高弹蓄盐沥青混合料破冰效果细观仿真研究

高弹蓄盐沥青混合料是一种同时具备良好去冰融雪特性和路用性能的新型功能性路面材料,由于采用橡胶颗粒替换部分细集料,使冰层与路表橡胶颗粒接触位置处的力学特性发生很大的改变,同时也使得高弹蓄盐沥青路面结构的整体变形性能显著提高,从而实现一定的自应力除冰功能。为了评价高弹蓄盐沥青路面的自应力除冰效果,明确橡胶颗粒作用的除冰机理,通过建立不同工况下路面结构细观二维平面有限元模型,对橡胶颗粒的破冰特性进行分析,并研究冰层厚度、温度、橡胶颗粒粒径及高弹蓄盐沥青层模量等参数对高弹蓄盐类沥青路面破冰效果的影响。仿真结果显示:橡胶颗粒在一定温度和一定冰层厚度条件下具备良好的自应力除冰效果,当温度低于-10℃或冰层厚度大于8 mm,橡胶颗粒将失去其自应力除冰能力。在保证高弹蓄盐沥青路面路用性能的前提下,适当增加橡胶颗粒的掺量或者选用较大粒径的橡胶颗粒,可以显著提高高弹蓄盐沥青路面的自应力除冰能力。     

高弹性桥面铺装表面冰层破坏形式及破冰效果研究

计算分析了不同桥面铺装层在荷载作用下表面冰层应力应变及应变能密度分布,根据强度理论能能量法确定了桥面冰层破坏形式,提出以破冰率Rbreak作为破冰效果定量评价指标并分析了铺装层模量、厚度和冰层厚度对Rbreak影响,得到的主要结论:采用橡胶颗粒沥青混合料高弹桥面铺装层可实现桥面冰层破坏,且冰层破坏形式为受压破坏;高弹性铺装层厚度达到4cm时具备破冰条件,随橡胶颗粒沥青混合料桥面铺装厚度的增加,破冰率Rbreak呈抛物线增长;铺装层模量在700MPa～900MPa时,破冰率Rbreak达40%以上,随铺装层模量增加破冰率呈线性降低;橡胶颗粒高弹性桥面铺装层仅在结冰初始阶段(厚度≤2mm)可达到的除冰效果,冰层厚度持续增加或温度持续降低破冰效果急剧下降。     

聚氨酯稳定橡胶颗粒混合料除冰性能研究

橡胶沥青混合料由于其优越的路用性能在中国广泛使用,而针对北方的特殊天气研发具有除冰性能的橡胶沥青混合料更具意义。该文在橡胶沥青中加入聚氨酯黏结剂,研究聚氨酯橡胶不同掺量下沥青混合料的低温劈裂强度、弹性模量的变化规律。为验证聚氨酯稳定橡胶颗粒混合料的除冰效果,通过室内模拟试验测试沥青混合料附着冰层破裂情况,同时运用断裂力学和有限元方法从理论上进行佐证,得到橡胶颗粒占矿料比例20%时聚氨酯稳定橡胶颗粒混合料的除冰效果最佳。     

聚氨酯材料在路面工程中的应用进展

聚氨酯是一种新型的路面铺装胶结材料。为推动聚氨酯在路面工程中的应用,基于文献中的试验数据,对国内外最新研究内容进行了总结。从聚氨酯与沥青的相容性、沥青性能试验和水对聚氨酯改性沥青性能的影响等方面探讨了聚氨酯改性沥青的性能。从高温车辙试验、低温弯曲小梁试验和水稳定性试验等方面探讨了聚氨酯改性沥青混合料和多孔隙聚氨酯碎石混合料的路用性能,并研究了聚氨酯橡胶颗粒混合料的除冰性能、吸声减振性能。综述分析表明:聚氨酯可降低沥青的针入度值,提高沥青的延度值和软化点。动态剪切流变试验和弯曲蠕变劲度试验结果表明:聚氨酯可提高沥青的高温和低温性能;在聚氨酯改性沥青制备过程中加入适量的水可使沥青间氢键更加牢固,沥青的性能得到改善。路用性能试验表明:聚氨酯改性沥青混合料的动稳定度优异,低温性能也得到了改善,但水稳定性能一般;多孔隙聚氨酯碎石混合料的高温性能、水-热性能和抗疲劳能力较好,但水稳定性和抗滑性能需要提高;随着聚氨酯掺量的增加,聚氨酯橡胶颗粒混合料的动稳定度、劈裂荷载、残留稳定度增加,飞散损失值下降;因聚氨酯和橡胶颗粒具有一定的弹性,聚氨酯橡胶颗粒混合料的除冰性能、吸声和减振性能优越。最后,对今后研究方向给出了一些建议。     

