泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的探讨

依据现有热拌沥青混合料疲劳试验的研究成果,结合泡沫沥青冷再生混合料的特点,确定了疲劳试验的参数,即采用10 Hz半正弦波荷载进行劈裂疲劳试验.基于不同的级配以及不同的水泥含量,选用了5种不同级配的泡沫沥青冷再生混合料进行劈裂疲劳试验.根据试验结果将应力水平与疲劳寿命分别在单对数和双对数坐标上采用线性方程进行拟合.通过对疲劳方程分析表明,对于小应力比作用下,少量水泥所引发的脆性性质难以表现出来,而水泥和沥青的综合胶结作用会增强材料的抗疲劳性能;泡沫沥青冷再生混合料与粗粒式热拌沥青混合料相同应力比条件下的疲劳性能基本相当,同时发现在2%的水泥用量之内,增加水泥用量不会明显影响材料的抗疲劳性能.     

泡沫沥青和水泥用量对冷再生沥青混合料路用性能的影响

为明确泡沫(乳化)沥青和水泥掺两种粘结材料对冷再生混合料路用性能和耐久性的影响,通过车辙试验、贯入剪切试验、低温弯曲试验、加速加载试验、四分点加载疲劳试验、研究了泡沫(乳化)沥青和水泥两种粘结材料对沥青路面冷再生混合料高低温性能、长期高温抗变形能力以及抗疲劳耐久性性能的影响。试验结果表明,泡沫(乳化)沥青冷再生混合料车辙变形量主要是压密变形所致,水泥掺量越大泡沫(乳化)沥青冷再生混合料抗高温性能和高温剪切疲劳性能越好;随着水泥、沥青粘结料掺量增大,冷再生混合料低温抗裂性能呈先增大后减小的变化趋势,对于泡沫(乳化)沥青冷再生混合料低温抗裂性能而言,存在一个最佳的泡沫(乳化)沥青和水泥用量,在2.0%~4.0%泡沫沥青和2.5%~4.5%乳化沥青用量下适宜的沥青粘结料与水泥掺量比例为1.5∶1~2.7∶1;对于泡沫(乳化)沥青冷再生混合料抗疲劳性能而言,存在一个最佳的沥青粘结料和水泥掺量,为确保冷再生混合料具有最优的抗疲劳性能需达到沥青结合料和水泥掺量的相对平衡,用于冷再生混合料适宜的水泥掺量为1.0%~2.0%。为完善泡沫(乳化)沥青冷再生混合料的材料组成设计方法以及性能评价体系提供了参考。     

水泥对泡沫沥青混合料性能影响分析

为了研究水泥用量对泡沫沥青混合料强度与疲劳特性的影响,对不同水泥用量(0%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%)的泡沫沥青混合料进行干、湿劈裂强度试验。通过控制应力加载方式,变化应力比进行疲劳试验。试验结果表明:增加水泥用量对干、湿劈裂强度有明显的提高作用。添加多于2%的水泥会降低材料抗疲劳性能,建议水泥用量不超过2%。考虑到泡沫沥青混合料强度要求,需要加入水泥用量至少为1.5%。     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80％、100％的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构.结果 表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能.推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με.在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求.     

沥青稳定基层混合料疲劳性能试验研究

对5种级配的沥青稳定基层混合料进行了控制应变的三分点小梁弯曲疲劳试验,分析了级配、沥青用量、沥青品种和温度对沥青稳定基层疲劳性能的影响规律。研究表明:悬浮密实型沥青混合料的疲劳性能较嵌挤型沥青混合料好得多;沥青用量增加,疲劳寿命显著增长,由马歇尔方法确定的最佳沥青用量并非沥青混合料疲劳性能最佳的沥青用量;沥青混合料疲劳寿命随试验温度的提高而显著增长;采用改性沥青的沥青混合料疲劳性能较普通沥青有一定改善。这些规律可以为沥青稳定基层的混合料设计提供参考。     

泡沫温拌沥青混合料路用性能研究

为研究泡沫温拌沥青混合料路用性能,采用两种不同的沥青根据拌和温度与压实温度确定泡沫温拌沥青混合料的成型温度;通过车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验和疲劳试验对比研究了泡沫温拌沥青混合料与热拌沥青混合料路用性能的差异。结果表明:泡沫温拌沥青混合料的各项路用性能均满足相关规范要求。对于基质沥青而言,泡沫温拌沥青混合料的高温性能略低于热拌沥青混合料,其他路用性能均优于热拌沥青混合料;泡沫温拌改性沥青混合料的路用性能均优于其他两种基质沥青混合料。     

