复合胶粉消石灰改性沥青混合料性能研究

首先制备了一种复合胶粉消石灰改性沥青胶浆A,探讨了沥青胶浆A的热稳定性,评价了掺有改性沥青胶浆A的沥青混合料的高低温性能以及水稳定性,并针对其动态模量进行了基于CAM模型的模拟研究。研究结果表明:以70号基质沥青、废胶粉、消石灰按3∶2∶5比例可制备得到改性沥青胶浆A,该沥青胶浆常温下为固态颗粒状。改性对混合料的低温性能以及抗水损害能力具有明显改善作用,而对于高温抗变形能力提升不明显。采用CAM对沥青混合料进行模拟可知,改性沥青胶浆A混合料的温度敏感性较好,高温性能拟合结果与试验结果相符。     

沥青胶浆对沥青混合料粘弹性的影响

为了研究沥青胶浆对沥青混合料粘弹性的影响,采用简单性能试验(SPT)对矿粉、添加剂和沥青三者组成的沥青胶浆进行研究,分析了粉胶比、纤维和水泥用量变化对沥青混合料粘弹性的影响。结果表明,粉胶比、纤维和水泥对沥青混合料粘弹性的影响程度不同,但沥青胶浆中添加适量的纤维、水泥后均可以提高混合料的抗高温变形性能。随着加入纤维量的增加,沥青混合料动态模量减小,而粘性增大;在胶浆中加入水泥对提高混合料粘弹性的效果不明显。另外,混合料动态模量随粉胶比的减少,先增大后减小,相位角逐渐增大。因此,在混合料设计时应注意对胶浆构成的比例,以达到改善沥青混合料粘弹性的目的。     

沥青混合料动态模量温度修正研究

为分析和评估沥青路面的承载能力,以及研究在车辆荷载的反复作用和环境影响下沥青层模量的衰减规律,需对沥青层反算模量进行温度修正,在相同的温度条件下进行比较。为了得到沥青层反算模量或沥青混合料动态模量温度修正系数,通过室内成型沥青混合料试件或现场路面取芯,应用简单性能试验机(SPT)测试沥青混合料试件的动态模量,回归沥青混合料动态模量与温度关系模型,建立沥青混合料动态模量温度修正模型。结果表明:指数函数能较好地拟合沥青混合料动态模量与温度的关系,推荐的沥青混合料动态模量温度修正模型能很好地反映沥青混合料在标准温度下的模量值。     

基于动态粘弹力学的沥青胶浆高温性能试验研究

通过对粉煤灰、矿粉、消石灰、水泥4种矿物填料组成的沥青胶浆进行动态频率扫描试验和稳态流动试验,对4种不同矿物填料、不同粉胶比对沥青高温性能的影响进行了评价。研究表明:沥青胶浆的线粘弹范围小于沥青的线粘弹性范围;掺加4种矿物填料的沥青胶浆在代表胶浆的低温状态的高频区域内复合模量的增长趋向一致,在代表胶浆的高温状态的低频区域复合模量的差别变大;相同粉胶比下消石灰对沥青的高温性能提高最显著,其他依次为粉煤灰、水泥、矿粉,但后三者对沥青的影响差别不大;粉胶比的增加与复合模量、粘度的增加并不成正比例。     

橡胶沥青砂浆与混合料复合模量的关联性

为探究橡胶沥青砂浆与混合料复合模量的关联性,从橡胶沥青砂浆角度预测了混合料的动态模量。首先将粗集料、沥青砂浆作为独立的两个单元,确定了橡胶沥青砂浆级配。然后采用PCG旋转压实法测定了各档粗集料的骨架间隙率,选取最小骨架间隙率作为确定粗集料各档比例和衡量沥青砂浆用量的尺度,设计混合料的空隙率为4%。通过集料的比表面积和沥青膜厚计算了沥青用量,完成了沥青混合料设计。分别按骨架最小间隙体积的85%,95%,100%和110%填充沥青砂浆,采用PCG旋转压实法成型沥青混合料试件,在沥青混合料性能试验仪上测定了混合料的复合模量。采用静压成型法制备沥青砂浆试件,测量了其复合模量。结果表明:沥青砂浆和混合料的复合模量满足幂函数关系,具有极高的相关性,沥青砂浆的动态模量最小,相位角最大;在相同条件下,混合料的动态模量随着沥青砂浆填充率的增加呈增大趋势,相位角无较大差别;根据沥青砂浆和沥青混合料的动态模量数据,采用西格摩德数学模型拟合动态模量主曲线,不仅可对沥青混合料动态压缩模量水平3进行补充完善,推动30%掺量橡胶沥青混合料在沥青路面中的应用,而且可从沥青砂浆角度研究混合料复合模量的黏弹特性。     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

