基于X-rayCT乳化沥青冷再生混合料马歇尔击实方法研究

采用工业CT无损检测技术(X-ray CT)和数字图像处理技术研究"30+45"、"40+35"、"50+25"、"60+15"、"75+0"等5种马歇尔击实方法下,乳化沥青冷再生混合料试件内部粗颗粒的颗粒主轴取向角和空隙特征分布特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明:马歇尔击实方式下乳化沥青冷再生混合料粗集料取向角基本符合洛伦兹分布,第二遍击实次数越多,粗集料取向角减小幅度越大,增大二次击实功虽然可改善乳化沥青冷再生混合料的颗粒分布结构,但远没有增大第一次击实功效果明显;"50+25"、"60+15"法空级配中大孔百分比明显减小,而小孔百分比显著增大,随着第二遍击实次数的减小,乳化沥青冷再生混合料平均孔径呈先减小后增大的变化趋势,马歇尔试件平均孔径与劈裂强度之间具有良好的线性拟合关系。二次击实可减小乳化沥青冷再生混合料内部的大孔,改善粗集料的骨架承载结构,综合考虑击实方法对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、粗颗粒存在形态以及细微观空隙分布特征的影响,推荐采用"50+25"法成型马歇尔试件。     

基于工业CT乳化沥青冷再生混合料细微观结构性能研究

以国内现行的马歇尔击实、静压、振动、轮碾、旋转压实五种成型方式为载体,基于工业CT的无损检测技术和VG软件的三维重构功能对不同成型方式冷再生混合料内部的空级配、空隙等效直径、最可几孔径、空隙形状特征、粗颗粒的颗粒取向以及集料的破损状况等开展了系统研究,并分析给出最可几孔径、集料颗粒取向的数学模型表征以及建立了不同成型方式再生混合料细微观分布特征与力学性能之间的回归关系。研究结果表明:不同成型方式冷再生混合料空级配、最可几孔径之间的差异较为明显,乳化沥青冷再生混合料空隙体积与表面积符合lg V=K*lg S+B双对数线性拟合,将乳化沥青冷再生混合料细微观空隙结构等效为球体只是一种理想状态;不同成型方式乳化沥青冷再生混合料粗集料取向角基本符合洛伦兹分布,成型方式对再生混合料颗粒取向有显著影响,旋转压实、振动两种成型方式与路面芯样粗集料颗粒取向角最接近,而轮碾成型与实际路面碾压条件相差最大。     

乳化沥青冷再生混合料成型方法优化研究

为选择一种能够有效模拟实际工程压实方式且操作简单的乳化沥青冷再生混合料成型方法，分别按照马歇尔击实成型、旋转压实成型和振动成型3种方法制备混合料试件，对不同成型方法混合料试件的孔隙率、劈裂强度、冻融劈裂强度比和无侧限抗压强度进行试验测定，并通过CT扫描试验对不同成型方法混合料试件的高度方向孔隙特征、最可几孔径和乳化沥青砂浆特征进行对比。结果表明，采用旋转压实成型方法制备的混合料试件力学性能最优，相较其他两种成型方法具有更好的承载能力与水稳定性；同时采用旋转压实成型的试件内部空隙分布更加均匀，且试件内部沥青砂浆厚度最大，粗集料之间的接触和嵌挤程度最佳。因此最终确定旋转压实法作为冷再生混合料的最佳成型方法，由此得到的混合料试件与实际道路碾压相似，可以有效提高路面的高温性能和水稳性能。     

水份对乳化沥青厂拌冷再生混合料强度的影响研究

区分大、小马歇尔试件,采用一次击实与二次击实成型方法研究水份对乳化沥青厂拌冷再生混合料强度的影响。随养生时间延长,混合料含水率逐渐下降,且小马歇尔试件的含水率明显低于大马歇尔;混合料的空隙率随养生时间的增加而逐渐增大,说明水份蒸发后,混合料中存在大量的微空隙,通过二次击实后,比一次击实成型后的混合料更加致密;混合料的劈裂强度与含水率密切相关,含水率越低,混合料的劈裂强度越高,小马歇尔试件的劈裂强度明显高于大马歇尔。     

