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。     

基于彩色数字图像技术的粗集料松方密实方法选择

为确保沥青混合料集料骨架结构的形成,需要找到一种与路面沥青混合料相近的粗集料密实成型方法。基于彩色阈值分割技术,准确提取粗集料颗粒,根据颗粒的积聚状态特点,利用粗颗粒长轴与X轴正方向的夹角角度为评价指标,研究振实、捣实和旋转压实3种粗集料密实方法的粗集料堆积形态,并与沥青混合料试件粗颗粒长轴夹角进行对比。结果表明:基于彩色图像处理技术,避免了大颗粒被判断为小颗粒的误差,保证全部粗集料颗粒均被有效提取。捣实法粗集料夹角明显小于沥青混合料试件统计结果,粗集料松方振实法与沥青混合料试件颗粒长轴夹角统计结果数据最为接近,与捣实和旋转压实相比,是一种更为准确的粗集料密实方法。     

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.     

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。     

水泥稳定炉渣碎石混合料的疲劳特性

为了研究水泥稳定炉渣碎石混合料的疲劳特性,采用旋转压实和静压成型方法分别制备炉渣掺量为0%,10%,20%,30%(质量分数)的水泥稳定炉渣碎石混合料试件,通过劈裂疲劳试验、三分点弯曲疲劳试验测试其疲劳寿命并建立疲劳寿命回归公式,分析了炉渣集料掺量、试件成型方法、疲劳试验方法对水泥稳定炉渣碎石混合料疲劳性能的影响。结果表明,由于炉渣集料物质组成不均一,水泥砂浆对玻璃、陶瓷的裹覆程度较差,熔渣颗粒存在较多孔隙,内部容易形成较多微裂缝,水泥稳定炉渣碎石混合料的疲劳寿命低于水泥稳定碎石混合料,同时随着炉渣集料掺量的提高,水泥稳定炉渣碎石混合料的疲劳性能逐渐降低,对应力比的敏感性也逐渐降低;与静压成型相比,采用旋转压实成型混合料的疲劳寿命较高,对应力比的敏感性更小,旋转压实可减少混合料成型过程中的级配衰减现象,更能反映混合料的真实疲劳特性;当炉渣集料掺量为30%时,在疲劳寿命和对应力比敏感性两个方面,采用旋转压实成型试件的劈裂疲劳试验均与三分点弯曲疲劳试验更为接近,根据水泥稳定炉渣碎石混合料试件中集料颗粒分布与现场压实情况的一致性,水泥稳定炉渣碎石混合料基层施工推荐采用旋转压实成型试件。     

骨架密实结构水泥稳定碎石粗集料抗破碎性能研究

粗集料形成的骨架结构对骨架密实结构水泥稳定碎石路用性能有较大影响。在室内利用振动压实设备对不同级配4.75～26．5mm的粗集料进行上振压实,并对压实后的粗集料进行了破碎情况试验。试验结果表明粗集料的破碎程度不但与压实后粗集料的孔隙率而且与集料中较粗颗粒含量有关。在几种级配形式中连续级配粗集料在压实后孔隙率最小,集料中粗颗粒含量适中,故破碎程度较小。     

基于图像分析技术的不同压实方法沥青混合料级配变化特征研究

利用图像分析技术(IPT)计算集料针片状含量、级配降级程度以及集料排列一致性比率,并将其与实际量测和现场钻芯试件相比较,借以评估2种不同实验室压实方式的压实效果。将实验室压实试件经抽提筛分后与工地拌和级配通过图像分析技术进行比较,发现马歇尔击实法比旋转压实法(SCG)更易造成集料级配降级。因此,旋转压实方式更能模拟现场摊铺碾压的情况。     

