纳米SiO2在乳化沥青中的不同形态及对乳液存储稳定性的影响

乳化沥青存储性能不足一直是影响其应用的较大问题,中国已有将纳米SiO₂粒子作为添加剂来改善乳化沥青稳定性的研究,但其效果不明显。该文基于Pickering乳液原理将表面改性后的纳米SiO₂作为乳化剂直接乳化基质沥青,探究是否比纳米SiO₂作为改性添加剂对乳化沥青的稳定性改善效果更佳。首先分别制备了普通改性乳化沥青A、纳米SiO₂做改性添加剂的乳化沥青B和基于新型纳米SiO₂Pickering乳液乳化的乳化沥青C共3种乳化沥青,然后通过光学显微镜与SEM,探究纳米SiO₂粒子分别作为乳化剂和改性剂时乳化沥青表面结构的微观形貌差异,分析3种乳化沥青中乳液颗粒的不同形态;最后通过室内乳化沥青试验和乳液颗粒粒径分析,进一步论证纳米SiO₂分别作为乳化剂与改性剂对于乳化沥青存储稳定性的差异及差异机理。微观与宏观试验均表明纳米SiO₂作为乳化剂比作改性剂能使乳化沥青具备更好的稳定性。该文的研究说明纳米SiO₂     

热反射涂层及其对沥青路面高温性能的影响

为了降低夏季沥青路面温度并增强路面抗车辙性能,以硅藻土和钛白粉为颜填料,研究了颜填料中硅藻土和钛白粉的比例、颜基比对热反射涂层沥青路面降温效果的影响,开发了路用热反射涂层,并分析了热反射涂层对沥青路面高温性能的影响。结果表明:硅藻土与钛白粉的比列为1∶2、颜基比为5∶5时,涂层降温效果最佳,沥青路表降温可达11.2℃;沥青路面降温性能随热反射涂层用量呈抛物线变化规律,当涂层用量为0.6kg·m-2时降温效果最好;热反射涂层路面的抗车辙性能与不涂热反射涂层的路面相比至少可提高1.39倍,且随着气温升高,热反射涂层对沥青路面高温抗车辙性能的提高效果越显著。     

再生粗骨料纳米强化处理对混凝土变形性能影响研究

文中采用纳米强化技术对再生骨料预处理,研究纳米强化技术(水玻璃、纳米CaCO₃和纳米SiO₂)对再生混凝土变形性能(干燥收缩、自收缩和徐变)影响;并利用压汞法分析混凝土孔隙结构。结果表明,纳米SiO₂改善再生骨料混凝土变形性能效果最佳,纳米CaCO₃次之,水玻璃效果最差。纳米强化处理可降低再生混凝土孔隙率,优化混凝土孔隙结构。     

热反射涂层抗滑技术研究

为降低沥青路面温度、缓解城市热岛效应、提高热反射涂层路面抗滑能力，研究了抗滑颗粒及其最佳掺量、工艺等对热反射涂层路面抗滑性能与阻热性能影响，提出了热反射涂层抗滑技术。结果表明:0.60~1.18 mm机制砂作为抗滑颗粒，可以提高涂层路面抗滑性能且不影响涂层路面阻热效果；抗滑颗粒最佳掺量为涂层质量的40%，与不掺抗滑颗粒相比，抗滑性能至少可提高1.6倍；撒布工艺对抗滑性能提高最明显，预拌工艺可提高涂层的抗滑耐久性；抗滑热反射涂层具有良好的黏附性能，拉拔强度可达0.76 MPa。     

SBS改性沥青老化过程性能预测方程研究

建立SBS改性沥青在老化过程中性能衰变的非线性预测方程，通过薄膜烘箱试验验证了预测方程的可靠性，基于预测方程分析了SBS改性沥青老化过程中性能指标的变化速率。研究结果表明，非线性方程x(t)=(Lx₀)/[1+(L-1)e^-rt]可用以预测针入度、软化点、延度在SBS改性沥青老化过程中的变化规律；沥青针入度、软化点、延度的变化速率随老化时间的延长而逐渐下降，其中延度指标在老化初期的变化速率下降最快；可通过建立宏观性能指标与红外光谱a₁₇₀₀/a₁₆₀₀的关系方程，进行SBS改性沥青老化程度的预测评估。     

