矿料级配对沥青混合料紫外线老化影响的分形描述

为定量描述矿料级配对沥青混合料高低温性能紫外线老化的影响,该文以AC-13S1、S2、S3、S4、S5和AC-16S1、S2、S3、S4、S5共10种级配为研究对象,通过室内紫外线老化试验,研究了紫外线老化前后不同级配沥青混合料动稳定度和低温劈裂强度的变化规律,并按分形几何基本原理,以集料粒径分布分形维数D作为表征不同级配特征的参数,建立了动稳定度降幅、低温劈裂强度降幅与粒径分布分维数D的相关关系。研究结果表明:紫外线老化后沥青混合料动稳定度及低温劈裂强度的降幅与粒径分布分维数D之间存在着较强的线性相关性;粒径分布分维数D越大,沥青混合料动稳定度受紫外线老化作用的影响越强烈,动稳定度降幅越大;粒径分布分维数D越小,沥青混合料低温劈裂强度受紫外线老化作用的影响越强烈,低温劈裂强度降幅越大。     

公称最大集料粒径对沥青混合料劈裂强度影响数值分析

为研究公称最大集料粒径对沥青混合料劈裂强度影响,基于数字图像处理技术,采用有限元法建立基于混合料二维截面的劈裂试验模型,数值模拟公称最大集料粒径对沥青混合料劈裂强度影响,并加以试验验证。研究表明:公称最大集料粒径影响沥青混合料劈裂强度,公称最大集料粒径与沥青混合料劈裂强度变异性间相关性好。公称最大集料粒径小,相应的沥青混合料劈裂强度数值变异系数则小,反之亦反。     

不同AC-13型沥青混合料在实际工程中的应用对比研究

主要讨论了两种不同AC-13型沥青混合料AC-13C和AC-13I的配合比设计方法,并通过马歇尔试验以及车辙试验等方法,对两种混合料在两个不同工程中的应用性能加以比较。结果发现AC-13C型沥青混合料的抗车辙能力为AC-13I型的1.25倍,沥青用量比AC-13I型的用量节约14.3%,而集料表面形成的沥青膜比AC-13I的厚5.3%;路面芯样图片显示AC-13C型沥青混合料中的粗集料形成了更好的骨架嵌挤型结构。     

基于离散元模拟细集料对沥青混合料劈裂试验影响

以AC13为例,采用颗粒流PFC2D软件,建立基于混合料二维数字截面的劈裂试验离散元模型,模拟细集料对沥青混合料劈裂试验的影响。研究表明,细集料影响沥青混合料低温劈裂试验强度和破坏应变;2.36 mm档集料可作为沥青混合料AC13集料级配中粗细集料的分界点,即粒径≥2.36 mm的集料为粗集料,小于2.36 mm的集料为细集料。     

密级配沥青混合料均匀性评价

为了克服传统沥青混合料均匀性评价准确度低和耗时长的不足,采用数字图像技术定量评价不同类型的密级配沥青混合料均匀性。提出相邻粗集料区域面积比相对平均差作为评价指标来分析评价SMA-13和AC-13C两种类型混合料的均匀性。结果表明：SMA-13比AC-13C的相邻粗集料区域面积比相对平均差降低了33.1%,SMA-13的均匀性显著好于AC-13C。集料粒径的不同对混合料均匀性有较大影响,各档粗集料的均匀性随粒径增长呈二次抛物线分布规律,4.5~9.5mm档位集料的均匀性最好,＞13.2mm档位集料均匀性最差。混合料的局部与整体均匀性存在较好的对比效果。     

开级配大粒径沥青碎石混合料劈裂试验的离散元数值分析

为了弥补现有沥青路面结构设计理论中将沥青混合料当作完全弹性体进行计算分析的不足,以AC-16,AC-20,开级配大粒径沥青碎石混合料OLSM-25的劈裂强度为研究对象,采用离散元方法,运用二维颗粒流程序(PFC2D),从细观角度入手,对AC-16,AC-20,OLSM-25的劈裂(间接拉伸)试验进行数值模拟,对比分析AC-16,AC-20,OLSM-25圆柱体试件内部集料颗粒之间的接触力、位移矢量、微裂缝数量及其分布规律.结果表明:在峰值轴向力作用下,当沥青混合料圆柱体试件开裂破坏时,随着沥青混合料公称最大粒径、空隙率的增大以及油石比的减小,试件内部集料颗粒之间的接触力由基本均匀趋于相对离散分布,位移矢量存在显著差异,微裂缝数量逐渐减少.与AC-16,AC-20相比,OLSM-25的间接拉伸抗裂效果显著.     

