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。     

全固废地聚物稳定钢渣基层的性能及微观特性分析

为探索钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备道路基层材料的可行性，利用工业固废胶凝潜力，开发地聚物稳定钢渣(GeoSS)基层材料，提出GeoSS混合料设计流程，并研究了不同硅铝质粉料剂量和碱用量对力学强度、干缩性能、碳减排效益、重金属浸出浓度的影响，最后利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM/EDS)分析了GeoSS混合料的地聚合反应和地聚物-钢渣界面特性。结果表明：GeoSS混合料具有优异的抗压强度和劈裂强度，总干缩系数远小于水泥稳定碎石C5,能够满足极重、特重交通的高速公路基层所需的承载能力和路用需求。相较于水泥稳定碎石C5,GeoSS混合料的碳排放当量最高可降低54.21%,具有显著的碳减排效益。地聚物胶凝产物通过物理吸附和化学结合，将固废原材料的重金属离子所封固，浸出液中Pb和其他重金属浓度分别满足Ⅳ级和Ⅲ级地下水标准，对道路周围环境的污染风险较低。粉煤灰和矿渣粉通过碱激发产生了水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)等胶凝产物；同时在地聚物结合料的碱性条件下，钢渣集料表面水化速率加快并产生胶凝化，生成了晶体产物水化石榴石和...     

矿物性质对沥青黏附性影响的分子模拟研究

现有基于分子模拟的沥青-集料黏附性研究通常忽略了矿物表面性质对沥青-集料黏附性的影响。针对这一问题，基于两种不同的表面悬键补偿方式构建了具有不同表面性质的Si O2及Al2O3矿物模型，从矿物表面电荷和矿物表面基团两个角度探究矿物表面性质对沥青-集料黏附性的影响。分子模拟结果表明，矿物表面原子及其电荷决定了沥青与矿物间的静电相互作用，同时影响沥青分子的分布及空间构型。此外，矿物表面羟基化对沥青-矿物模型的总结合能影响较小，但能够显著提高沥青与矿物模型间的范德华相互作用，同时显著降低二者间的静电相互作用。     

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。     

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     

纳米SiO2和PVA纤维协同增强混凝土力学性能

为研究纳米SiO₂和PVA纤维对混凝土力学性能的影响,通过工作性试验和抗压试验,测得了混凝土拌和物的坍落度以及硬化混凝土的抗压强度和弹性模量。结果表明:在一定掺量范围内,纳米SiO₂和PVA纤维的掺入对混凝土的流动性和力学性能均有较大影响;随着纳米SiO₂掺量的增加,混凝土拌和物的坍落度逐渐降低,抗压强度和弹性模量均先增大后减小,在纳米SiO₂掺量为5%时达到最大值;随着PVA纤维体积掺量的增加,掺纳米SiO₂混凝土的坍落度逐渐降低,抗压强度和弹性模量也呈现先增大后减小的趋势,在PVA纤维体积掺量分别为1.5%和1.0%时达到最大值。纳米SiO₂提高了混凝土的抗压强度和弹性模量,PVA纤维提高了纳米混凝土的抗压强度,但降低了纳米混凝土的弹性模量。     

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。     

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。     

莫桑比克马普托大桥钢桥面铺装用地材匹配性研究

针对莫桑比克马普托大桥钢桥面铺装所用集料和矿粉地材,首先采用NIKON LV100POL型偏反光显微镜对集料和矿粉进行矿质含量和岩性鉴定,并通过SiO₂含量检验其酸碱性;其次按照国内规范对集料和矿粉规格与基本性能进行检测分析,并进行SMA10和GA10沥青混合料的配合比设计与性能验证。结果表明,马普托大桥区位产的集料为(杏仁状)含铁质辉石玄武岩;集料和矿粉呈碱性且规格与各项指标均符合钢桥面铺装要求;通过配合比设计得到的沥青混合料可直接用于铺装施工。     

