温度、混合料级配、再生剂用量在施工中波动较大,影响再生沥青混合料性能。采用正交试验方法、分形级配设计理论、极差与方差法分析了碾压温度、混合料级配、再生剂用量对马歇尔性能的影响程度,回归得到了3种因素与马歇尔性能变化的非线性模型,分析了2%再生剂用量下碾压温度、混合料级配对马歇尔性能的影响规律。提出了二次回归方程中的交叉模型,作为评价碾压温度、级配、再生剂用量与空隙率、马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂强度、劈裂强度之间关系的模型。结果表明:碾压温度、混合料级配、再生剂用量对再生沥青混合料马歇尔性能影响显著,而碾压温度、级配影响的显著性较再生剂更高;2%再生剂用量时,再生沥青混合料的稳定度在110～123℃碾压温度时随分形维数的增加而降低,而123～150℃的作用效果则反之;提高碾压温度可以有效地改善再生沥青混合料的马歇尔指标,而碾压温度高于123℃时,提高设计分形维数可以改善再生沥青混合料的马歇尔指标;回归模型可以作为再生沥青混合料现场施工质量动态控制决策依据,保障施工过程中再生沥青混合料马歇尔性能满足设计要求。     

掺入抗车辙剂的沥青混合料疲劳性能研究

分别对掺入PR抗车辙添加剂、TLA湖沥青和SEAM的沥青混合料进行劈裂疲劳对比试验和老化后的疲劳试验,对比分析其疲劳性能的优劣.分析了添加抗车辙剂的沥青混合料疲劳作用机理.解释了添加不同抗车辙剂后,沥青混合料的疲劳性能形成差异的原因.     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80％、100％的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构.结果 表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能.推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με.在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求.     

沥青再生剂性能评价研究

按照SHRP胶结料试验方法,评价了沥青再生剂对老化沥青再生的性能,采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验、小梁弯曲试验等比较和评价了再生沥青混合料的性能,并结合沥青路面现场热再生项目,进行了经济性分析。研究表明,沥青再生剂可以将老化沥青再生至新鲜沥青性能水平,各项性能指标均满足SHRP PG64-22要求。同时再生剂可以综合提高和改善老化沥青铣刨料的路用性能,与单纯掺加新鲜沥青混合料的再生方式相比,掺加沥青再生剂的再生混合料体系更加均匀,各项性能指标明显改善。与传统的铣刨、加铺方式相比,现场热再生可以节约39.7%的工程费用。     

再生沥青及混合料路用性能分析

利用自主研发的基本型沥青路面再生剂对老化沥青再生后的常规理化性质和抗老化性能进行了测试分析,同时利用马歇尔稳定度试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验及车辙试验等考察了再生沥青混合料的路用性能.结果表明研发的沥青路面再生剂再生效果理想,再生沥青混合料的路用性能满足应用要求.     

温拌再生沥青混合料耐久性能室内试验研究

作为公路翻修维护的一项新技术,集成温拌技术与热拌再生技术优点的温拌再生技术越来越受到重视,在验证热再生沥青混合料和添加两种温拌剂的温再生沥青混合料配合比设计合理的基础上,分别采用冻融循环劈裂试验、老化试验以及疲劳试验对3种再生沥青混合料的水稳定性能、低温抗裂性能以及疲劳寿命等耐久性能进行系统研究,研究结果表明:相对于热再生沥青混合料而言,添加两种温拌剂的温再生沥青混合料的动稳定度降低,最大弯曲拉应变、抗拉强度比和残留稳定度均得到不同程度的提升;温再生沥青混合料的抗老化性能和抗疲劳性能均好于热再生沥青混合料,且添加DAT温拌剂的沥青混合料抗老化、抗疲劳性能优于添加S-I温拌剂的沥青混合料;三种再生沥青混合料的疲劳寿命试验值采用线性疲劳方程拟合效果较好。研究成果可以为温拌再生沥青混合料的应用提供指导和借鉴。     

水环境下凝灰岩沥青混合料黏附性能研究

为提高水环境下凝灰岩沥青混合料的黏附性能,以SUP25级配沥青混合料为研究对象,通过水煮法试验、老化前后冻融劈裂试验及浸水马歇尔试验评估不同外加剂对其黏附性能的改善效果,并结合相关路用性能试验进行验证。结果表明：掺2%含量消石灰后的凝灰岩沥青混合料效果最佳,其残留稳定度、冻融劈裂强度比能分别达到优质石灰岩混合料的97.2%和98.3%,相较于不掺外加剂凝灰岩试样分别提升21%和13.5%,且在老化作用下黏附耐久性要优于掺抗剥落剂凝灰岩沥青混合料性能。     

浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析

浇筑式(GA)沥青混合料的抗疲劳特性对桥面铺装结构的使用寿命有重要影响。文中通过四点弯曲疲劳试验,分析沥青类型、油石比、应变水平及拌和温度等因素对GA沥青混合料劲度模量、加载次数、滞后角的影响。结果显示,随沥青结合料用量的增加,GA沥青混合料的劲度模量呈下降趋势,破坏时的疲劳加载次数和滞后角呈增加趋势;随应变水平的增加,劲度模量和疲劳加载次数呈下降趋势;随拌和温度的升高,GA沥青混合料的劲度模量呈增加趋势、滞后角呈下降趋势,180～240℃时温度变化对滞后角的影响显著,240～260℃时滞后角变化较平缓;合理调整最佳沥青用量或控制拌和温度,能降低或避免GA沥青混合料老化问题,提高桥面铺装结构的整体刚度,延长其使用寿命。