高模量改性沥青低温性能多指标评价研究

为准确评价高模量改性沥青的低温性能，选取了有代表性的3种高模量剂以不同掺量进行高模量改性沥青的制备，通过傅里叶红外光谱试验研究了高模量剂对沥青的改性机理，并在-12℃下开展了样品压力老化下的BBR试验，得到各高模量改性沥青的劲度模量S、蠕变速率m等低温参数。利用Burgers模型分别对3种高模量改性沥青蠕变柔量曲线进行拟合，通过劲度模量S、蠕变速率m以及Burgers模型参数构建了低温评价指标，即k指标、黏性流动参数η₁和综合柔量参数J_C,并分别与混合料的最大弯拉应变进行相关性分析。结果表明：k指标、η₁和J_C相对S和m值，综合考虑了沥青的应力松弛能力和变形能力，且与混合料的最大弯拉应变具有显著相关性，能够更加科学准确地对高模量改性沥青的低温性能进行评价。不同高模量改性沥青所表现的低温性能也不尽相同，进行多指标评价研究，能在一定程度上为工程应用提供理论参考。     

SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

城市道路生态型薄层层间黏结设计与研究

随着城市交通道路的发展，预防性养护得到很大的重视，其中薄层是一种高效且具有性价比的方式。针对当前热拌薄层污染严重，且施工性能较差等问题，基于冷拌冷铺技术的生态型薄层的方式开始进入研究者的视野。由于沥青未经过高温，生态薄层的黏结性能是重点。为改善生态型薄层罩面层间黏结性能，进一步提高薄层罩面的养护寿命，对3种不同的层间黏结材料进行研究试验，具体包括70号基质沥青、SBS改性沥青和水性环氧乳化沥青。试验方法采用MTS拉拔试验，通过3种不同黏结材料不同洒布量下的拉拔力、黏结强度，评价其作为层间材料的黏结性能。试验结果表明，除了0.6 kg/m²及以下洒布量的基质沥青之外，其他方案均能够满足较为苛刻的黏结强度值不小于1 MPa的要求，整体黏结性能较好的材料为水性环氧乳化沥青，洒布用量取0.6kg/m²和0.8 kg/m²时，水性环氧乳化沥青黏层材料和SBS改性沥青黏层材料的层间拉拔强度可达最佳又能保证性价比优秀。     

DCLR改性沥青的流变力学性质

为研究煤直接液化残渣（DCLR）改性沥青的流变力学性质并评价其改性效果,采用动态剪切流变仪对90^#基质沥青（改性前）和DCLR改性沥青（改性后）进行温度频率扫描试验、多重应力蠕变恢复（MSCR）试验和不同应力水平下的时间扫描试验,分别评价其强度、抵抗永久变形的能力和抵抗疲劳开裂的能力。结果表明：DCLR改性沥青在低频范围（10^-3～10³ rad·s^-1）内的动态剪切模量大于90^#基质沥青,在高频范围（10³～10⁶ rad·s^-1）内的动态剪切模量略小于90^#基质沥青,整体上DCLR改性沥青的强度高于90^#基质沥青,且在同一频率范围内其动态剪切模量变化幅度变小,说明改性后其温度敏感性降低;通过对比DCLR改性沥青和90^#基质沥青在不同温度下的未恢复蠕变柔量和恢复率,发现同一温度下DCLR改性沥青的未恢复蠕变柔量均低于90^#基质沥青,恢复率均高于90^#基质沥青,说明DCLR改性沥青抵抗永久变形的能力和变形恢复的能力相较于90^#基质沥青有显著提高;通过对比分析这2种沥青在不同应力水平下的疲劳寿命,发现DCLR改性沥青的疲劳寿命显著高于90^#基质沥青,证明其抵抗疲劳开裂的能力相较于90^#基质沥青更好,这2种沥青的疲劳寿命随应力水平的变化规律均能采用幂函数进行拟合,且拟合效果良好。     