基于旋转压实的水泥稳定再生集料设计方法

废旧水泥混凝土再生集料具有吸水率较高的特点,将其用于路面半刚性基层时传统的击实设计方法得到的水泥稳定再生集料含水量偏高,半刚性材料更加容易发生干缩开裂。为了解决这一问题,提出采用旋转压实成型方法设计水泥稳定再生集料,减小再生混合料的干缩变形,形成适用于再生集料的水泥稳定再生材料设计方法。通过室内试验对比水泥稳定再生集料在传统成型方法下与旋转压实成型方法下的配合比设计结果,试验结果表明:采用旋转压实成型法设计得到的水泥稳定再生集料的最佳含水量较传统方法得到的小;旋转压实80次的干密度指标对应于传统击实法的设计结果,但旋转压实试件的强度高于静压法试件;当水泥用量超过7%时,材料的强度主要受水泥控制,成型方法对强度影响较小;存在一个使水泥稳定再生集料的最佳含水量与最大干密度达到稳定的压实次数,可通过设置合理的压实次数,以最大干密度与抗压强度稳定状态为设计目的确定配合比。研究提出的旋转压实设计方法更适用于水泥稳定再生集料的配合比设计,可用于指导水泥稳定再生集料基层或垫层的材料设计。     

集料针片状颗粒含量指标试验研究

为探讨集料的针片状颗粒含量对沥青混合料性能的影响,设计由不同岩性、不同针片状颗粒含量集料组成的AC-13和SMA-13沥青混合料,采用旋转压实法(SGC)制作试件进行体积指标、高温稳定性、水稳定性、抗疲劳性能试验。结果表明,AC-13沥青混合料矿料中3∶1型针片状颗粒含量≤30%、SMA-13沥青混合料矿料中3∶1型针片状颗粒含量≤20%时,对沥青混合料体积指标、高温稳定性、水稳定性及抗疲劳性能的影响不显著,建议对集料针片状颗粒含量提出AC类混合料≤30%、SMA类混合料≤20%的控制要求。     

旧沥青路面冷再生水稳基层力学性能试验研究

将冷再生旧沥青路面面层应用于水泥稳定碎石基层,并通过旋转压实方法和传统重型击实方法进行对比分析,开展不同水泥用量和压实度下的冷再生水稳基层材料的力学性能试验研究。试验结果表明:在相同含水率条件下,与传统重型击实方法相比,旋转压实法成型的试件强度更高;随着旋转次数的增加,水稳试件的压实度逐渐升高,曲线变化速率由快变慢,当旋转次数大于100次时,其对水稳试件的压实度的影响很小;通过旋转压实成型方法可以成型指定压实度的冷再生水泥稳定碎石试件,当压实度达到98.9%后,其相同水泥用量的试件强度大小基本不变。     

基于体积指标的多孔隙水泥稳定碎石设计方法

以集料的体积指标作为级配设计的基本参数,粗集料形成的骨架嵌挤结构为出发点,通过振动击实确定每档粒径集料的体积指标,并以该指标为基本控制参数,混合料设计空隙率为已知控制变量,同时引入Bailey设计方法中粗集料比(CA)用以控制混合料的离析,建立集料体积指标的关系表达式。得出骨架孔隙结构水泥稳定碎石的级配范围和设计级配。根据室内试验和理论分析得出多空隙水泥稳定碎石的含水量的确定方法。通过旋转压实和静压成型试件,分析并提出适宜的压实方案。建立压实次数和7 d抗压强度的关系。     

废弃混凝土再生集料基层的新成型方法

通过对废弃混凝土再生集料的加工和性质的检测．以水泥做结合料，在试验室利用击实成型方法确定再生集料基层的最佳含水量和最大干密度．并检验其力学性能，发现试验结果离散性大。通过室内试验．证实了击实和静压试验使再生集料发生不同程度的破碎，使再生集料内部存在缺陷；而振动压实成型在选择合理参数情况下能避免缺陷的产生。利用振动压实成型的再生集料基层的力学性能符合规范要求，是废弃混凝土再生利用的一个有效途径。     

试验室压实方法对热拌沥青混合料空隙率及力学性能的影响

马歇尔和Superpave沥青混合料设计法都是主要基于体积参数,但是这两种方法确定最佳沥青用量均很大程度上受试验室压实方法的影响,该文主要评价压实方法对沥青混合料空隙率和力学性能的影响。试验方法包括马歇尔和Superpave沥青混合料设计法(两种试件尺寸)、法国旋转剪切压实机(PCG)压实法以及LCPC法国碾压机碾压法。对压实方法、试件尺寸和旋转压实次数对空隙率和最佳沥青用量、力学性能、永久变形和疲劳性能的影响进行了评价。在中、重交通下,对于公称最大粒径≤12.5 mm的沥青混合料,推荐采用直径100 mm的SGC试件;如果旋转压实次数小于该文采用的100次,则建议采用直径150 mm的SGC试件。     

基于室内不同成型方式的水稳碎石冷再生基层特性研究

采用重型击实成型和振动压实成型两种方式,分析水泥稳定碎石基层铣刨料的物理特性和路用性能,并与现场施工效果进行对比.研究表明:振动压实成型方式下再生混合料路用性能有较大幅度的提高,7天无侧限抗压强度显著高于重型击实成型方式,二者强度比随着水泥用量的增加而提高.结合取芯芯样试件内部集料排布和空隙率状况,振动压实成型方式与实...     