N2红黏土水稳性机理试验研究

以某铁路隧道穿越N₂红黏土地层为依托，分析N₂红黏土的基本物理特征；通过压缩变形、剪切强度等试验手段，研究其水稳性特征，揭示浸水前后变形、强度特性的变化规律；采用粒度分析、X-RAY衍射分析、扫描电镜等方法，对其遇水变异机理进行了分析。结果表明:水是导致N₂红黏土物理力学性质发生变化的最主要因素，其水稳机理主要体现为物理弱化和化学弱化两个方面。     

浅埋大断面公路隧道渐进破坏规律与安全控制

围绕浅埋大断面公路隧道渐近破坏过程与机制，以大永高速公路甸头隧道下穿大西二级公路工程为背景，开展了室内相似模型试验与现场监测分析。针对不同围岩级别条件（Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂），分析了隧道毛洞开挖过程中围岩应力和位移变化规律，提出了基于变形差率的隧道施工安全控制指标，隧道施工现场监测验证了该指标的科学性，保障了隧道施工安全。研究结果表明：①隧道的破坏首先发生在拱顶位置，随着隧道的不同分部的开挖，破坏区向拱肩和地表扩展；围岩级别为Ⅳ₃时，隧道开挖后围岩形成一定厚度的塌落拱，塌落拱高度约为0.67M（M为隧道最大跨度）；围岩级别为Ⅴ₁和Ⅴ₂时，隧道开挖将引起围岩坍塌，形成塌方等较严重事故。②隧道开挖过程中，在开挖卸荷作用下，隧道产生不同程度的收敛与沉降，Ⅳ₃比Ⅴ₁，Ⅴ₁比Ⅴ₂，Ⅳ₃比Ⅴ₂最大地表变形分别减少了63.0%、20.0%和70.4%；隧道开挖应力变化方面，Ⅴ₁比Ⅳ₃，Ⅴ₂比Ⅴ₁，Ⅴ₂比Ⅳ₃最大应力变化量分别减少了43.5%、23.0%和56.5%，且Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂围岩级别下隧道开挖过程应力和变形影响范围逐个增大。③采用模型试验手段，通过计算典型测点沉降差与测点距离的比值——变形差率，分别探讨Ⅴ₂，Ⅴ₁和Ⅳ₃围岩级别的浅埋隧道施工安全控制标准。隧道施工现场监测结果表明，对于Ⅴ₁级围岩浅埋隧道，当隧道地表横向和纵向变形差率均小于10 mm·m^-1，可防止公路地表裂缝的产生。研究成果对于浅埋大断面公路隧道施工与安全控制具有重要意义。     

重冰冻区低温-荷载耦合作用下玄武岩纤维沥青路面的抗裂性能

针对内蒙古重冰冻区沥青路面所处的严寒工作环境及路面病害,提出基于抗裂性能的路面结构控制指标。利用Ansys有限元软件建立新建玄武岩纤维沥青路面结构的计算模型和出现裂缝后的路面计算模型,通过室内试验确定玄武岩纤维沥青路面力学参数、热物性参数与其他参数,分别对其低温-荷载耦合作用下的抗裂性能指标进行计算分析,并对玄武岩纤维沥青混合料疲劳寿命进行测试,验证有限元模拟结果的正确性。研究表明:低温-荷载耦合作用下,易裂点位处新建玄武岩纤维沥青路面各项抗裂指标均有所提升;不同荷载位置对含裂缝玄武岩纤维沥青路面不同裂缝扩展时期的影响具有差异化;含裂缝玄武岩纤维沥青路面在低温-正载K_Ⅰ、低温-偏载K_Ⅰ和低温-偏载K_Ⅱ作用下易裂系数指标K_R都较小;在不同温度和应力水平下,玄武岩纤维沥青混合料疲劳寿命始终显著高于普通沥青混合料。     