泡沫温拌-橡胶沥青混合料力学性能与疲劳性能研究

为了研究泡沫温拌沥青技术对橡胶沥青混合料力学性能与疲劳性能的影响,分别对泡沫温拌和热拌橡胶沥青混合料进行动态模量试验和四点弯曲疲劳试验。动态模量试验结果表明,不同温度及加载频率下泡沫温拌橡胶沥青混合料动态模量相较于热拌橡胶沥青混合料平均降低了11%。通过主曲线构建,预测得到在0℃以下的低温范围内泡沫温拌橡胶沥青混合料的动态模量小于热拌混合料;在55℃以上的高温范围,泡沫温拌和热拌橡胶沥青混合料动态模量基本相同。四点弯曲疲劳试验结果表明,泡沫温拌橡胶沥青混合料的疲劳寿命远高于热拌混合料;同时,循环加载41万次后泡沫温拌橡胶沥青混合料的累积耗散能Wɑ为(29.2±4.2)kJ/m~3,低于热拌的(34.1±2.8)kJ/m~3,说明泡沫温拌橡胶沥青混合料具有更优异的抗疲劳性能。     

基于正交试验的泡沫沥青混合料水稳定性分析

泡沫沥青混合料水稳定性能是影响其路用性能的关键因素.为探究提高泡沫沥青再生层水稳定性能的技术方法,该文基于正交试验方法,通过室内试验探讨泡沫沥青混合料水稳定性能的影响因素(发泡效果、发泡沥青用量、水泥用量、聚合物纤维用量)及其显著性.试验表明:发泡效果、水泥用量、沥青用量是泡沫沥青混合料水稳定性的重要影响因素.     

泡沫沥青冷再生混合料低温抗裂性评价方法及影响机理分析

随着泡沫沥青冷再生混合料在国省干线和高速公路等高等级公路下面层中的大规模应用,其低温抗裂性需引起更多关注。采用低温弯曲试验和SCB试验研究了水泥掺量、泡沫沥青用量、RAP掺量对泡沫沥青冷再生混合料低温抗裂性的影响,基于SEM试验揭示了水泥和泡沫沥青对冷再生混合料低温抗裂性的影响机理。结果表明,增大水泥掺量和提高泡沫沥青用量均可改善泡沫沥青冷再生混合料的低温抗裂性,RAP掺量对泡沫沥青冷再生混合料低温性能影响不大,推荐采用低温SCB试验评价泡沫沥青冷再生混合料的低温抗裂性,以弯拉应变和破坏应变能作为评价指标,建议泡沫沥青冷再生破坏应变能不少于1 500 J/m2。水泥对泡沫沥青冷再生混合料的影响机理在于加筋、填充和减小了泡沫沥青冷再生混合料内部微孔数量。     

冻融循环对泡沫沥青冷再生混合料宏细观结构性能的影响

为了研究冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料强度特性、疲劳性能及微观结构性能的影响情况,采用劈裂强度试验、贯入剪切试验及间接拉伸疲劳试验研究了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料强度特性和疲劳性能的衰减规律,基于X-ray CT断层无损扫描技术和VG软件的三维重构功能,分析了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料空隙级配、平均空隙直径、最可几空隙直径的变化规律,进而建立了泡沫沥青冷再生混合料宏观性能与微观空隙结构特性之间的关系。结果表明,冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料贯入剪切强度、劈裂强度、疲劳寿命有显著影响,随着冻融循环次数增大,泡沫沥青冷再生混合料内部0.1mm~3的空隙比例增大,0.1mm~3空隙比例减小,平均空隙直径与最可几空隙直径随冻融循环次数增加而增大。结合不同冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料的空隙结构特征,将泡沫沥青冷再生混合料内部V≤0.1mm~3空隙划分为无害孔,0.1V≤0.5mm~3空隙划分为少害孔,V0.5mm~3空隙划分为有害孔。各应力水平下的疲劳寿命随平均空隙直径和最可几空隙直径增大而降低,二者之间负线性相关性良好。冻融循环作用使得泡沫沥青冷再生混合料中的微孔数量减少、大孔数量增多,这是冻融作用导致冷再生混合料力学强度和疲劳性能降低的主要原因之一。     

再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为了评价掺有再生沥青路面(RAP)材料的沥青混合料的疲劳性能,以及不同RAP材料用量对沥青混合料疲劳性能的影响,进行了室内再生沥青混合料疲劳试验研究。疲劳试验中采用了沥青路面表面层沥青混合料,选用了间接拉伸(IDT)强度试验和半圆弯曲(SCB)疲劳试验方法,进行了RAP材料质量分数分别为0%、10%、20%和30%的疲劳试验。试验结果表明:沥青混合料中RAP材料质量分数小于20%时,对沥青混合料疲劳性能影响不大,而RAP材料质量分数为30%时,疲劳性能明显下降。初步建议了表层沥青混合料合适的RAP材料质量分数不宜超过20%。     

基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能.而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响.文中将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型.研究表明,这种方法是科学的和可行的,所得出的预测模型的精度较高.     