高模量沥青结合料流变特性

为提高沥青路面的耐久性,丰富长寿命路面结构组合方案,急需对沥青结合料高模量技术开展深入研究。研究围绕2种高模量技术手段,采用常见的高模量剂HM-A制备改性沥青以及20号硬质沥青,分别采用差示扫描量热（DSC）试验研究2种结合料的物质组成特性,采用动态剪切流变（DSR）试验和多应力蠕变恢复（MSCR）试验分析热氧老化前后沥青流变性能及高温流变性能,开展了黏弹物理模型参数分析,最后运用汉堡车辙试验、动态模量试验进行比较。研究结果表明：硬质沥青老化前后温度敏感性低于高模量改性沥青;老化沥青的相位角δ较老化前下降,车辙因子G^*/sinδ较老化前升高;同温度下,随着应力增大不可恢复蠕变柔量J_nr增大、蠕变恢复率R减少,在相同应力下随着温度增大J_nr增大、R减小;Burgers模型说明温度对沥青结合料的黏弹性影响显著,HM-A对基质沥青高温性能提升明显,最佳掺量为8%。其中,高模量剂与基质沥青标号匹配方可发挥出高模量沥青的优势。     

长寿命沥青混合料在上海长江隧桥铺面工程中的应用

长寿命沥青铺装对于保证交通畅通、节省养护资金以及提高全寿命周期的总效益都具有重要的现实意义。以长江隧桥工程为背景,采用SBS+湖沥青复合改性SMA沥青混合料、温拌SMA沥青混合料和阻燃SMA沥青混合料为长寿命铺装材料,分别进行性能研究,结果表明:各项指标均能达到相关标准的技术要求,对长江隧桥铺面的设计和施工起到了指导作用。     

薄层罩面层间黏结材料性能评价

随着道路交通事业的发展,对一些表面功能衰减的道路进行养护成为一种趋势。薄层罩面即是一种合理有效的养护方案。为改善薄层罩面层间黏结性能,进一步提高薄层罩面的养护寿命,对四种不同的层间黏结材料进行研究试验。具体包括SBS改性沥青,ESSO70#基质沥青,橡胶沥青,TB改性沥青。试验方法采用自主提出的材料黏结强度简易检测方法,即杠杆拉拔法。通过四种不同黏结材料不同洒布量下的拉拔力,黏结强度,评价其作为层间材料的黏结性能。试验结果表明,4种材料均能满足较为苛刻的黏结强度要求值不小于0.48 MPa。其中黏结性能较好的材料为SBS改性沥青,最佳推荐洒布用量为0.6 kg/m2。     

干法废轮胎热解炭黑改性沥青混合料室内制备工艺参数及其路用性能检测评价

为探讨干法制备废轮胎热解炭黑改性沥青混合料的工艺参数，以《沥青混合料改性添加剂第7部分：废旧轮胎热解炭黑》（JT/T 860.7-2017）推荐的湿法制备的废轮胎热解炭黑改性沥青混合料体积参数空隙率为优化目标，设定热解炭黑掺量、干拌时间、湿拌时间、矿料加热温度、混合料拌和温度和沥青加热温度等6个因素，各因素设定3个水平，进行了L₂₇（3⁶）正交试验，得出干法废轮胎热解炭黑改性沥青混合料最佳制备工艺参数。按照最佳工艺参数制备废轮胎热解炭黑改性沥青混合料，并对混合料进行了路用性能试验。研究结果表明：干法热解炭黑改性沥青混合料室内拌和的最佳参数为热解炭黑掺量10%、干拌时间15 s、湿拌时间90 s、沥青加热温度155℃、矿料加热温度190℃、混合料拌和温度170℃。干法废轮胎热解炭黑改性沥青混合料的动稳定度值比70号A级沥青混合料提高了83%;其他路用性能指标均满足规范技术要求。研究干法制备工艺参数对废轮胎热解炭黑改性沥青混合料应用提供了一种新工艺。     