连续摊铺与间断摊铺沥青混合料劈裂强度与温度的关系

沥青混合料在不同温度条件下会有不一样的性能,规范采用-10℃评价沥青混合料的低温性能,而我国北方寒冷地区冬季温度要低于-10℃,这就存在两个问题:一是沥青混合料在低于-10℃下的劈裂抗拉性能会如何变化,二是连续与间断摊铺沥青混合料在不同温度下的劈裂强度又有什么样的关系。基于此,为了对比分析连续与间断摊铺沥青混合料在不同温度下的劈裂强度大小关系,通过室内模拟连续摊铺与间断摊铺施工工艺,制作了上层AC-13/下层AC-16和上层AC-16/下层AC-20两种不同级配组合下的双层马歇尔试件,经过20,10,0,-10,-20℃5种不同温度处理后,采用1 mm/min和50 mm/min两种不同加载速率,研究了连续与间断摊铺沥青混合料劈裂强度的变化规律。研究结果表明:不同温度条件下,连续摊铺沥青混合料劈裂强度要比间断摊铺沥青混合料劈裂强度大;连续与间断摊铺沥青混合料劈裂强度都随温度的降低而升高;从不同温度下的劈裂抗拉强度来看,上层AC-13/下层AC-16组合比上层AC-16/下层AC-20组合好;相同条件下,加载速率越快,测得的劈裂强度越高,加载速率越慢,测得的劈裂强度越低。     

复合阻燃剂对花岗岩沥青混合料路用性能的影响

探究阻燃剂种类、掺量对SBS改性沥青性能的影响,并着重研究自制复合阻燃剂对以花岗岩为集料的AC-13C和SMA-13沥青混合料路用性能的影响。试验结果表明：复合阻燃剂具有阻燃、抑烟的双重作用,掺量为10%时,阻燃沥青的氧指数达到25.8%,阻燃效果较为明显;复合阻燃剂可以小幅提高以花岗岩为集料的AC-13C和SMA-13的车辙动稳定度,但降低了它们的残留稳定度比和冻融劈裂强度比,其中冻融劈裂强度比分别降低到70.1%和70.7%,降幅分别达到17.1%和16.7%。在冻害严重、地下水位偏高的隧道地段不宜采用此两种以花岗岩为集料的阻燃沥青混合料。     

AC-13C沥青混合料疲劳损伤过程强度变化规律研究

为研究沥青混合料疲劳损伤过程强度变化,以AC-13C沥青混合料为研究对象,测定AC-13C沥青混合料劈裂抗拉强度、确定疲劳荷载应力水平;测定AC-13C沥青混合料疲劳寿命;定义疲劳损伤程度0%、20%、50%、65%、80%,并对沥青混合料进行相应损伤程度的疲劳作用,然后进行疲劳损伤过程沥青混合料劈裂强度试验。结果表明:疲劳损伤程度越大,沥青混合料的抵抗荷载的能力越弱,同时材料损伤越严重,其抵抗变形的能力越弱。随着损伤程度的加大,损伤程度在前期50%以内,沥青混合料的强度衰弱较为缓慢,而在损伤后期65%-80%阶段,沥青混合料的强度衰减呈现陡降。     

不同粗集料组成的沥青混合料性能研究

粗集料是沥青混合料骨架结构的重要组成部分,不同种类和性质的粗集料对沥青混合料性能的影响各不相同。选取了7种不同种类和产地的粗集料,进行了基本物理力学性能试验,并以AC-16C粗型密级配为例,考察了不同粗集料对沥青混合料性能的影响。结果表明,粗集料性能对沥青混合料高温稳定性和水稳定性具有显著的影响,对低温抗裂性无影响,在固定其他条件的情况下,粗集料表观密度越小、吸水率越大,其沥青混合料动稳定度D S和劈裂强度比TSR越大。     