橡胶颗粒对沥青混合料性能的影响

废旧轮胎产生的橡胶材料,对环境具有较大的污染,将其加入沥青混合料中,可改善沥青混合料的性能,铺筑而成的弹性沥青路面,耐久性强,可在一定程度上减少噪声危害。将大粒径的橡胶颗粒加入沥青路面材料中,能抑制路面结冰,降低冬季因路面打滑造成的交通事故概率,研究表明:在温度不低于-14℃、冰层厚度不超过10mm时,破冰效果显著。     

橡胶颗粒沥青混合料破冰效果试验研究

为了更好解决废弃轮胎的处理问题,同时提高路面除冰雪效果,采用等体积替换的方法利用废旧轮胎橡胶颗粒替代沥青混合料中的部分骨料制成橡胶颗粒沥青混合料,通过低温碾压试验,研究了不同橡胶颗粒掺量和不同轮碾时间对橡胶颗粒沥青混合料冰层破碎率的影响。试验结果表明:冰层破碎率可以表征不同橡胶颗粒掺量的沥青混合料破冰效果,且随着掺量增加破冰效果持续增加,同时冰层破碎率加权平均值与橡胶颗粒掺量有良好线性关系。     

橡胶颗粒沥青混合料在冰雪地区道路的应用

冰雪地区的道路安全问题一直困扰道路交通部门,对路面抑制冰雪技术进行研究具有重要意义。橡胶沥青混合料是将橡胶沥青颗粒直接以骨料的形式掺入混合料代替部分集料形成新型的沥青混合料。橡胶颗粒的掺入能够帮助路面有效抑制积雪结冰,为冰雪地区的道路行车安全提供了解决方案。就橡胶沥青混合料路面和普通沥青路面的使用性能进行了观测和对比,发现橡胶颗粒的掺入能够提高沥青混合料路面的除冰性能、抗滑性能和抗变形能力,既有利于行车安全又能增强路面的耐久性。     

路面低模量弹性铺装层设计及破冰性能研究

冬季道路结冰,造成路面摩阻力下降,使行车安全受到很大影响。为了能够以低碳、环保的方式解决冬季道路结冰问题,该文提出了一种新的路面结构方式:低模量弹性路面。由力学分析可知,若与冰接触的面层采用超低模量材料,则对于冰层最易破坏点位的拉应变将会提高很多,通过温度、荷载、冰层厚度和弹性铺装层厚度等影响因素的分析,表明在冬季温度低、冰层厚的地区如采用超弹性路面,则能够实现BZZ-100标准荷载下的自破冰;冬季气温稍高、冰层较薄的地区,则能够实现小汽车自破冰。同时通过室内试验验证,低模量弹性路面比沥青基材路面,自破冰效果良好,具有一定的可行性。     

橡胶颗粒沥青混合料破坏机理微观分析

以间断级配橡胶颗粒沥青混合料为例,采用随机抽样原理的细观建模法建立离散元微观模型,分别从颗粒位移、粘结接触面破坏两个方面,分析了荷载作用下橡胶颗粒沥青混合料微观破坏机理。研究结果表明:含橡胶颗粒的区域位移变形程度远大于无橡胶颗粒的区域;橡胶颗粒附近容易发生变形,引起混合料的骨架结构错动,导致沥青混合料粘结性能变差,路面出现剥落、松散破坏。     