基于MMLS1/3试验泡沫沥青冷再生混合料轮辙曲线特征及粗集料运动规律

对泡沫沥青冷再生混合料进行常温条件下的MMLS1/3加速加载试验,探讨了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度、变形速率及横断面轮辙曲线特征,分析给出了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度随加载次数的变化趋势;对不同加载次数下轮迹处MMLS1/3试件进行X-ray无损扫描,分析了不同加载次数下泡沫沥青冷再生混合料的轮辙曲线特征及粗集料运动规律。结果表明,对于未掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料试件,轮迹处车辙沿横断面分布呈U形,掺加1%~2.5%水泥后泡沫沥青冷再生混合料试件横断面车辙分布呈W形,可采用RDD=A×NB预估不同加载次数(N)下的车辙深度(RDD)发展规律;MMLS1/3加载试验过程中泡沫沥青冷再生混合料车辙发展规律可分为3个阶段,即压密阶段、蠕变稳定阶段、剪切破坏阶段;重复疲劳荷载作用下轮辙变形主要来源于泡沫沥青砂浆压密变形、集料受荷载作用产生的竖向位移及粗集料自身由不稳定状态转变为"平躺"状态所发生的水平转动位移,粗集料取向角随加载次数增大呈指数函数关系减小。MMLS1/3试验过程中压密变形主要是由车辆荷载的进一步压实作用引起,主要造成泡沫沥青冷再生混合料中大孔数量减少,微孔数量增多;试件破坏阶段泡沫沥青冷再生混合料内部微孔数量减小,大于1mm3空隙数量增多。掺加适量水泥可约束泡沫沥青冷再生混合料集料产生水平转动位移,具有维持加载过程中泡沫沥青冷再生混合料空隙形状和孔级配变化不大的作用。     

乳化沥青冷再生混合料最佳拌和用水量确定方法

基于旋转压实成型方法,研究拌和用水量对乳化沥青冷再生混合料密实度、强度等指标的影响,并与土工重型击实法确定的拌和用水量对比。结果表明,旋转压实法成型试件的密实度比重型击实法试件大,最佳拌和用水量比重型击实法确定的小;冷再生混合料的密度及干、湿劈裂强度随拌和用水量的增多先增大后减小;推荐采用兼顾乳化沥青冷再生混合料最优和易性与最大干密度的方法确定最佳用水量。     

基于图像处理的粗集料细观分布均匀性研究

沥青混合料的均匀性对其物理力学性能具有重要影响,是沥青混合料基因组的重要构成及研究对象。为了给沥青混合料精细化设计提供参考,该文基于数字图像技术,针对3组不同级配,在不同击实条件下深入分析马歇尔试件粗集料分布的均匀特性,进而评估粗集料分布均匀性量化指标与沥青混合料宏观力学性能的关系。结果表明：马歇尔试件粗集料分布具有两端稍少而中间较多、粗集料数量最大值出现在试件高度1/3～2/3处的特征,击实次数的增加有助于增加沥青混合料分布均匀性;级配对粗集料分布均匀性具有重要影响,粗级配具有更好的均匀性,对于不同粒径集料表现为粒径越小分布均匀性越好;标准差可作为粗集料分布均匀性的定量评价指标,随着标准差数值的减小,沥青混合料具有越来越好的抗车辙性能。     

基于空隙率的水泥乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法研究

通过研究JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》中提出的乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法,针对其提出的二次击实的试件成型方法对于水泥乳化沥青冷再生混合料的不适用性,认为试件二次击实时间和击实次数的确定应基于混合料的空隙率。该文通过大量的室内试验,通过变换二次击实时间、击实次数和养生温度,应用混合料的空隙率,同时兼顾劈裂强度综合评价修正后的再生混合料的性能,采用L9(34)正交表在3因素3水平下进行正交试验设计。最后,依据试验结果给出修正后合理的试件二次击实时间、击实次数和混合料的空隙率。     

不同压实方法对乳化沥青冷再生混合料疲劳性能的影响研究

不同压实成型方法制备的乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能存在较大差异，通过采用改进的马歇尔击实法和垂直振动压实法制备两种乳化沥青冷再生混合料，进一步对乳化沥青冷再生混合料进行间接拉伸疲劳试验，在试验结果基础上建立基于Weibull分布的间接拉伸疲劳方程，对不同压实成型方法的疲劳方程参数进行分析研究，探索不同压实成型方法对乳化沥青冷再生混合料疲劳性能的影响。试验结果表明，垂直振动压实法制备乳化沥青冷再生混合料的平均力学强度可达到现场取芯试件的92%，而改进的马歇尔击实成型试件的平均力学强度仅为现场取芯的65%；与改进的马歇尔击实法相比，垂直振动压实法的最佳乳化沥青掺量和外掺水量分别降低了9%和11%，同时抗水损害性能、低温抗裂性能和高温抗车辙性能可分别提高4%、12%和35%；基于Weibull分布建立的疲劳方程可有效评价乳化沥青冷再生混合料的疲劳寿命，垂直振动压实法制备的乳化沥青冷再生混合料表现出良好的应力变化敏感性和疲劳耐久性，其在应力比为0.5时的疲劳寿命是改进马歇尔击实法的1.36倍。     