基于DIC技术的老化作用下温拌胶粉改性沥青胶浆低温抗裂性能研究

沥青胶浆对沥青混合料性能具有重要影响。为研究热氧老化作用对温拌胶粉改性沥青胶浆（WCRM）低温抗裂性能的影响，以热拌胶粉改性沥青胶浆（HCRM）作为对比试件，采用数字图像相关（DIC）技术对单边切口弯曲梁试验（SENB）中2种试件的开裂全过程进行图像采集，利用Vic-3D软件计算加载过程中试件的水平应变，从宏细观相结合的角度定量分析沥青胶浆的抗裂性能。对比分析沥青胶浆的荷载-位移（L-D）曲线和水平应变-时间（E_xx-t）曲线，通过在细观尺度下胶粉改性沥青胶浆裂纹萌生和发展的规律来解释沥青胶浆宏观力学行为。通过弯曲梁流变试验（BBR）分析老化前后WCRM和HCRM的低温流变性能，并对沥青胶浆低温性能评价指标进行相关性分析。结果表明：随热氧老化程度的加深，HCRM和WCRM的水平应变密度D_E值（细观层面）和临界断裂韧度J_IC值（宏观层面）均减小，证明热氧老化会降低2种胶粉改性沥青胶浆的抗裂性能；相同条件下，WCRM的D_E值和J_IC值均大于HCRM，即与HCRM相比，WCRM具有更好的抗开裂和抗老化性能；在沥青胶浆开裂过程中，微裂纹形成时的荷载、峰值荷载及最大水平应变对应荷载并非同一荷载值；老化后，2种胶粉改性沥青胶浆的低温流变性能降低，同一条件下，WCRM具有更加优异的低温流变性能；沥青胶浆低温流变参数（S/m）与宏细观开裂指标（J_IC，D_E）均具有较好的相关性，即将DIC技术应用到SENB试验来分析老化作用及温拌剂对胶粉改性沥青胶浆宏细观开裂特性的影响具有较好的可靠性。     

大掺量矿渣微粉的碱激发机理研究

为了揭示大掺量矿渣碱激发机理,该文立足于三因素三水平正交设计同时结合宏微观性能测试和微结构分析,通过探究Ca(OH)₂、Na₂SiO₃、Na2_SO₄、CaSO₄以单掺、双掺形式得到不同类型的激发剂对混凝土初、终凝、孔溶液pH值、强度的影响,可得如下结论：(1)对复合胶凝材料硬化浆体强度影响程度为：激发剂类型>掺量>双掺比例;(2)双掺最佳掺量4%,最佳组合为Ca(OH)₂和Na₂SiO₃,最佳比例为5∶1;(3)激发剂作用下复合胶凝材料的初、终凝时间均缩短,孔溶液pH值均大于空白组,宏微观结果表明：龄期28 d时激发剂类型为Ca(OH)₂和Na2_SiO₃、掺量为4%、双掺比例为5∶1时硬化浆体的水化结晶相紧密程度最高。     

聚氨酯改性沥青混合料路用性能研究

为了增强沥青混合料的路用性能,采用聚氨酯预聚体改性剂,通过高速搅拌制备聚氨酯改性沥青。60℃下,通过荧光显微镜观察不同养护时间时聚氨酯改性剂在沥青中的分布形态。研究结果表明,随着养护时间的延长,体系中的聚氨酯改性剂逐渐交联固化形成三维网络状结构,游离的异氰酸酯基团能够与沥青体系中的活泼性氢组分及空气中水汽发生化学反应。简单的物理共混改性到化学改性的转变使改性沥青及其改性沥青混合料性能增强。采用AC-13型级配,通过配合比设计,确定聚氨酯改性沥青混合料最佳油石比为5. 8%;通过研究不同养护温度、不同养护时间对聚氨酯改性沥青混合料马歇尔稳定度的影响,综合马歇尔稳定度趋于峰值对应的养护时间,结合聚氨酯材料自身特性,确定以60℃,30 d为混合料的最佳养护条件。在最佳养护条件下,对聚氨酯改性沥青混合料的性能进行了全面的评价。试验表明,聚氨酯改性沥青混合料高低温性能同时提升,高温性能尤其突出,车辙动稳定度高达15 000次/mm,15℃静态模量达3 427 MPa,高温动态模量远高于常规改性沥青混合料,具有良好的技术研究和推广应用价值。     