黄土室内振动压实特性试验

室内振动压实是室内击实成型试件的一种新方法,能较好地模拟振动压实的特点。研究了静面压力、频率、激振力和振幅等振动压实参数对黄土压实效果的影响规律,提出了一组压实效果好并且与现有振动压路机的技术参数相符的黄土振动压实的推荐参数;对黄土的振动成型方法和成型后的物理、力学性能进行了探讨,并与击实试验做了对比分析。研究结果表明：振动压实黄土得到的最佳含水质量分数、最大干密度均比室内击实的要小,振动压实黄土的回弹模量比室内击实黄土的回弹模量要大;不同成型方式对材料的物理、力学性能影响很大。     

沥青稳定碎石基层旋转压实成型参数的试验研究

SHRP试验设备中的旋转压实成型机(SGC)在我国应用于沥青面层的研究已日渐广泛,技术也日益成熟,但当应用于沥青稳定基层材料时有着很大的不同.在改变SGC的压力值、旋转压实次数等压实参数,以及不同沥青用量的情况下,分析了集料的破碎程度和成型试件的试验条件等因素,得出了适用于沥青稳定碎石基层材料的旋转压实成型参数.     

基于SmartRock传感器测试的沥青路面振动压实试验研究

通过现场试验测试沥青混合料在振动压路机压实荷载作用下的动态响应规律,可以更合理地为制定压实工艺提供技术参考。文中设计现场试验方案,利用SmartRock传感器测试沥青路面在振动压实过程中的加速度响应;通过建立沥青混合料颗粒加速度峰值与碾压遍数关系开展各面层碾压过程的对比分析。结果表明,沥青混合料集料颗粒竖向加速度与压实遍数的拟合度最高;下面层混合料比中、上面层混合料吸收更多来自压路机的压实能,压实相对困难,在碾压施工中需要更多的压实遍数。     

细集料对沥青混合料空隙率影响分析

采用不同细集料、级配类型、油石比、沥青类型和成型方法成型试件进行试验，研究细集料对沥青混合料空隙率的影响，并计算试件空隙率。试验结果表明，采用玄武岩粗细集料成型试件，试件空隙率明显偏大，都超出规范要求范围；采用玄武岩粗集料和石灰岩细集料成型试件，试件空隙率较小，都满足规范要求。其主要原因是玄武岩细料毛体积密度偏大，并且其不容易压实。建议最好采用玄武岩粗集料和石灰岩细集料成型试件，慎重采用玄武岩粗细集料成型试件，如该地区缺少石灰岩细集料，则应先检测玄武岩细集料的特性。     

振动压实下不规则颗粒细观响应的离散元模拟

为了揭示颗粒材料在振动压实中空间结构的演化过程,采用不规则颗粒及颗粒接触界面生成的二维算法子程序,在指定的级配类型范围内随机生成不规则颗粒体,分别赋予颗粒体和孔隙相应的材料参数,对振动压实作用下不规则颗粒体的细观响应进行了分析.数值模拟结果表明:在振动压实过程中,颗粒之间存在相对竖向位移和相对侧向位移.颗粒的侧向位移与竖向位移沿着轴对称线大体呈对称分布;颗粒空间结构的变化不仅表现为水平位移调整和竖向位移调整,而且还表现为旋转调整;发生较大转角的颗粒在试样中部的最大半径处,颗粒转角变化沿着主应力路径呈"涡"形分布;随着密实度的提高,颗粒长轴逐渐偏向与振动压实荷载垂直的方向.     

不同马歇尔击实方法乳化沥青冷再生混合料细微观结构性能研究

基于X-ray CT和数字图像处理技术研究了五种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细微观空隙分布特征,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,同时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。