考虑热压实过程的乳化沥青冷再生混合料设计方法研究

考虑热拌沥青混合料铺筑对冷再生层的＂热压实＂作用,室内试验采用＂两次击实＂的成型方法成型马歇尔及车辙试件;理论分析了土工击实法确定冷再生混合料最佳总水量的不合理性,并推荐采用美国再生沥青协会（ARRA）建议的先由经验初试总水量确定最佳乳化沥青用量,再根据空隙率确定最佳总水量的方法;通过工程实例和试验分析,中国规范中推荐的15℃劈裂强度和干湿劈裂强度比确定最佳乳化沥青用量的方法存在不足,推荐采用40℃马歇尔稳定度指标确定最佳乳化沥青用量,而15℃劈裂强度指标作为性能测试指标之一;采用-10℃低温小梁试验测试了冷再生混合料的低温性能。     

不同RAP温度泡沫沥青冷再生混合料性能及影响机理

研究了RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料干湿劈裂强度、高低温性能和泡沫沥青分散性状的影响。结果表明,随着RAP温度增加,泡沫沥青冷再生混合料干湿劈裂强度增大,混合料最佳泡沫沥青用量减小,RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度有显著的影响;增加RAP预热温度可显著改善泡沫沥青冷再生混合料的高温稳定性和低温抗裂性,不同RAP预热温度下,泡沫沥青冷再生混合料马歇尔试件劈裂破坏界面的泡沫沥青面积百分比与试件干湿劈裂强度之间的线性拟合关系良好,RAP预热温度对泡沫沥青冷再生混合料的影响机理在于其影响了泡沫沥青在混合料的分散形状和分散的均匀性,提高了混合料的压实特性。     

沥青稳定类冷再生混合料抗剪特性研究

采用乳化沥青和泡沫沥青作为冷再生沥青混合料的稳定剂,研究冷再生混合料的三轴抗剪特性。研究表明:乳化沥青冷再生混合料比泡沫沥青冷再生混合料抗剪切强度略高;水泥的掺加能显著增加冷再生混合料的内摩擦角及粘聚力;而粘聚力随着沥青稳定剂用量的增大呈现先增大后减小的趋势,内摩擦角则随沥青用量增大而降低,且影响内摩擦角的主要因素为集料颗粒组成而非沥青稳定剂的类型。     

荷载作用下沥青混合料粗集料取向变化机理

通过数字图像处理技术分析了沥青混合料试件在APA试验前后粗集料颗粒取向角的变化情况,发现试验后试件粗集料的颗粒取向角变小,且变化程度随试件成型时的压实次数的增加而减小.为了研究该现象发生的机理,采用有限元计算及粘弹塑性理论对其进行了分析.结果表明粗集料颗粒取向角的变化大小与荷载作用位置有关,但由于试件中粗集料的分布以及移动荷载的对称性,荷载作用位置的影响可抵消,从试件的整个加载过程看,其颗粒取向角是变小的.由于沥青混合料的粘性和流变特性,集料在荷载作用下产生的夹角变化在卸载后不可完全恢复,由此累积最终使沥青混合料中的集料在宏观上表现为明显的颗粒取向角变小,这也是沥青路面产生车辙的原因之一.     

RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响

回收沥青路面材料(RAP)的温度受季节和一天当中空气温度的影响,既有泡沫沥青冷再生混合料配合比设计方法并没有考虑RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响。该文研究了RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料干湿劈裂强度、高低温性能和泡沫沥青分散性状的影响。结果表明:RAP温度对泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度有显著的影响,随着RAP温度增加,泡沫沥青冷再生混合料干湿劈裂强度增大,最佳泡沫沥青用量减小;增加RAP温度可显著改善泡沫沥青冷再生混合料的高低温性能,不同RAP预热温度下,泡沫沥青冷再生混合料马歇尔试件劈裂破坏界面的泡沫沥青面积百分比与试件干湿劈裂强度之间线性拟合关系良好,RAP预热温度对泡沫沥青冷再生混合料的影响机理在于其影响了泡沫沥青在混合料中的分散形状和分散的均匀性,提高了混合料的压实特性。     

乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能评价及技术要求

针对我国现有规范关于乳化沥青冷再生混合料初期强度评价的空白,选取磨耗试验作为评价方法,用对比试验确定了试验的关键参数,包括成型方式、养生温度、养生相对湿度以及养生时间;分析了不同乳化剂种类、乳化剂剂量、乳化沥青用量、水泥剂量和矿料级配对乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能的影响,据此提出相应的技术要求;利用方差分析法,分析了不同影响因素的显著性。结果表明:提出的磨耗试验简单、可靠,可用于评价乳化沥青冷再生混合料的初期抗磨耗性能;马歇尔击实法或旋转压实法均可作为磨耗试验试件成型方式,推荐采用大型马歇尔击实法(双面各击实75次)作为标准成型方式;养生条件对乳化沥青冷再生混合料磨耗损失影响较大,随温度的升高或养生时间的延长,磨耗损失均逐渐减小,随相对湿度的增加,磨耗损失逐渐增大;结合我国国情,拟定磨耗试验试件标准养生温度为25℃,养生相对湿度为70%,养生时间为4 h。以磨耗损失不大于3.5%为控制指标,可作为优化乳化沥青冷再生混合料配合比设计的依据;影响乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能的各因素依次为水泥剂量乳化剂种类矿料级配乳化沥青用量乳化剂剂量,水泥剂量、乳化剂种类和矿料级配对冷再生混合料初期强度影响显著。     

乳化沥青冷再生混合料设计方法及路用性能研究

通过对沥青原材料的检测,提出材料选择标准,为满足工程需求,针对乳化沥青冷再生半柔性材料,进行土工击实试验确定最佳流体含量;基于浸水马歇尔试验和浸水劈裂试验确定最佳乳化沥青用量;对最佳材料用量的混合料进行冻融劈裂试验、车辙试验、低温弯曲破坏试验。结果表明,该乳化沥青冷再生混合料的水稳定性、高温稳定性、低温稳定性符合标准。     

泡沫沥青冷再生混合料MMLS3试验轮辙曲线特征及影响机理

对泡沫沥青冷再生混合料进行常温条件下的MMLS3加速加载试验，研究泡沫沥青冷再生混合料的长期使用性能，探讨泡沫沥青冷再生混合料的车辙变深度、变形速率及横断面轮辙曲线特征，给出泡沫沥青冷再生混合料车辙深度随加载次数的变化趋势，并对不同加载次数下轮迹处MMLS3试件进行X-ray无损扫描，分析不同加载次数下泡沫沥青冷再生混合料的空隙率分布特征及粗集料运动规律，揭示泡沫沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律。研究结果表明：对于未掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料试件，轮迹处车辙沿横断面分布呈U形；掺加1%~2.5%水泥后，泡沫沥青冷再生混合料试件横断面车辙分布呈W形，可采用车辙深度R_DD=AN^B预估不同加载次数N下的车辙深度发展规律；MMLS3加载试验过程中泡沫沥青冷再生混合料车辙发展规律可分为3个阶段，即压密阶段、蠕变稳定阶段、剪切破坏阶段；重复疲劳荷载作用下轮辙变形主要来源于泡沫沥青砂浆压密变形和集料受荷载作用产生的竖向位移及粗集料自身由不稳定状态转变为"平躺"状态所发生的水平转动位移，粗集料取向角随加载次数增大呈指数函数关系减小。     

不同成型方法乳化沥青冷再生混合料马歇尔试验比较

为了研究乳化沥青冷再生混合料不同成型方法对马歇尔试验的影响,根据配合比设计,分别采用马歇尔击实与旋转压实(SGC)成型试件进行马歇尔试验.结果表明,在马歇尔击实试验中,提高击实次数对提高混合料浸水稳定度有一定的作用;随着SGC次数的增加,混合料空隙率、矿料间隙率变化不大;SGC方法的稳定度与残余稳定度比击实方法明显偏低...     

不同成型工艺对水泥乳化沥青性能影响研究

为扩大水泥乳化沥青的使用,结合马歇尔击实试验,考虑混合料拌料顺序和击实次数2个工艺参数,对乳化沥青的成型工艺进行研究。最终确定水泥乳化沥青合理制备工艺为:将乳化沥青与粗、细集料先拌和均匀,再与水泥和矿粉进行拌和,采用双面击实50次,待延迟到水泥初凝时再双面击实25次,最后成型混合料试件。试验路段性能结果表明,按照该成型工艺施作路段的高温性能和抗水损害性能表现良好,路面压实度也满足规范要求。     

基于虚拟劈裂试验研究影响沥青混合料低温抗裂性能的因素

使用X-ray CT扫描粗集料,在PFC3D中重建颗粒,按照集料级配设计随机生成各档集料,构建沥青砂浆相并结合空隙相的实际分布,在重力作用和伺服机制控制下生成沥青混合料虚拟试件,随后设置合适的接触模型以及微观参数,进行虚拟劈裂试验,对影响混合料低温性能的因素进行分析。结果表明：本研究使用虚拟劈裂试验研究沥青混合料的低温抗裂性能是可行的；增大沥青砂浆间以及集料与沥青砂浆间的粘结强度可以提升沥青混合料的低温抗裂性能；增大集料体积分数、空隙率会减弱沥青混合料的低温抗裂性能；集料摩擦系数与沥青混合料的低温抗裂性能无明显相关性。