道路沥青材料VOCs的指纹组分及其定量分析

深入开展沥青材料环境影响规律研究，是加快推进交通运输污染防治和绿色交通发展的重要手段之一。针对热拌沥青材料在使用过程中挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）释放量小、组分复杂且材料来源和环境因素依赖性强等难以定量表征的科学问题，开展包括不同沥青材料间VOCs公共组分、特有组分和超微量组分的VOCs全组分的特征研究。综合共计80种沥青材料的VOCs组分特征，提出并定义沥青材料VOCs的指纹组分。基于指纹组分的释放量-色谱峰面积的绘制，分别构建沥青材料VOCs中单一组分释放量和VOCs释放总量的计算方程。研究结果表明：不同沥青材料的VOCs释放差异显著，其组分信息和对应释放量均存在很强的原材料来源依赖性；沥青VOCs的指纹组分具有色谱峰面积大、组分纯、毒性强等特点，包括2-甲基戊烷、正己烷、3-甲基己烷、庚烷、2-甲基庚烷、丙酮、甲基丙烯醛、正丁醛、异戊醛、苯、甲苯和二硫化碳这12种物质；该系列指纹组分能够用于沥青材料VOCs的单一组分释放量和总释放量的快速准确分析；70A沥青、70B沥青、90A沥青、90B沥青和SBS改性沥青在160℃加热条件下的VOCs释放总量分别为4.42，3.32，2.52，2.29，1.88 μg·g^-1，其中指纹组分的总释放量分别为3.00，2.33，2.01，1.75，1.44 μg·g^-1；70号沥青中释放量最多的物质包括正己烷、2-甲基戊烷和庚烷，其释放量均大于0.40 μg·g^-1；90号沥青和SBS改性沥青中，释放最多的物质为正丁醛，其中90A沥青中正丁醛的释放量高达0.76 μg·g^-1。     

煤制油渣对沥青高温-疲劳流变性能的影响研究

采用多重应力蠕变恢复(MSCR)试验、频率扫描(FS)试验、线性振幅扫描(LAS)试验研究煤制油渣对沥青高温性能与疲劳性能的影响。试验结果表明:煤制油渣可以有效降低沥青的不可恢复柔量J_nr,显著提高沥青的高温抗车辙能力及交通适用等级,且当煤制油渣掺量较低时,对沥青高温性能的改善效果较为明显;煤制油渣对沥青恢复率R的改善程度甚微,整体处于较低水平,蠕变类型仍以粘性流动为主;沥青的复数剪切模量G^*与相位角δ的主曲线分别随着煤制油渣掺量的增加而呈现出逐渐增加与减小趋势,由此表明煤制油渣有助于提高沥青的高温抗变形能力;LAS试验结果显示煤制油渣改性沥青出现局部应力突变现象,随着掺量的增加,最大应力值增幅明显,而破坏应变则逐渐减小;针对厚层沥青路面(预估应变水平γmax=2.5%),煤制油渣改性沥青的疲劳寿命N_f随着掺量的增加而增加,但当掺量达到10%后,N_f的增速则变缓;针对薄层沥青路面(预估应变水平γmax=5%),10%掺量的煤制油渣改性沥青具有最优的疲劳性能。根据各项评价指标的试验结果,得出煤制油渣的最佳掺量为10%。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标，基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）；然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能，获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率；最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系，并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE，DPSE_c，DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系，DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加，而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小，其原因是随着温度的升高，沥青塑性变形发展变快，而开裂则减缓；SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9，70.1，91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0，47.0，45.8 kJ·mol^-1），这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青；此外，SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此，可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

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。     

软硬沥青复配温拌技术的费用效益分析

基于浙江省S208省道杭昱线昌化段软硬沥青复配温拌技术试验路工程,分析了软硬沥青复配温拌混合料和热拌沥青混合料所铺筑的沥青面层的建设费用、施工过程中的节能减排指标、路用性能和使用寿命,并提出用寿命/费用比指标来综合评价混合料的费用效益。研究表明:与热拌沥青混合料相比,软硬沥青复配混合料的初期建设费用较高,但其寿命/费用提高了54%,同时具有较好的路用性能,节能减排效果显著,因此有着广阔的推广应用前景。     