级配离析对沥青混合料抗水损坏能力的影响研究

分别利用级配检验和无核密度仪检测的方法,调查总结了AC-25和AC-13沥青混合料摊铺离析和压实离析的规律。依据该规律设计模拟级配离析和压实离析的混合料,进行了模拟动水压力试验以评价它们的抗水损坏能力。与设计级配AC-13C混合料相比较,模拟摊铺机端部离析和容许级配最粗离析的沥青混合料在动水冲刷3 h,即正负压交替作用1 350次后,25℃劈裂强度损失都超过了30%;当击实功不足时,容许级配最粗离析的沥青混合料在动水冲刷3h后25℃劈裂强度损失48.2%。即使不考虑压实不足,模拟级配粗离析和容许级配最粗离析的AC-13C混合料都显得抗水损坏能力不足。从保证沥青混合料抗水损坏能力的角度建议了沥青混合料生产和现场摊铺阶段的级配控制要求。     

一种评价沥青混合料矿料骨架强度的试验方法

基于局部加载设计了一种评价不含胶结料的沥青混合料骨架强度的试验方法,并研究了混合料类型、岩性、最大公称粒径对骨架强度的影响。通过建立ABAQUS有限元模型,确定贯入阻力试验的压头直径和贯入速率。压头直径为50mm及贯入速率为2.25mm/min时,具有最优的评价效果。对PAC-13,AC-13,Sup-20及Sup-25进行了贯入阻力试验,采用骨架破坏时的最大贯入压力评价沥青混合料的骨架强度,试验结果表明:PAC-13的骨架强度大于AC-13,Sup-25骨架强度大于Sup-20,玄武岩的骨架强度大于石灰岩。含有较多粗集料、最大公称粒径大和集料强度高的混合料具有更高的骨架强度,贯入阻力试验可真实评价沥青混合料的骨架强度。     

超薄磨耗层小粒径沥青混合料性能研究

为探究小粒径、大孔隙沥青混合料应用于超薄磨耗层的可行性,采用公称最大粒径4. 75mm的集料设计制备了一种空隙率大于20%的透水沥青混合料。利用车辙、低温弯曲小梁、冻融劈裂、摆式摩擦、手工铺砂法、以及渗水试验对小粒径大孔隙透水沥青混合料的高温、低温、水稳定性、摩擦以及透水等路用性能与表面特性进行了评价,试验结果显示:混合料的60℃动稳定度为8201次/mm,-10℃极限弯曲应变为2896με,冻融劈裂残留强度比为84. 62%,BPN摆值为69,构造深度为0. 71mm,渗水系数为6857mL/min。研究表明小粒径大孔隙沥青混合料具有良好的路用性能,高温稳定性、抗滑性能、排水性能显著,与OGFC-13的路用性能对比分析后,小粒径沥青混合料可以考虑作为超薄磨耗层使用。     

不同种路用抗车辙剂应用性能分析

为了对比研究抗车辙剂工程应用性能,基于AC-20C、AC-16C基质沥青和改性沥青混合料,进行了沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度、低温弯曲破坏应变、车辙动稳定度试验。结果表明:2种抗车辙剂均可在不改变沥青混合料的最佳油石比的基础上,显著提高沥青混合料的马歇尔稳定度和动稳定度,改善混合料的低温抗裂性;对于普通沥青混合料AC-20C、AC-16C,两种抗车辙剂的适宜掺量在0. 3%～0. 4%之间,对于重载幅路面掺加高模量抗车辙剂时,两种抗车辙剂的适宜掺量范围可控制在0. 2%～0. 4%之间。     

沥青混合料劈裂疲劳过程刚度衰减及路面模拟分析

为研究沥青混合料在使用过程中材料属性的变化规律,选择典型路面结构为载体探讨沥青混合料刚度衰减规律及衰减后路面力学状态。以AC-13C、AC-20C、AC-25C沥青混合料为研究对象,设计劈裂强度试验、劈裂疲劳试验得到其疲劳寿命。通过定义沥青混合料不同损伤程度D(0%、20%、40%、50%、60%、80%)及寿命比S,得出各疲劳损伤程度下沥青混合料疲劳作用次数。通过类比沥青混合料抗压回弹模量测试方法,提出了测定疲劳损伤后的劈裂回弹模量测试方法,导出劈裂刚度模量E的表达式;建立随疲劳损伤过程沥青混合料刚度衰减规律。通过ABAQUS有限元法模拟路面结构层和受力状况,将不同损伤程度刚度模量赋值于路面层状模型中,导出上面层竖向位移和下面层层底拉应力参数。结果表明:随着使用过程疲劳损伤不断累积,沥青混合料能刚度模量不断衰减;并且随刚度衰减,面层层底拉应力增加上面层抵抗变形能力下降而变形增加。     

