基于表面能理论的石灰改性沥青黏附性研究

为从机理上研究石灰[Ca(OH)2]对沥青黏附性的改善作用,基于表面能理论,分析了石灰改性沥青与花岗岩之间黏附功变化,并研究了石灰掺量和细度对沥青黏附性的影响.为了进一步验证基于表面能理论的分析结果的正确性,进行拉拔试验,并与黏附功进行相关性分析.结果表明:石灰的加入能提高沥青极性,增加沥青表面能,进而提高沥青与集料的黏附功,改善黏附性;沥青的黏附性随石灰细度的提高而增大;当石灰掺量约为沥青质量的10％时,沥青与花岗岩具有最好的黏附性;拉拔试验结果与表面能理论试验结果的相关系数为0.900,具有较高的相关性,说明利用表面能理论评价石灰改性沥青效果是可行的.     

煤直接液化残渣对沥青胶浆黏弹性能的影响

以SK-90沥青为基质沥青,分别制备粉胶比为1.0、煤直接液化残渣(DCLR)掺量(质量分数)分别为5%、10%、15%、20%下的DCLR改性沥青胶浆和SK-90沥青胶浆。采用动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验,对比分析了DCLR对沥青胶浆车辙因子、疲劳因子、蠕变劲度模量和蠕变速率等因素的影响,揭示了DCLR对沥青胶浆黏弹性能的影响规律。试验结果表明:DCLR会显著增强沥青胶浆的高温性能,降低沥青胶浆的低温性能和疲劳性能;DCLR提高了沥青胶浆在高温条件下的弹性及在低温条件下的黏性;在高DCLR掺量下,沥青胶浆的高温、低温和疲劳性能对温度的敏感度极为显著;随着DCLR掺量的增加,沥青及胶浆的适用范围越来越窄;从应用角度考虑,建议DCLR掺量不宜大于10%,沥青及胶浆可适用于沥青路面的中面层。     

基于分子动力学的ME改性沥青黏聚、黏附特性研究

我国南方地区夏天高温多雨,沥青路面易受到降雨、高温耦合作用,沥青黏聚、黏附性能削弱,路面水损加剧,针对此问题,采用分子动力学模拟并结合宏观拉拔试验,深入分析沥青内部黏聚和沥青-集料界面黏附作用机理,及水温耦合作用对沥青内部黏聚和沥青-集料界面黏附性能的影响。结果表明：基质沥青黏聚性能受水温耦合作用影响较小,受温度影响较大;基质沥青-集料黏附性能经水温耦合作用下降37%,受温度影响较小;当加入ME改性剂后,相较于基质沥青,ME改性沥青黏聚性能提升近5倍,与集料黏附性能提升103.9%,且ME改性沥青黏聚、黏附特性基本不受温度、水和水温耦合作用影响,可保持极高稳定性。     

破碎砾石与沥青的黏附性能分析

为有效利用新疆破碎砾石,通过对新疆破碎砾石黏附性试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验,研究了破碎砾石水稳定性评价方法;依据表面自由能理论,分析了破碎砾石、沥青、水之间黏结时自由能变化情况。结果表明:破碎砾石中黏附性能最差类型的集料可用于代表破碎砾石的总体黏附性能。根据表面自由能理论,运用自由能比值绝对值可有效定量分析破碎砾石、沥青、水之间黏结时自由能降低程度,提出了破碎砾石的自由能比值绝对值计算方法。     

TLA改性沥青混合料的抗光氧老化性能试验研究

以克拉玛依90~#沥青作为基质沥青,拟定20%、30%、40%3种掺量TLA沥青,制备TLA改性沥青混合料,针对不同掺量TLA沥青混合料进行光氧老化模拟试验,探讨了光氧老化对TLA沥青混合料高低温性能、水稳定性能和力学性能的影响。研究结果表明:TLA沥青的添加,不仅能有效增强沥青混合料的高温性、水稳定性和抗变形能力,而且能提升抗光氧老化能力。     

天然沥青改性沥青的表面自由能分析

为了准确评价天然沥青改性沥青与集料的粘附性能,采用座滴法测定了3种液体在天然沥青改性沥青试样表面的接触角,基于表面物理化学理论,确定了室温条件下沥青表面自由能极性分量和色散分量的测定方法,计算了基质沥青和不同掺量天然沥青改性沥青的表面自由能。结合水煮法试验结果,分析了沥青结合料表面自由能与沥青-集料粘附性等级的关系。试验结果表明:70#A级基质沥青的表面自由能为10.60mJ·m-2,而8%掺量天然沥青改性沥青表面自由能增加到18.60mJ·m-2,天然沥青的掺加明显提高了天然沥青改性沥青的表面自由能;采用接触角方法得到的沥青结合料表面自由能和沥青-集料的粘附性能具有较好的相关性;天然沥青含有氧、硫、氮等多种极性较强的官能团,较高的沥青质含量及网状结构能够吸附基质沥青中的饱和分和芳香分等轻质成分,两方面的共同作用提高了天然沥青改性沥青的表面自由能。     

