SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

考虑自愈合补偿的多种沥青混合料疲劳性能比较

为给疲劳优先工况条件下的抗裂沥青混合料设计及改性剂选择提供参考,通过选定相同的沥青用量,采用小梁疲劳试验机研究了11种不同沥青混合料在考虑了自愈合补偿后的疲劳性能.采用50％初始劲度模量降低疲劳寿命Nf50评价基质沥青混合料疲劳性能,采用归一化劲度次数积疲劳寿命NfNM评价改性沥青混合料的疲劳性能.研究结果表明:当未考虑自愈合时,11种沥青混合料中SBS-AC13疲劳性能最好,当考虑自愈合后,仍是SBS-AC13疲劳性能最好;橡胶沥青混合料ARAC-13自愈合能力最好;疲劳自愈合能力与空隙率、级配都呈很好的相关性.     

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。     

沥青及其混合料自愈合性能试验研究

为了对比分析基质沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青的自愈合性能,并研究沥青种类、愈合环境、破坏程度对混合料疲劳-自愈合进程的影响。通过DSR(动态剪切流变仪)的Time-Sweep(时间扫描)模式测试了沥青复数剪切模量随加载次数的变化,采用愈合指数HI评价沥青的自愈合能力;利用DSC(差示扫描量热仪)测试沥青相态转变过程中的焓变;基于四点弯曲疲劳试验测试了混合料劲度模量随加载次数的变化。研究结果表明:从流变性角度分析,橡胶改性沥青的自愈合性能最好,SBS改性沥青次之,基质沥青最差,随着损伤度的增大,以上3种沥青的自愈合指数呈下降趋势;从分子扩散角度考虑,基质沥青的自愈合能力最小,基质沥青愈合裂缝的能力优于SBS改性沥青及橡胶改性沥青。沥青类型及愈合环境对混合料的愈合进程具有重要影响,提高愈合环境的温度可以加速混合料的愈合,破坏程度的增加对混合料的自愈合具有负面影响。     

硅藻土复配SBR改性沥青混合料的疲劳性能试验研究

为研究硅藻土复配SBR改性沥青的疲劳性能，制备了连续级配和间断级配硅藻土复配SBR改性沥青混合料，对多种类型硅藻土复配SBR改性沥青混合料展开间接拉伸疲劳性能试验，得到不同类型沥青混合料在不同温度下的疲劳方程。研究表明：混合料的类型、试验温度、硅藻土及SBR均对沥青混合料的疲劳寿命有影响；相同温度及混合料类型条件下，间断级配的疲劳寿命高于连续级配；相同级配及沥青混合料条件下，5℃条件下的疲劳寿命高于25℃的疲劳寿命；相同温度及级配条件下，硅藻土、SBR均可提高基质沥青混合料的疲劳寿命，表现为疲劳方程的K值增大，n值减小，且硅藻土对疲劳方程系数的影响程度大于SBR，即硅藻土复配SBR改性沥青混合料疲劳寿命的提高主要取决于硅藻土。     

损伤程度对沥青混合料损伤-愈合行为的影响研究

沥青混合料具有自愈合能力，而目前沥青混合料损伤愈合行为的作用机制仍不明确。因此，本文对多因素条件下的沥青混合料自愈合特性进行了研究，从而有助于确定有效的沥青路面养护策略。基于四点弯曲疲劳试验，对不同损伤程度的沥青混合料自愈合进程进行对比分析。结果表明：愈合时间和愈合温度对不同损伤程度的沥青混合料自愈合能力具有积极作用，而低温条件对沥青混合料的自愈合性能具有较大不利影响。给定足够的愈合时间及愈合温度，100%湿度条件对沥青混合料自愈合能力影响显著，将使沥青混合料自愈合效率降低至15%-45%左右。损伤程度的增大对沥青混合料自愈合能力的削弱作用显著。损伤程度过大时，部分微裂纹相互贯通扩展为宏观裂纹，超过裂纹自愈合的临界宽度，导致无法愈合。此时，需借助其他增强愈合性能的手段进行外界干预，从而提高沥青混合料的自愈合效率，进而一定程度恢复路面的服役性能。     

影响沥青混合料抗剪强度的试验研究

通过对影响沥青混合料抗剪强度参数的因素进行试验分析,研究不同的集料类型、沥青混合料级配、沥青用量以及压实度因素对抗剪强度参数的影响。结果表明:沥青是影响最大抗剪强度的主要因素,集料特性对混合料的内摩阻角影响显著;在最佳沥青用量附近,混合料的最大抗剪强度达到最大值;最大抗剪强度随着压实度增大、空隙率减小而增大,可以通过增加压实度使沥青路面抗剪能力增大。     

布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳耐久性试验研究

为了研究布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳耐久性,利用万能材料试验系统,对基质沥青混合料、布敦岩沥青改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行4种不同应力比条件下的疲劳耐久性试验,分别拟合得到3种沥青混合料的疲劳方程拟合参数,并对试验结果进行对比分析。试验结果表明:在相同应力比条件下,基质沥青混合料疲劳寿命最短,SBS次之,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命最长;布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳方程拟合参数K最大,n最小。疲劳方程拟合参数K和n表征布敦岩沥青改性沥青混合料对于应力比变化的敏感程度最低,在荷载水平增加相同幅度的条件下,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命衰减量最小,进一步说明其具有较好的抵抗疲劳荷载的能力,其疲劳耐久性最好,将其用于沥青路面铺筑可有效延长路面的使用寿命。     