泡沫沥青冷再生混合料配合比及路用性能试验研究

针对炎热地区旧路改扩建工程中泡沫沥青冷再生材料组成、配合比设计及路用性能等问题,开展泡沫沥青冷再生混合料研究。通过对组成材料特性探究,提出了泡沫沥青再生混合料合理配合比。系统地进行了浸水劈裂试验、无侧限抗压强度试验和车辙试验,分析泡沫沥青冷再生混合料路用性能。研究结果表明旧路铣刨料细料需控制在10%~15%左右,泡沫沥青冷再生混合料水泥用量控制在2%左右时其综合性能最佳。     

基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能.而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响.文中将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型.研究表明,这种方法是科学的和可行的,所得出的预测模型的精度较高.     

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能试验研究

基于不同沥青和水泥含量,对乳化沥青冷再生混合料进行劈裂疲劳试验,并对最佳配合比试件做了浸水条件下的对比疲劳试验。将应力比与疲劳寿命在单对数坐标上采用线性方程进行拟合,发现水泥或沥青用量都不能偏少,否则会大大降低混合料疲劳性能;在2%的水泥用量范围内,水泥用量不会明显增加混合料的脆性;水使混合料疲劳寿命减少,可能与水使混合料劲度模量减小有关。     

沥青混合料疲劳性能的影响因素分析

研究荷载间歇时间，加载频率，试验温度，空隙率，沥青针久度，沥青用量6因素对沥青混合料疲劳性能的影响程度。首先，运用正交设计的方法将影响因素适当组合，在MTS810材料试验系统上进行不同条件下的应力控制的疲劳试验；然后，分析各影响因素对沥青混合料疲劳寿命的影响程度；最后，讨论各因素是如何影响沥青混合料的疲劳性能的。研究表明，各因素对沥青混合料疲劳性能影响程度大小顺序为：荷载间歇时间→试验温度→沥青品种→级配类型→沥青用量→加载频率。     

水泥对乳化沥青混合料路用性能的影响

采用加速加载试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验和三分点加载疲劳试验分别研究了不同水泥掺量下乳化沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和疲劳性能。研究结果表明随着水泥用量增加乳化沥青混合料的高温稳定性和水稳定性提高,而混合料低温抗裂性能和疲劳性能随水泥掺量的增加呈先增加后减小的趋势,结合路用性能研究结果,本文推荐了乳化沥青混合料合理的水泥用量范围。     

橡胶粉改性沥青混合料疲劳性能研究

基于三分点加载试验研究了橡胶粉掺量、橡胶沥青用量、橡胶粉细度以及混合料级配类型对橡胶沥青混合料的疲劳性能的影响,并采用灰色理论分析了这四种影响因素对橡胶沥青混合料的疲劳性能影响的显著性。研究结果表明,随着橡胶粉掺量增加,各应力水平下的橡胶沥青混合料疲劳寿命均呈先增大后减小的变化趋势;增大橡胶沥青用量可以增加橡胶沥青混合料低应变水平下的疲劳寿命,但也会增大橡胶沥青混合料对应变变化的敏感程度;随着橡胶粉颗粒粒径的减小,橡胶沥青混合料的疲劳寿命提高;采用骨架密实结构更有利于提高橡胶沥青混合料的抗疲劳性能;橡胶粉掺量与橡胶沥青混合料疲劳性能的关联度最大。     

基于疲劳寿命的泡沫温拌沥青混合料油膜厚度确定

为确定泡沫温拌沥青混合料适宜的油膜厚度,首先采用等效空隙率指标确定泡沫温拌沥青混合料的用油量,根据基于比表面积的沥青用量计算方法反推得到对应的油膜厚度,并以此为基准厚度,在附近选取4组油膜厚度(间隔±2μm),采用疲劳寿命指标确定泡沫温拌沥青混合料适宜的油膜厚度,最后对混合料的体积指标和路用性能进行验证。试验结果表明:确定的泡沫温拌沥青混合料的适宜油膜厚度为7.5μm,采用油膜厚度为7.5μm时的油石比生产的泡沫温拌沥青混合料,其各项体积指标均满足常规热拌规范技术要求,混合料的高温、低温和抗水损害性能优良,路用性能比常规热拌略有下降,但仍可满足常规热拌规范的技术要求;推荐泡沫温拌沥青混合料的适宜油膜厚度为7.5μm。     

泡沫降温—橡胶沥青混合料技术与工程应用研究

温拌技术可以降低橡胶沥青混合料在生产过程中的温度,有效解决橡胶沥青施工难、有害气体排放多等问题,同时发挥橡胶沥青混合料良好的路用性能。针对泡沫降温-橡胶沥青技术,通过室内发泡试验确定橡胶沥青最佳发泡温度和用水量;根据sup20级配设计确定沥青用量;通过泡沫降温-橡胶沥青混合料的相关试验,表明泡沫降温-橡胶沥青混合料的体积指标、水稳定性能、高温稳定性能和低温抗裂性能均满足要求;结合实际工程应用,泡沫降温-橡胶沥青混合料在施工时可实现降温10℃,试验路压实度等指标满足要求。