基于离散元方法的橡胶颗粒沥青路面破冰数值模拟研究

采用自主研发的路面破冰模拟试验仪,对不同橡胶颗粒掺量的沥青路面进行室内破冰试验,研究了不同橡胶颗粒掺量的破冰效果,并利用离散元方法构建了2 mm冰层的橡胶颗粒沥青路面结构细观模型,数值模拟了标准轴载作用下橡胶颗粒沥青路面结构的细观响应。结果表明:3%掺量的BPN加权平均回升量比2%、4%掺量分别增加11.45%、1.46%,3%掺量的BPN加权平均回升率比2%、4%掺量分别增加11.22%、3.06%;在竖向荷载作用下,橡胶颗粒沥青路面结构中的接触力呈非均匀分布,主要集中于轮胎下方区域;橡胶颗粒掺量为3%时,荷载作用前后路面结构的最大接触力最大,分别为2.705×103N、2.706×103N,路面结构中的应变能分别为掺量2%的1.34倍、掺量4%的1.25倍。此外,数值模拟结果与室内试验结果一致,从细观角度阐释了橡胶颗粒沥青路面的破冰机理。     

橡胶颗粒沥青混合料桥面铺装破冰效果室内试验研究

定义了橡胶颗粒沥青混合料室内破冰效果定量评价方法及指标Rc,并对不同面层厚度、橡胶颗粒掺量及冰层厚度条件下的结冰试件进行了室内破冰试验,定量分析各因素对破冰效果的影响,主要结论:面层厚度每增加1 cm,破冰率增加7%,橡胶颗粒掺量每增加1%,破冰率增加5%,冰层破碎效果随面层厚度及橡胶颗粒掺量增加呈线性增长;室内有效破冰厚度不大于5 mm,冰层持续增加,破冰效果急剧下降。     

橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料主动除冰试验研究

为解决冬季道路沥青路面易结冰和难除冰的问题，结合橡胶颗粒物理作用和盐化物融雪剂化学作用，制备了橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料，并通过水滴结冰延迟试验、覆冰破损试验和融冰速率试验测试了融雪剂改性沥青混合料以及橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料的抗凝冰能力。结果表明：1)温度介于-2℃～-5℃时，橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料具有良好的抗凝冰能力；2)在-5℃时，掺入5%的融雪剂，试件表面结冰延迟约8 min,其结冰质量损失率是未掺融雪剂试件的13.62倍，其平均融冰速率较未掺融雪剂试件提升了约26%;3)在温度降至-10℃时，融雪剂改性沥青混合料抑冰效果不再明显，但在荷载作用下，橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料仍具有一定的除冰能力。     

基于复合材料模型的橡胶颗粒沥青混合料弹性模量预测

弹性模量是决定橡胶颗粒弹性除冰路面除冰性能的主要参数,为了不通过试验就能预知橡胶颗粒沥青混合料的弹性模量,采用适当方法建立合理的力学模型,提出了一种基于复合材料细观力学模型的弹性模量预测方法,从而能预先评估橡胶颗粒弹性路面的除冰能力。     

橡胶颗粒沥青混合料的成型及性能研究

由于橡胶颗粒具有较大的弹性变形能力,所以用橡胶颗粒代替部分集料而铺筑的路面具有良好的除冰融雪性。本研究主要从级配、混合料拌和工艺、橡胶颗粒弹性模量对混合料性能的影响等方面,对橡胶颗粒沥青混合料进行了研究,确定并验证了橡胶颗粒沥青混合料的级配和拌和工艺,同时研究也表明橡胶颗粒沥青混合料的空隙率和回弹率都和橡胶颗粒的弹性模量具有良好的线性关系。     

不同种类抗冻结路面抑制结冰效果对比研究

为了解决我国北方气候寒冷地区路面积雪结冰对公路发展和交通安全运营的影响。通过室内路面破冰模拟试验仪验证橡胶颗粒、盐化物沥青混凝土的抑制结冰能力。在抑制结冰试验中提出的指标摆值平均加权衰减量与摆值平均加权衰减率,可以定量描述抗冻结沥青路面的抑制结冰能力。在一定的温度范围内,物理类与化学类抗冻结沥青路面均具有良好的抑制结冰能力,其中化学类抗冻结沥青路面的抑制结冰能力更优。     