钢渣沥青混合料体积参数测定与水稳定性影响机理

通过浸渍试验测定了不同粒径钢渣集料的有效相对密度, 提出了钢渣沥青混合料体积参数的确定方法, 采用残留稳定度、冻融劈裂强度比与沥青膜厚度对不同钢渣掺量的沥青混合料水稳定性进行评价, 借助X射线荧光光谱分析、扫描电镜试验和压汞试验, 从钢渣化学组成与微观结构方面分析了钢渣对沥青混合料水稳定性的影响机理。分析结果表明: 对于钢渣等吸水性较大集料, 采用浸渍试验实测的有效相对密度较计算法得到的有效相对密度增大了1.5%, 更接近集料的实际有效相对密度, 因此, 采用浸渍试验确定的钢渣沥青混合料体积参数更加合理; 随着钢渣掺量增大, 钢渣沥青混合料水稳定性逐渐提升, 当钢渣掺量为70%时, 钢渣沥青混合料的残留稳定度提高了12%, 冻融劈裂强度比提高了13%;钢渣沥青混合料沥青膜厚度随钢渣掺量增大而增大, 当钢渣掺量为70%时, 沥青混合料的沥青膜厚度增大了13%, 较厚的沥青膜可有效防止水分入侵, 并增大集料表面“结构沥青”含量, 从而提高钢渣沥青混合料的水稳定性; 钢渣沥青混合料沥青膜厚度计算值为67μm, 由于其水稳定性与沥青膜厚度正相关, 故推荐基于水稳定性的钢渣沥青混合料的沥青膜厚度为7μm; 钢渣呈超碱性, 表面多孔隙, 孔隙内部结构复杂, 增大了钢渣集料与沥青间有效接触面积, 并形成较好的机械咬合力, 提高了钢渣集料与沥青之间的黏结性, 可显著改善沥青混合料的水稳定性。      

天然沥青对道路石油沥青路用性能的影响研究

天然沥青因长时间经历自然环境的影响,具有稳定的物理化学性质,良好的耐老化能力及温度敏感性。选取道路工程常用的90号基质沥青,分别对岩沥青(4%,8%和12%)和特立达湖沥青(20%,30%及40%)拟定三个掺量,采用熔融共混的方法制备天然沥青改性沥青。对天然沥青改性沥青的技术性能进行研究。选取AC-13沥青混合料,研究天然沥青对90号基质沥青混合料路用性能及力学性能的影响。研究结果表明,添加TLA和岩沥青后,90号基质沥青的针入度和延度减小,软化点和粘度增大;沥青混合料的动稳定度、RMS和TSR增大,沥青混合料的抗压强度及回弹模量均增大,表明TLA和岩沥青能够提高沥青混合料的抗车辙性能、水稳定性能以及路面结构的承载能力,且随着TLA和岩沥青掺量的增加,提高幅度更加显著。而低温弯曲试验结果表明,添加TLA和岩沥青后,沥青混合料的低温抗裂性能有所降低。但4%,8%和12%岩沥青掺量以及20%和30%TLA沥青掺量的改性沥青混合破坏应变仍满足冬寒区等级(≥2 300με)的要求。     

生物柴油-塑料裂解蜡复合温拌改性沥青性能研究

为降低热拌沥青混合料的能源燃烧和烟气污染,解决国内现有温拌剂成本较高的问题,自主研发了生物柴油-塑料裂解蜡(简称油-蜡)复合温拌改性剂.基于红外光谱(FTIR)和热重(TG)试验对油-蜡温拌剂的物化特性进行了表征.通过布氏旋转黏度(RV)试验、旋转薄膜烘箱(RTFO)试验、动态剪切流变(DSR)试验、低温弯曲梁流变(BBR)试验对5％、6％、7％掺量的油-蜡复合改性沥青的降黏效果、高低温性能及耐老化性能进行了评价,并与Sasobit改性沥青、Evotherm改性沥青进行了对比研究.基于表面自由能理论,采用接触角试验测试了油-蜡复合改性沥青、Sasobit改性沥青和Evotherm改性沥青的表面能参数,并分别计算3种温拌改性沥青与两种集料的黏附功.结果表明:油-蜡温拌剂对沥青的改性过程以物理作用为主,油-蜡温拌剂具有较好的热稳定性;掺入6％的油-蜡温拌剂后,改性沥青黏度较70#基质沥青降低约63％,其沥青混合料降温效果与3％Sasobit改性沥青混合料大致相同,拌和温度较热拌沥青混合料降低约30℃;油-蜡温拌剂能够改善沥青的耐老化能力和高温性能,但不利于沥青低温性能.综合分析,推荐油-蜡温拌剂掺量为6％.相比3％Sasobit改性沥青,6％油-蜡复合改性沥青的低温性能和黏附性较好,高温性能略差;相比0.6％Evotherm改性沥青,6％油-蜡复合改性沥青高温性能和黏附性较好,低温性能较差.     