基于半圆弯曲试验的在役沥青路面抗裂性能评价方法研究

针对在役沥青路面抗裂性能评价难题，采用半圆弯曲试验方法及临界应变能指标评价其抗裂性能，基于江苏省典型高速公路现场芯样开展了35组上面层半圆弯曲试验，并通过20%和80%分位临界应变能结果提出了在役沥青路面抗裂性能三级评价标准，不同等级临界应变能分级标准分别为0.3 kJ/m²和0.7 kJ/m²。     

沥青路面降温涂层材料优化设计及其性能研究

为提高沥青路面热反射涂层降温效果及抗滑性能,该文通过对热反射涂层的降温机理研究优选了路用降温原材料,制备了一种路用降温涂层。开发了用于评价路用涂层降温性能的室内模拟太阳热辐射测试系统,通过对干燥时间、抗滑性能、黏附性能以及室内降温性能试验,确定了新型路用降温涂层的最佳配比以及涂抹量。结果表明:该涂层的黏附强度在涂刷量为0.4～0.8 kg/m~2时较高;抗滑性能随着TiO_2体积浓度的增加而降低,随着漂珠掺量的增大而增大,且漂珠掺量为20%左右时涂料抗磨损性能最优;通过室内热辐射模拟试验,试件上表面最大降温可达7.93℃。在试件底部降温可达7.43℃。该文所制备的路用降温涂层可以有效反射太阳辐射,有利于缓解城市"热岛效应"。     

集料化学成分特性对沥青-集料界面粘结作用的影响研究

为研究集料化学成分特性对沥青-集料界面粘结作用的影响，分别采用5种氧化物粉末(MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、SiO₂)与克拉玛依70^#沥青混合并制备成沥青胶浆，利用动态剪切流变仪(DSR)测试沥青胶浆的相位角，并以K.Ziegel-B参数表征沥青-集料界面粘结作用。试验结果为：1) 45℃时，5种氧化物与沥青的K.Ziegel-B比值为15.0∶6.9∶5.7∶4.6∶1;2) 55℃时，K.Ziegel-B比值为9.1∶9.5∶6.5∶3.9∶1;3) 65℃时，K.Ziegel-B比值为5.3∶6.0∶3.3∶1.2∶1。研究结果表明：1)温度和荷载频率越高，沥青-集料界面粘结作用越弱；2)在同一温度或同一荷载频率作用下，MgO和Fe₂O₃是影响沥青-集料界面粘结作用最重要的2种氧化物；3)(MgO+Fe₂O₃)含量可作为路用集料优选的重要指标之一。     

考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料，其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性，采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics， MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析，模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用，并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性，并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强，但CaCO₃晶面各向异性明显，性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供，由于矿物界面静电作用及浸润特征，交互区水分子聚集，氢键作用明显，同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子，有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长，增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中，地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用，第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制，为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。     

基于IE-UMT模型的机制砂质量分级优选评价

为研究机制砂代替天然砂作为混凝土用细骨料，实现天然河湖海资源生态保护，对其进行质量分级优选评价。从生态保护和行业发展视角出发，参考现行规范及文献，选择反映机制砂主要物理性能的8个关键指标建立评价体系并将其划分为4个质量等级。因机制砂指标反映出未确知性和模糊性，所以结合模糊数学的思想引入未确知测度理论(Uncertainty measurement theory, UMT),同时选择计算较为简便的直线型测度函数计算评价矩阵；此外，为避免人为主观因素的干预造成评价结果偏差，采用信息熵(Information entropy, IE)对指标进行客观赋权，建立基于信息熵-未确知测度理论(IE-UMT)的机制砂评价模型。采用浙江地区的4种细骨料样本进行模型验证，结果表明：G₁、G₂属于Ⅰ类砂，G₃属于Ⅲ类砂，G₄属于Ⅱ类砂，并优选确定出G₂性能最优。通过与现行规范对比分析讨论，表明该模型避免了因规范指标分级不完善或个别指标数据偏颇导致的机制砂降级或不合格，评价结果较规范更符合工程实际，从...     