酸性环境干湿循环条件下膨胀土的膨胀特性及微观作用分析

弄清酸雨及干湿循环共同作用下膨胀土的膨胀性能及其微结构与矿物成分的变化，对研究酸雨区膨胀土的基本性质劣化及工程问题意义重大。为此，以广西酸雨重灾区百色原状膨胀土为对象，模拟酸雨（pH=3，5，7）与干湿循环（n=1，2，3，4）两者共同作用的环境，开展了无、有荷膨胀率试验，并采用扫描电镜（SEM）、压汞仪（MIP）和X射线衍射仪（XRD）分析了该环境下试样的微结构及矿物成分的演变规律。研究结果表明：酸性环境使试样的膨胀率增大，溶液的pH值越小，膨胀率越大；随干湿循环作用次数的增加，不同溶液环境下试样的膨胀率均先增大后趋于稳定，且2次作用后的增幅最大；经酸性环境与干湿循环共同作用试样的膨胀率增大更多，溶液pH值为3和5，经2次干湿循环后其膨胀率比pH值为7的分别增长了24.7%和7.9%；上覆压力能明显抑制试样膨胀率的增长，设定测试压力越大，该值下降越显著。酸性环境与干湿循环共同作用下膨胀率增大的机理可通过微观结构分析作出解释：酸性环境作用下膨胀土中游离SiO₂，Al₂O₃，K₂O，MgO，CaO等胶结物出现不同程度的溶蚀和淋滤，削弱了叠聚体结构间的联结作用，使面面叠聚结构的排列趋于分散，微孔隙体积及数目不断增大，同时遭受干湿循环作用后，土中微孔隙加速发育，土颗粒与溶液水间化学反应更剧烈，致使其膨胀变形进一步增大。因此，酸雨重灾区的膨胀土工程建设，必须考虑酸性环境与干湿循环共同作用造成的膨胀土基本性质劣化的不利影响。     

碱激发煤制气残渣地质聚合物的制备及性能

煤制天然气残渣（CSNGS）是一种可用于制备地质聚合物的潜在新原料，然而关于用该工业废渣制备地质聚合物的报道却很少。采用机械球磨手段对煤制天然气残渣进行活化改性，分别以氢氧化钠（NaOH）溶液和氢氧化钾（KOH）溶液为激发剂，在不同条件下制备煤制气残渣地质聚合物，并对其强度进行对比。然后，通过X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）以及红外光谱（FT-IR）等微观试验手段对比研究了2种煤制气残渣地质聚合物的微观结构和强度形成机理，并分析了激发剂中不同碱金属阳离子对地质聚合物性能的影响。研究发现，随着热养护温度的升高，2种煤制气残渣中晶体峰强降低，地质聚合物的硅铝比（Si/Al）升高，地质聚合物的强度增加。研究还发现，在适当的热养护条件下，当激发剂浓度在6~9 mol·L^-1时，2种煤制气残渣地质聚合物均可以获得较高的力学强度。由SEM分析可知，较高的热养护温度和适当的激发剂浓度可以生成大量的水化硅铝酸钠凝胶（N-A-S-H）或水化硅铝酸钾凝胶（K-A-S-H），使地质聚合物的微观结构变得更加致密，从而使试件具备良好的力学性能。此外，NaOH溶液对煤制气残渣的碱激发效果要优于KOH溶液，这不仅是因为钠离子与负离子的结合能力强于钾离子，更有效地保证了地质聚合物骨架中的电荷平衡；而且与钾离子相比，钠离子更容易形成具有2个或3个SiO₄四面体桥接单个AlO₄四面体的地聚合物凝胶，这使材料形成了更加致密均匀的微观结构。研究结果表明：地质聚合物最高强度分别为36.1 MPa（NaOH）和27.8 MPa（KOH），因此，以煤制天然气残渣为原料制备地质聚合物具有很高的研究和应用价值。     