不同岩性细集料对沥青混合料路用性能的影响研究

分别采用玄武岩细集料及石灰岩细集料和玄武岩粗集料制备两种不同的AC-13C改性沥青混合料，以及分别采用花岗岩细集料及石灰岩细集料和花岗岩粗集料制备两种不同的AC-25C普通沥青混合料，对两组不同岩性的沥青混合料进行室内路用性能试验，分析两种不同岩性细集料对沥青混合料性能的影响。结果显示:粗集料为玄武岩时，用石灰岩细集料代替玄武岩细集料，能够提高混合料的水稳定性和高温稳定性；粗集料为花岗岩时，用石灰岩细集料代替花岗岩细集料不利于混合料的水稳定性和高温稳定性。     

掺钢渣再生沥青混凝土的制备及路用性能研究

再生沥青混凝土制备过程中仍需耗费大量的天然石材,天然石材的开采对环境造成了一定的破坏。该文采用钢渣与回收沥青路面材料RAP作为集料加入新沥青制备掺钢渣再生沥青混凝土,制备RAP掺量分别为25%、30%、35%的AC-13掺钢渣再生沥青混凝土,通过试验研究不同RAP掺量下的AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的高温稳定性、水稳定性以及力学性能、低温性能规律,并制备RAP掺量为11%的SMA-13掺钢渣再生沥青混凝土,评价SMA-13掺钢渣再生沥青混凝土的路用性能。试验结果表明:AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的动稳定度均大于2 300次/mm,且随着RAP掺量增加而降低;AC-13掺钢渣再生沥青混凝土的浸水残留稳定度均大于80%,满足规范要求; AC-13混合料的劈裂强度可达2 MPa以上,高于普通沥青混凝土;AC-13混合料的低温弯曲应变均为2 400以上,且随着RAP掺量增加而降低。SMA-13混合料各项性能指标也均达到规范要求。     

基于APA车辙深度的AC-5沥青混合料体积参数的标准

通过总结国内外应用AC-5的级配,结合规范级配提出了AC-5试验级配范围。用石灰岩和花岗岩集料设计出36种薄层AC-5沥青混合料,通过APA车辙试验对混合料性能进行分析,分析发现很多高温抗车辙性能优异的混合料体积参数并不符合我国规范AC-5沥青混合料体积参数标准,同时我国规范AC-5沥青混合料体积参数标准不完善,也缺少实体工程应用检验。鉴于此在APA车辙试验基础上分析修正AC-5沥青混合料体积参数标准。     

陶瓷沥青混合料水稳定性分析

为了分析陶瓷粗集料对AC-13沥青混合料水稳定性的影响,使用陶瓷粗集料替代不同比例的玄武岩粗集料,测试不同替代比例下AC-13沥青混合料残留稳定度和残留强度比,并分析了熟石灰和水泥对陶瓷沥青混合料水稳定性的改善效果。试验结果表明:在沥青混合料中掺加陶瓷粗集料会对水稳定性产生不利影响,陶瓷粗集料的替代比例不宜超过40%;使用水泥或熟石灰替代部分矿粉,可以有效改善陶瓷沥青混合料的水稳定性,但是当水泥或熟石灰掺量达到3.0%时,继续增加其掺量对陶瓷沥青混合料水稳定性的改善效果已经不太明显。     

集料针片状颗粒含量指标试验研究

为探讨集料的针片状颗粒含量对沥青混合料性能的影响,设计由不同岩性、不同针片状颗粒含量集料组成的AC-13和SMA-13沥青混合料,采用旋转压实法(SGC)制作试件进行体积指标、高温稳定性、水稳定性、抗疲劳性能试验。结果表明,AC-13沥青混合料矿料中3∶1型针片状颗粒含量≤30%、SMA-13沥青混合料矿料中3∶1型针片状颗粒含量≤20%时,对沥青混合料体积指标、高温稳定性、水稳定性及抗疲劳性能的影响不显著,建议对集料针片状颗粒含量提出AC类混合料≤30%、SMA类混合料≤20%的控制要求。