纳米碳酸钙改性再生混凝土抗压性能研究

以再生粗骨料取代率、纳米改性为主要影响因素，通过抗压试验及有限元方法分别探究纳米改性再生混凝土的宏观与细观力学性能。研究结果表明：混凝土抗压强度随再生粗骨料取代率增大而降低，纳米CaCO₃可以提高混凝土3 d、7 d、28 d强度，适宜掺量为1%;而通过细观分析得到纳米CaCO₃改性可加强砂浆和粗骨料砂浆界面过渡区，同时有限元计算得到的力学性能与试验结果较为吻合，可为工程应用提供理论依据。     

基于表面能理论的纳米改性沥青愈合性能研究

为了探究不同维度纳米材料对沥青愈合性能的影响，在基质沥青中分别加入纳米碳酸钙（CaCO₃）、多壁碳纳米管（CNTs）和纳米蒙脱土（MMT）,采用DSR的时间扫描模式以“疲劳-愈合”试验对沥青愈合性能进行评价，并分析愈合时间和损伤度对自愈合能力的影响。对各组沥青进行接触角试验，基于表面自由能理论计算表面能相关参数，从热力学角度分析纳米材料对于沥青愈合性能的影响。结果表明：CaCO₃对于损伤度较低的沥青愈合性能有显著的增强作用，MMT在高损伤度且愈合时间长的条件下对愈合能力具有较好的促进作用，CNTs对于沥青愈合性能影响较小。3种纳米材料均可提高沥青的表面能以促进沥青裂缝的界面进行主动愈合。此外，CaCO₃对沥青黏聚功提升效果最好，且沥青与砂岩间具有较好的黏附性。     

复合外加剂对水泥混凝土冬季施工性能的影响研究

为解决冬季水泥混凝土施工和易性降低导致浇筑公路小型构造物困难的问题,通过开发一种复合外加剂以探究其对水泥混凝土性能的影响。将萘磺酸盐甲醛(SNF)、纳米二氧化硅(nanoSiO₂)、松香皂(WSR)和硝酸钠(NaNO₃)通过不同配比、不同掺量配成多种外加剂以制备水泥混凝土,对其流动性、离析和抗压强度进行研究。结果表明：最佳复合外加剂的配比(质量)为：SNF:0.4%;nanoSiO₂:0.1%;WSR:0.05%;NaNO₃:4.0%。最佳复合外加剂配比制备的混凝土流动性、离析和抗压强度均符合要求,可用于公路小型构造物水泥混凝土的浇筑与养护。     

橡胶沥青路面降噪技术原理与研究进展

为了有效降低交通噪声对人类健康的危害，促进橡胶沥青降噪路面的推广应用，对橡胶沥青路面降噪技术原理及研究进展进行了综述。介绍了路面噪声的产生及增强原理，对橡胶沥青路面的隔音与降噪功能及机理进行了重点评述；同时，总结了多种因素对橡胶沥青路面降噪效果的影响，并分析了橡胶沥青路面降噪特性；最后，总结了橡胶沥青降噪技术工程应用的最新研究进展。综合分析表明：橡胶沥青路面降噪的主要原理是由于橡胶粉或橡胶颗粒的阻尼及高弹性，使得路面具有较高的吸收振动和冲击的性能，从而达到较好的减振降噪的效果；而橡胶粉掺量与目数、路表纹理状况、长期服役行为是影响橡胶沥青路面降噪性能的3个关键因素。适当增加橡胶颗粒的掺量，增大橡胶颗粒的粒径，采用开级配橡胶沥青混合料并且保证路面养护能够长效增加橡胶沥青路面的减振降噪性能；在对橡胶沥青路面降噪特征分析方面，多种噪声测试方法的利用为评价噪声声品质提供了可能；而关于橡胶沥青路面降噪技术的工程应用主要集中在3个方面：骨架密实型橡胶沥青混合料路面、大孔隙橡胶沥青混合料路面和新型外加剂的使用。其中骨架密实结构和大孔隙结构的应用较为成熟。研究结果表明：橡胶沥青路面降噪技术的研究正符合当前功能性路面材料在安静路面的需求，将为进一步发展和应用安静路面提供理论和应用支持。     