基于正交试验法的橡胶沥青混合料级配及成型拌和工艺参数研究

由于橡胶颗粒具有较强的弹性变形能力,因此橡胶颗粒沥青混凝土路面具有良好的除冰融雪性。采用正交试验法,以空隙率为评价指标,分别从沥青加热温度、集料加热温度、混合料的拌和温度、拌和时间和成型温度5个因素对橡胶混合料成型效果的影响进行了研究,确定了其级配设计及成型拌和工艺参数,并进行了验证。结果表明:橡胶沥青混合料具有较好的水稳定性。     

旧水泥混凝土路面加铺层中裂缝缓解层的有限元力学分析

旧水泥混凝土路面加铺改造后主要破坏来自于旧水泥混凝土路面的反射裂缝,如何防止反射裂缝的发生也是旧水泥混凝土路面加铺改造的难点.为此,研究采用大碎石沥青混合料作为裂缝缓解层,对比分析了大碎石沥青混合料、密级配AC-20混合料、级配碎石与水泥稳定碎石4种不同加铺层的结构应力,采用有限元分析方法分析了在最不利荷载作用下,温度应力、荷载与温度应力耦合作用下以及加铺材料中的孔洞对加铺层底应力的影响,发现大碎石沥青混合料裂缝缓解层对防止反射裂缝的发生具有良好的作用.     

刻槽填充弹性铺装路面破冰及抗滑性能评价

为了验证不同填筑高度和不同环境下的刻槽填充弹性铺装路面的破冰性能和抗滑性能,文章开展刻槽填充路面的室内破冰试验和摩擦系数测试.首先通过理论分析,明确了刻槽填充路面的破冰机理.然后通过室内破冰试验,研究填充材料在高于、平齐和低于沥青路面表面的三种填筑高度和不同冰层厚度下的刻槽填充路面破冰性能.最后通过摆式摩擦系数测试,验...     

不同因素对路表冰层冻粘强度的影响分析

针对目前国内道路冬季积雪结冰只能封闭交通或依靠融雪剂的问题,采用试验的方法,以冰层冻粘强度为评价指标,结合不同载体、同一载体不同冻结时间和冰层厚度几个不同因素,分析了其对冰层冻粘强度的影响。结果表明:在同一冰层厚度、相同冻结时间及相同冻结温度的条件下,以亲水性好的水泥混凝土作粘结面的冰层冻粘强度要较以憎水性好的橡胶混凝土作粘结面的冰层冻粘强度大。而在相同载体的条件下,冰层的冻结时间与厚度对冻粘强度几乎没有影响。从而可以判断采用憎水性的路面材料具有减粘、防粘的作用。     

融冰降噪复合功能型混合料在桥面沥青铺装工程中的应用研究

冬季凝冰给季冻区沥青路面行车带来安全隐患,城镇区路面行车产生的噪声对周边居民的影响亦不容忽视。为解决上述问题,提升沥青路面冬季抗凝冰能力,降低交通噪声影响,近年来沥青路面表层混合料也从功能单一型向复合型发展。优选胎面胶破碎得到的橡胶颗粒材料,通过等体积代换法设计了复合功能型融冰降噪沥青混合料;在级配选择上,考虑颗粒填充和降噪效果,充分发挥橡胶颗粒的弹性降低路面在轮载作用下的振动和摩擦噪声,并基于其界面受力不均匀特性实现自应力融冰;在路用性能方面,为提升耐久性,采用高黏沥青作为胶结料。分别从混合料设计、路用性能评价、试验段实施等方面进行了研究,结果表明开发的融冰降噪复合功能型沥青混合料具有良好的融冰、降噪效果。该研究成果可为沥青路面表面功能层的设计及应用推广提供借鉴。