沥青自愈合性能评价指标修正及应用

通过对比和分析现有沥青自愈合指标的不足，以模量下降速率重新定义自愈合指标，该指标值越小说明沥青材料的自愈合性能越优。采用动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer，DSR）对7种沥青进行不同间歇时间和不同损伤度下间歇加载式的自愈合试验，以毛细扩散理论下的自愈合行为方程对自愈合指标进行线性拟合，获得代表沥青瞬时自愈合和后期自愈合的参数，用以研究沥青的自愈合性能。结果表明：沥青的自愈合指标随着间歇时间的增大而减小，但其变小的速率趋于缓慢；7种沥青在不同损伤度下的自愈合指标值与间歇时间的0.25次方存在较好的线性正相关，判定系数R²均在0.85以上，无论是基质沥青还是改性沥青，新指标都具有较好的适用性；SBS改性沥青的瞬时自愈合优于基质沥青，随着添加到SBS沥青中改性剂掺量的增大，改性沥青的瞬时自愈合表现出先弱后强的趋势，而这7种沥青的后期自愈合性能与其瞬时自愈合性能正好相反，代表瞬时自愈合和后期自愈合的参数具有较好的负相关，说明瞬时自愈合性能优的沥青其后期自愈合性能较差。     

再生剂对SBS改性沥青宏观性能与微观结构的影响

通过制备SBS改性剂掺量为0～5.0%的改性沥青并测试针入度、软化点、5℃延度、弹性恢复以及旋转黏度，研究了改性沥青宏观指标与SBS改性剂掺量间的联系。改性沥青再生试验表明：含SBS改性剂成分的B再生剂比普通A再生剂对老化改性沥青再生效果更好，抗老化能力也更为优异。采用红外光谱测试以及荧光显微镜成像对改性沥青中SBS改性剂含量进行定量以及定性的测定，并与改性沥青宏观指标相对应。改性沥青老化后其SBS改性剂含量降低，仅使用再生剂对其进行再生并不能恢复SBS改性剂含量，A/B新旧混合沥青中SBS改性剂含量进一步提升，可以达到3.05%的较高含量。采用动态剪切流变(DSR)试验研究改性沥青的高温抗车辙能力，老化后回收沥青的高温稳定性增强，掺入再生剂会降低其高温抗车辙能力，再生沥青、新旧混合沥青与新改性沥青的高温特性相似。     

钢桥面GA＋SMA铺装结构材料性能优化

对底面层浇筑式沥青混凝土（GA）加上面层改性沥青SMA这一钢桥面典型铺装结构进行沥青混凝土材料性能优化,研制出一种用于钢桥面SMA铺装的胶结料—高弹沥青,开发出一种可以有效降低GA施工温度的专用聚合物改性沥青。对高弹改性SMA以及聚合物改性沥青GA进行了试验验证,结果表明：高弹改性沥青SMA10的-10℃低温弯曲破坏应变达到11 596.8με,比SBS改性沥青SMA10高约50%,疲劳寿命比普通沥青混合料高约20倍;聚合物改性沥青GA10相比岩沥青改性沥青等GA常用胶结料,在油石比降低5个百分点并保证良好的施工和易性基础上降低拌和温度40℃,且60℃静态贯入度、动态贯入度与岩沥青改性沥青GA10、湖沥青改性沥青GA10相差不大。     

基于全寿命周期理论的经济型SMA综合效益分析

在详细阐述影响经济型SMA全寿命周期成本的主要因素(设计年限、环境因素、交通荷载、材料因素和社会成本等)的基础上,对比分析了经济型SMA沥青路面、普通AC沥青路面、传统SMA沥青路面在原材料价格、运营养护成本和全寿命周期内的经济效益间的差异。分析表明,在投资数额相同的情况下,经济型SMA沥青路面的使用年限是普通AC路面使用年限的1.43倍,其初期造价较传统SMA降低50%左右,综合效益显著。