在建隧道排水系统结晶堵塞试验

为了探究在建公路隧道排水系统结晶堵塞机理，分析隧道排水系统结晶堵塞的发展过程，自主研制了可模拟隧道初支混凝土、地下水渗流过程、隧道排水系统的试验装置系统。通过该系统模拟了富水隧道排水系统渗流结晶过程；通过检测隧道排水管排出溶液的pH值、总碱度、Ca²⁺浓度以及排水管内的结晶量等，研究了速凝剂掺量、地下水水质对生成结晶体的影响。结果表明：结晶体的主要成分为CaCO₃，结晶体中的钙元素主要来源于水泥；地下水的渗流过程会致使混凝土中的Ca²⁺析出，最终流出排水管或以CaCO₃结晶体形式沉积在排水管内；排水管流出溶液的pH值和总碱度变化曲线基本呈现先快速下降，后缓慢下降趋于稳定的趋势，结晶体生成的溶液环境pH值和碱性较高。对于一般水质：4种速凝剂掺量条件下排水管流出溶液pH值变化范围在11.4~12.6之间，初始总碱度最高达12 650 CaCO₃ mg·L^-1，稳定后溶液碱度均大于500 CaCO₃ mg·L^-1；对于碳酸氢钠型水质：4种速凝剂掺量条件下pH变化幅度在9.62~12.25之间；初始总碱度最高达1 252 CaCO₃ mg·L^-1，稳定后溶液总碱度均大于550 CaCO₃ mg·L^-1；0%和6%速凝剂掺量下结晶体生成量明显大于10%和20%掺量，10%掺量下结晶体生成量最小；碳酸氢钠型水质条件下，水泥水化产物Ca （OH）₂会直接和HCO₃^-发生化学反应，生成CaCO₃结晶体，较一般水质结晶体的生成速率更快，生成量更多。     

面向自动驾驶编队的沥青路面结构疲劳寿命预估模型

与传统有人驾驶货车相比，自动驾驶货车编队具有更为紧凑的队列形式与更快的行驶速度，极大提高了道路通行能力与运输效率，但同时也使得车辆荷载作用特点发生了显著变化，从而影响沥青路面的疲劳寿命。针对现行疲劳寿命预估模型在自动驾驶货车编队行驶场景下适用性不足的问题，以编队荷载作用下的沥青路面结构层底应变波形特征为切入点，建立了面向自动驾驶货车编队的柔性基层沥青路面疲劳寿命预估模型。通过分析375种不同编队荷载工况下的沥青层层底应变波形，发现层底最大拉应变随行驶速度、前后车间距、左右车间距的增大而减小，随单列车辆数的减少而减小；针对波形参数的主成分分析结果表明，编队荷载下的应变波形可以用D、β_D-、θ_1sμ、θ_2sμ、ε_n共5个相互独立的特征参数进行表达，且该波形特征参数与编队行驶特性参数之间存在不同程度的相关性；依据等效损伤理论计算标准温度(20℃)下柔性基层沥青路面达到疲劳破坏时的编队荷载作用次数，进而提出了基于应变波形特征的沥青路面结构疲劳寿命预估模型。对比仿真结果与模型计算结果发现自动驾驶货车编队场景下...     

基于WO3阵列的高效PEM电解水铱负载电极

PEM电解水阳极面临高电位强氧化的环境，同时受限于金属铱的高昂价格，开发低成本、高活性与稳定性的析氧电极面临巨大挑战。本文通过操作简单的浸渍法在WO₃阵列表面进行铱负载，得到的Ir@WO₃电极在PEM电解水析氧电极中具有较高的活性与应用化价值。通过优化铱前驱体的浸渍量，当载量为0.15 mg_Ir·cm^-2时，电极呈无序多孔结构，铱在电极表面均匀分布。单电解池测试膜电极2.0 V下性能达到2.3 A·cm^-2，此时铱质量比活性提高至15.5 A·g_Ir^-1，传质极化区域tafel斜率降低至360 m V·dec^-1；相比商业化铱黑喷涂电极，WO₃阵列载体的电极在提高催化剂质量活性与降低电极的传质极化方面具有优势。本研究提供的电极制备方法与性能研究思路对于发展低成本高活性PEM电解水膜电极具有一定的价值。