TLA掺量对湖沥青改性沥青高温性能影响研究

通过软化点、布氏黏度、复数模量G*、相位角δ、车辙因子G*/sinδ及ZSV等指标研究不同TLA掺量下的湖沥青改性沥青的高温性能。研究结果表明,TLA的掺入可有效提高沥青的高温性能。软化点指标、黏度指标、复数模量G*指标及蠕变恢复试验ZSV指标表明TLA掺量在25%时,湖沥青改性沥青的高温性能改善更为显著,车辙因子G*/sinδ指标表明,TLA掺量为35%时,沥青胶结料高温性能改善更为明显。     

集料类型对砂粒式沥青混合料微观形貌的影响

为评价集料类型对细集料沥青混合料微观形貌的影响，采用三维景深显微镜和扫描电子显微镜深入研究了当集料选用石灰石、辉绿岩或钢渣时细集料沥青混合料的微观形貌。宏观上看，石灰石和辉绿岩砂粒式混合料表面较为光滑，钢渣砂粒式混合料表面较为粗糙，表面颜色差异较为明显。结果表明：石灰石砂粒式沥青混合料表面集料沙化，集料裸露，由黏附失效和黏聚失效共同主导；辉绿岩砂粒式沥青混合料表面褶皱，沥青和集料相间分布，黏聚失效占主导；钢渣砂粒式沥青混合料表面反光区域较多，为钢渣切割面，少量区域存在空隙，黏附失效占主导。三维景深结果与扫描电镜结果很好地吻合，因此，利用三维景深和扫描电子显微镜均可很好地评价砂粒式沥青混合料的微观形貌，特别是微区失效特性。     

级配对泡沫沥青冷再生混合料水稳定性的影响

为优化泡沫沥青就地冷再生混合料级配,研究了水泥、机制砂和19～26.5 mm粗集料对冷再生混合料水稳定性的影响。结果表明:随着水泥用量增加,冷再生混合料水稳定性能逐渐增加;随机制砂掺量增加,冷再生混合料水稳定性能先增大后减小;随19～26.5 mm粗集料用量增加,冷再生混合料高温稳定性能,先增加后减小,当19～26.5 mm粗集料掺量为10%～20%时,与不掺新集料相比,残留稳定度、冻融劈裂强度均有所提高;基于水稳定性进行级配优化时,应优选考虑掺加1.5%水泥和10%～20%的19～26.5 mm粗集料,其次可以根据再生需要选择机制砂掺量。     

增塑剂/T LA复合改性沥青的制备工艺研究

为了同时改善沥青的高低温性能,将能够增加材料柔韧性的增塑剂DOM和高温稳定性好、抗老化能力强的TLA沥青加入基质沥青中进行复合改性.通过正交试验,采用极差分析和方差分析法研究增塑剂掺量、TLA掺量、剪切温度对沥青3大指标性能的影响变化规律.结果表明:增塑剂使沥青的针入度和延度增大,TLA主要改善沥青的高温性能;为了兼顾沥青的高低温性能,综合考虑确定增塑剂/TLA复合改性沥青的制备工艺,即增塑剂掺量为3％、TLA掺量为40％、剪切温度为170℃.     