UHPC-NC键槽界面抗剪性能研究

为明晰超高性能混凝土（UHPC）加固RC结构的界面剪切力学行为,批量开展键槽定量化处理UHPC-NC界面抗剪承载性能试验研究。设计制作8组包含不同深度（t）、宽度（w）和间距（d）的UHPC-NC组合构件,分析了界面剪切荷载-滑移曲线特征,剪切应变分布规律、破坏形态以及极限抗剪承载力。试验结果表明,键槽处理方式能显著增强UHPC-NC界面初始剪切刚度（刚度值高于250 kN·mm^-1）并有效提高界面极限抗剪强度（1.46~3.98 MPa,其中大于3 MPa的试件占总数的57.1%）。不同键槽参数t,d和w对UHPC-NC界面抗剪强度的影响权值逐渐递减,且正角度开槽对界面抗剪强度的提升幅度为13%~32%,普遍优于负角度组;当深度t较小且w/t≤2时,后浇UHPC键槽部分承受较大剪切荷载,此时UHPC-NC界面出现“混合剪”破坏模式,能够有效发挥UHPC的抗弯拉性能;相同条件下,当w/t≥4时,后浇UHPC键槽面积在界面处占比增大,致使裂缝移至NC侧发展,即由NC主要承担界面剪力。此外,增大键槽间距d可改善界面域的剪力分配,“密集开槽”方式虽能有效提高界面抗剪能力,但考虑到此方式对原结构的损伤较大且施工成本较高,应对开槽深度和间距进行合理优化。提出基于断裂面法的UHPC-NC界面抗剪承载力计算公式,计算误差均在17%以内,计算结果表明,提出的公式可较好地评价定量化键槽处理的UHPC-NC界面抗剪性能。     

水泥稳定碎石基层的弹塑性特性（双语出版）

为了认识水泥稳定碎石基层的弹黏塑性特性，优化路面结构的设计计算，选用路面常用的骨架密实和悬浮密实2种水泥稳定碎石基层材料，振动压实成型了Φ150×150 mm标准圆柱体试件，应用微机控制万能试验机，设定不同加载速率（0.5，1，1.5，2，4 mm·min^-1），进行简单加载、循环加卸载、抗压回弹模量、徐变和松弛等试验，测试试件的应力-应变及其随时间的变化，分析强度、刚度、徐变与松弛等变化规律及加卸载应力-应变特性，研究水泥稳定碎石基层的弹塑性特性，提出改进型本构模型。结果表明：加载速率对试验结果的总体影响小于4.4%（相对误差），且60 min的徐变变形最大为0.03%，14 min的应力松弛最大为6.9%，表明水泥稳定碎石基层的黏性极弱，可以忽略不计；每次加载卸载后均有回弹变形和永久变形出现，反映了水泥稳定碎石基层的弹塑性性质，且服从有应力强化的弹塑性固体模型，可以用广义圣维南模型模拟分析；提出的改进型邓肯-张本构模型数值模拟具有很好的有效性，可以用来分析水泥稳定碎石的应力-应变曲线；0.4σ_max（σ_max为水稳碎石混合料的破坏强度）对应的割线模量十分接近传统的回弹模量，说明简化的0.4σ_max取值法可以用来测试水泥稳定碎石基层的回弹模量；从总体路用技术性能来看，骨架密实型的水泥稳定碎石基层要优于悬浮密实型。     

基于微结构量化的含渐变带黄土各向异性特征研究

黄土层间界面稳定性问题突出，天然黄土层之间的交界面呈现渐变过渡形式。为研究黄土渐变带及相邻两土层的各向异性特征，以含黄土层、古土壤层以及两者之间渐变带的早更新世(Q₁)黄土为例，通过扫描电镜(SEM)获取各土层不同方向上的微观图像。对图像进行二值化处理，计算形状系数F、形态分维数D、概率熵H_m及定向频率P_i(α)等微观结构参数，分析3种典型土层在微观结构上的各向异性。此外，通过三轴压缩试验获得各土层不同方向上的抗剪强度参数，将微观结构参数和抗剪强度参数相结合，探究了两者之间的联系，揭示含渐变带Q₁黄土的各向异性差异表现。结果表明：①各土层微观结构均具有显著的各向异性，当平行于沉积方向时，孔隙和颗粒排列的定向性最好，与沉积方向45°斜交及相垂直时次之，但受风化作用影响各向异性表现程度有所差别；②当加载方向与沉积方向平行时，各土层的强度表现最高，而垂直时则最低，这种各向异性主要源于黏聚力的差异，并且会随着围压和含水率的增大而减弱；③黄土层和古土壤层的力学各向异性与内部微观结构的各向异性关系紧密，但是在渐变带土层中，这种关联性却表现较弱；④渐变带土层的力学规律性和整体强度均明显弱于上下土层，是土体力学稳定需要关注的重要层位。     