环境温度变化对沥青路面轴载换算的影响

在不同的环境温度下,沥青路面车辆轴载换算指数是不同的,而非现行沥青路面设计规范中采用的定值4.35.在总结国内外研究成果的基础上,从沥青混合料的粘弹性力学性质入手,利用沥青劲度模量确定沥青混合料劲度模量,选用材料动模量,利用Bisar软件计算出半刚性基层沥青路面在不同温度下的荷载反应,分析拟合出半刚性基层沥青路面关于温度的轴载换算公式.考虑温度对轴载换算的影响,使轴载换算更加准确.     

集料粉尘对环氧沥青混合料强度及疲劳性能影响研究

为评价集料所含粉尘对环氧沥青混合料强度及疲劳性能的影响,选取辉绿岩、玄武岩、花岗岩3种集料所含粉尘,与两种矿粉对比,测试矿粉和粉尘的粒度及微观形貌;试验评价不同填料对环氧沥青胶浆拉伸强度的影响,以及填料对环氧沥青混合料强度及疲劳性能的影响;并利用SEM观察刻蚀前后环氧沥青胶浆断面的微观形貌,分析其影响机理。不同填料试验结果表明,3种粉尘粒径较小、颗粒形状不规则;填料岩性对环氧沥青胶浆拉伸强度影响不显著;粉料胶浆比矿粉胶浆拉伸强度平均提高20%;较细粉料比矿粉填料的环氧沥青混合料马歇尔稳定度平均提高约70%;更小粒径的粉料能增强环氧沥青胶浆拉伸强度,并显著提高环氧沥青混合料强度和疲劳性能。     

基于结构固有频率的沥青混合料动态模量及预估模型研究

为实现沥青混合料动态模量的快速、无损检测,开展了基于无约束共振法的沥青混合料动态模量研究。首先,基于固有频率计算原理和时温等效原理,分别采用无约束共振法和重复加载法构建动态模量主曲线,阐明无约束共振法测试动态模量的可行性;然后,基于无约束共振法揭示温度、级配类型和空隙率对沥青混合料动态模量的影响规律。基于此,构建包含584组试验数据的动态模量预估模型数据库,采用BP神经网络方法建立动态模量预估模型,并与传统Witczak预估模型进行对比。结果表明：采用沥青混合料固有频率表征动态模量合理可行;无约束共振法可将重复加载法构建的动态模量主曲线最大换算频率10⁷ Hz扩大至10¹⁴ Hz,构建更宽频域范围的动态模量主曲线,提高高频模量预估的准确性;BP神经网络预估模型的预测效果明显优于Witczak模型。研究为动态模量的快速、无损检测提供了技术基础。     

矿物纤维改善沥青混合料高温稳定性研究

分别采用动态模量试验、动态蠕变试验和车辙试验研究了玄武岩矿物纤维对沥青混合料的粘弹特性及高温稳定性的影响。研究结果表明,矿物纤维掺入后沥青混合料的动态模量和相位角具有相同的变化规律,且纤维的使用能提高沥青混合料的动态模量,表明玄武岩矿物纤维能明显提高沥青混合料的劲度,而60℃时沥青胶浆和沥青混合料的车辙因子增大。高温动态蠕变试验结果也表明,掺入矿物纤维后沥青混合料的流动值增大,达到流动值时循环荷载产生的应变和经历10 000次荷载作用后的应变均能得到大幅度的降低。与未掺矿物纤维相比,掺加0.4%矿物纤维后沥青混合料的动稳定度由5 869次/mm提高到7 656次/mm,同时车辙深度减小,表明矿物纤维能明显提高沥青混合料抵抗高温流动变形的能力。