沥青混合料抗冻性、水稳定性影响因素试验研究

为提高沥青混合料的抗冻性和水稳定性,对掺入不同抗剥落剂的沥青混合料分别进行了抗冻性、水稳定性试验,得到粗集料的视密度和吸水率对沥青混合料的抗冻性和水稳定性影响不大;石灰岩石屑做细集料的沥青混合料,抗冻性和水稳定性较好;碱性石料可提高沥青混合料的抗冻性和水稳定性;单掺水泥或单掺抗剥落剂能够显著提高抗冻性和水稳定性。     

含泥量对沥青与粗集料黏附性的影响

为了研究泥土对集料与沥青之间黏附性的影响,选取了3种不同岩性的碎石和2种不同塑性指数的泥土,在室内进行水煮沥青与粗集料的黏附性试验。试验结果表明,碎石表面的含泥量大小与泥土的塑性指数对沥青与集料的黏附能力影响显著,且煮沸时间长短影响黏附性分级,而抗剥落剂的长期有效性也值得进一步研究。     

掺玄武岩集料沥青混合料施工性能影响研究

为改善沥青路面材料在道路长期使用过程中的使用性能,本文选用玄武岩集料代替部分石灰岩集料,探究40%掺量玄武岩集料沥青混合料对改善路面抗滑性能和水稳定性的影响。结果表明,当采用AC-16型级配设计、最佳油石比为4.6%时;沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比均大于90%以上,摆值和构造深度满足抗滑性能要求,具有较好的水稳定性和抗滑性能。最后对施工工艺进行研究,有效提高公路施工效率和质量。     

DCLR掺量和粉胶比对沥青胶浆性能的影响分析

为了分析煤直接液化残渣(Direct Coal Liquefaction Residue,DCLR)掺量和粉胶比对沥青胶浆性能的影响,进而确定合理的DCLR掺量和粉胶比,对沥青胶浆进行了"二因素四水平"正交设计。利用DSR(Dynamic Shear Rheometer)和BBR(Bending Beam Rheometer)试验,分析了DCLR掺量和粉胶比对沥青胶浆的G*/sinδ(车辙因子)、G*·sinδ(疲劳因子)、m-值(蠕变速率)以及S(蠕变劲度模量)的影响规律。研究结果表明:DCLR掺量和粉胶比对沥青胶浆高温、低温及疲劳性能均有显著影响,且随DCLR掺量增加和粉胶比提高,沥青胶浆的高温性能在不断提高,疲劳性能和低温性能在逐渐下降。同时,发现DCLR掺量对沥青胶浆性能的影响程度远远高于粉胶比对沥青胶浆性能的影响程度,综合沥青胶浆性能变化,当DCLR掺量小于10%、粉胶比低于1.0时,沥青胶浆的性能最为优越。     

不同集料与橡胶沥青水稳定性能综合研究

采用水煮法、水浸法和AASHTO T182法对不同集料与橡胶沥青的黏附性进行评价,并通过浸水马歇尔、冻融劈裂、AASHTO T283以及法国多列士方法评估橡胶沥青混合料的水稳定性能。试验结果表明:采用水浸法测定评价橡胶沥青与集料黏附性的区分度高;橡胶沥青与片麻岩和花岗岩的黏附性等级偏低,不宜同时应用于高速公路或一级公路上面层;T283和法国多列士试验方法变异性小,且更能够模拟工程实际情况,对水损害性能的评价更具有工程意义;对同一种集料,橡胶沥青混合料水稳定性能整体上高于SBS改性沥青混合料,适合应用于多雨地区。     

钢渣超薄磨耗层SAC-10的性能及应用研究

为了改变钢渣利用现状并满足道路建设实际需要，在超薄磨耗层SAC-10沥青混合料中用钢渣部分替代天然集料，对不同钢渣掺量下SAC-10沥青混合料的配合比进行了设计并对其路用性能进行了研究。室内试验结果表明：SAC-10沥青混合料的动稳定度随着钢渣掺量增加呈先增大后降低趋势，并在钢渣掺量为60%时达到最大值，高温稳定性能得到了巨大的提升；钢渣掺量为60%时，钢渣SAC-10沥青混合料的水稳定、低温抗裂、抗滑及抗膨胀性能良好，均满足规范要求。工程应用表明超薄磨耗层SAC-10在掺入60%钢渣后，抗滑性能、渗水性能及长期路用性能优异；掺入60%钢渣后，超薄磨耗层SAC-10的综合单价增加了81元/m³，但长远来看可以有效降低养护维修费用，长期经济效益高，值得推广。     

沥青混合料抗车辙剂最佳掺量研究

为了确定沥青混合料抗车辙剂的掺量,室内成型0.2%~0.8%不同掺量抗车辙剂的沥青混合料试件,并与未掺加抗车辙剂的沥青混合料对比高温性能、低温性能和水稳定性,试验结果表明:以路用性能为评价指标,沥青混合料抗车辙剂的最佳掺量为0.4%;在最佳掺量下,掺入抗车辙剂的沥青混合料的稳定度提高40%,动稳定度提高110%,弯拉强度提高30%,弯拉应变提高15%,水稳定性提高了6%,劈裂强度提高了27%。