不同渗透系数地层中泥浆渗透成膜试验研究

为了改善泥浆在高渗透性地层中难以成膜的问题,给泥水盾构工程中泥浆的配制提供参考,针对膨润土泥浆在砂土地层中渗透成膜的过程,以某高铁隧道砂卵石地层中泥水盾构施工为背景,开展了泥浆在不同渗透系数地层中的成膜试验。试验采用自行设计的内径为300 mm的泥浆渗透装置,利用分级加压的方式使泥浆压力转化为地层的有效支护压力,分析了地层渗透系数、泥皮厚度、泥浆滤失量三者的关系以及成膜的判断方法。研究结果表明:泥皮厚度随着地层渗透系数的变大表现为先增大后减小,而泥浆滤失量随之不断增大,在泥皮厚度增大阶段厚度与滤失量成正相关,在泥皮厚度减小阶段厚度与滤失量成负相关,泥皮厚度最大值点是泥浆渗透有效成膜的转折点;过泥皮厚度最大值点的k线可为泥浆适应性判断提供参考,k线左侧是泥浆渗透成膜的稳定区域,而在k线右侧区域,泥浆颗粒的消耗量与滞留量呈负相关,泥浆的适应性较差;采用D₁₅/d₈₅的值能大致地划分泥浆的渗透成膜类型,D₁₅/d₈₅在10附近是成膜是否有效的过渡区,该区域对应k线右侧临近区域,泥浆渗透可以形成泥皮,但稳定性较差,故泥皮不能作为有效泥膜形成的标志;增大泥浆中颗粒的粒径能提高泥浆的成膜能力,使泥浆k线向右移动,能有效解决泥浆在高渗透性地层中成膜难的问题。     

基于Q1黄土直剪试验的单屈服面扩展模型研究

为了准确模拟Q₁黄土直剪受力状态的硬化响应，提出单屈服面扩展模型。以典型黄土-泥岩接触面滑坡滑带土附近Q₁黄土为研究对象，通过固结排水直剪试验获得一系列硬化响应，并获得模型常数；运用MATLAB实现模型数值计算，并模拟验证试验结果；同时，对模型屈服面的敏感性进行探讨。结果显示:单屈服面扩展模型可准确描述Q₁黄土直剪硬化力学响应；Q₁黄土硬化参数为0.35～0.02；含水率和硬化参数影响屈服面大小和弯曲状态；随着含水率增加，逐渐出现较低硬化参数的屈服面，而较高硬化参数的模型屈服面逐渐消失。单屈服面扩展模型丰富了岩土接触面本构模型，并为接触面滑坡的变形预测提供了依据。     

基于界面剪切试验的沥青混合料集料切向弹性刚度研究

目前仍缺乏沥青混合料颗粒接触界面参数的有效获取方法，导致基于离散元法的沥青混合料数值分析手段无法精确模拟材料的力学行为。针对"切向弹性刚度"参数无法准确获取的难题，基于自主开发的"沥青混合料颗粒剪切分析系统"开展沥青混合料的颗粒界面剪切试验研究，确定合理试验参数。在此基础上开展3种级配和3种集料的沥青混合料单轴贯入试验，分析不同试验方法得到的剪切模量相关性。试验结果表明：在60℃试验温度和0.02 mm·s^-1剪切速度条件下可获得较为稳定的试验结果；剪切应力曲线表现出典型的"预剪切阶段"、"剪切稳定阶段"和"剪切破坏阶段"三段式增长；级配对界面剪切力有显著影响，AC-13、SMA-13和OGFC-13混合料的峰值均值分别约为100，50，90 N；同一级配下，采用玻璃珠和铁珠的混合料的界面剪切力分别为75，70 N；集料的材料类型是影响界面切向弹性刚度的关键因素，采用玻璃珠和铁珠的界面切向弹性刚度分别是0.17×10⁶ N·m^-1和0.22×10⁶ N·m^-1，而花岗岩集料则达到0.66×10⁶ N·m^-1以上；贯入试验结果表明级配和集料类型决定了混合料的剪切模量大小，采用花岗岩集料的AC-13型混合料的剪切模量达到18.88 MPa，OGFC-13混合料最小，仅为8.95 MPa；界面剪切试验得到的剪切模量与贯入试验结果的相关系数达0.89。所提出的集料接触界面剪切试验可分辨级配和集料类型对切向弹性刚度的影响。     

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。