泡沫沥青+水泥半柔性基层混合料性能与经济性分析

为分析半柔性路面材料的性能,从材料与级配的角度研究了矿料级配组成、水泥掺量、泡沫沥青用量对混合料路用性能的影响,采用灰熵法对影响泡沫沥青+水泥稳定碎石性能的主要因素进行显著性排序,并根据工程案例对半柔性混合料的经济性进行分析。研究结果表明:1)混合料的空隙率随沥青用量的增大而减小,随水泥掺量的增加在1%水泥掺量时出现极小值; 2)材料参数对混合料劈裂强度的影响表现出无序性; 3)提出矿料干涉系数DF、填充系数DS和干涉/填充比FR对不同级配具有显著差异,可用来描述混合料的级配特征; 4)级配参数、油石比、水泥掺量对空隙率的灰熵关联度为FRWRDFCCDS,劈裂强度为CCFRWRDSDF,水稳定性为FRWRDFCCDS,FR与路用性能相关性显著,证明了采用FR评价混合料性能的可行性。半柔性基层混合料全寿命周期成本低于半刚性基层,具有较好的经济效益。     

沥青混合料配合比优化设计及性能验证

本文以AC-16C沥青混凝土为例,基于提高沥青混合料的高温稳定性提出沥青混合料配合比优化设计。通过调整工程级配范围、使用改性沥青、降低沥青用量、提高填料用量、增大混合料空隙率等措施进行优化设计,分析矿料级配、沥青性能、油石比、粉胶比、空隙率对高温稳定性的影响,并验证混合料马歇尔稳定度、动稳定度、浸水残留稳定度等性能指标。为夏季炎热地区沥青混合料配比设计提供参考。     

冻融循环条件下沥青混合料性能衰变规律研究

为分析冻融循环对沥青混合料性能的影响,本文对冻融循环作用后沥青混合料劈裂强度、空隙率、动态模量以及疲劳性能进行了试验分析。试验研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料劈裂强度、动态模量及疲劳寿命逐渐降低,且冻融循环初期衰减较快;沥青混合料空隙率随冻融循环次数的增加总体呈增加趋势,并且SMA沥青混合料空隙率增加程度大于普通密级配沥青混合料。     

沥青混合料疲劳寿命的新现象学模型研究

该文对印度公路和道路运输部所规定的3种级配沥青混合料进行了四分点疲劳试验,并评价了其疲劳寿命。试验采用应变控制模式,加载为频率10Hz的正弦加载,温度为20℃。所有混合料的空隙率都控制在(4.0±0.2)%,同时对沥青混合料进行了马歇尔残留稳定度和间接拉伸强度的测试以评价其性能。在此基础上,提出了一个评价沥青混合料疲劳寿命的新现象学模型。试验研究表明:弹性改性沥青疲劳寿命最长,并且具有最低的应变敏感性。塑性改性沥青混合料太脆导致在高应变水平下表现较差,SMA的疲劳寿命比密级配沥青混合料的疲劳寿命高近5倍。新的模型不仅与试验结果高度吻合,而且在统计上也比传统模型更加可靠。     

废胶粉对热拌沥青混合料疲劳性能的影响

以废旧轮胎磨成的胶粉颗粒作为改性剂生产橡胶沥青是废物利用的有效措施。该文研究内容包括:沥青混合料疲劳开裂性能的改善措施;橡胶沥青混合料、普通沥青混合料及SBS改性沥青混合料的性能对比。通过借助UGR-FACT与拍照设备,观察裂缝在每一时刻的传播,研究了4种由相同矿物级配、不同沥青构成的沥青混合料的疲劳性能。结果表明:传统沥青路面一旦出现裂缝,路面损害将迅速发展。而掺入废胶粉延缓了路面表面开裂,因此,橡胶沥青混合料的疲劳开裂寿命远超传统沥青混合料。此外,采用干法工艺在混合料中添加胶粉,比其他添加方式产生的裂缝更窄、更少。     

沥青路面长寿命加铺层疲劳性能试验研究

疲劳开裂是沥青路面使用过程中所必须面临的结构问题。从长寿命沥青路面设计理念出发,选取三种不同级配沥青混合料,采用应变控制的四点弯曲疲劳试验,对三种沥青混合料以及两组复合结构加铺层的疲劳特性进行分析,回归得到三种沥青混合料以及复合结构的疲劳寿命预估方程。研究结果表明:沥青马蹄脂SMA-16混合料+AG-20沥青混合料复合结构具有优异的抗疲劳性能,适宜用作沥青路面长寿命加铺层复合结构。     

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。     

沥青混合料半圆弯曲低温断裂-愈合特性

采用半圆弯曲(SCB)试验评价了不同级配沥青混合料在低温环境中产生宏观开裂后的自愈合性能。在0℃时将带有切缝的AC-13,SMA-13,AC-20混合料半圆试件进行SCB断裂-愈合-断裂试验。根据试验结果计算获得了半圆试件宏观开裂的临界荷载、临界断裂能和J积分断裂韧度,并将愈合后和愈合前的临界荷载比、临界断裂能比和J积分断裂韧度比定义为沥青混合料自愈合指数,用其量化分析沥青混合料的自愈合性能。研究结果表明:采用SCB试验可以评价沥青混合料的宏观开裂自愈合性能,在0℃时发生宏观开裂的沥青混合料在一定环境中能发生自愈合,如在100℃环境中愈合8 h后,愈合指数超过50%;愈合指数随温度和时间的增加而增加,但存在一个有效愈合期,超过该愈合期后,提高温度和延长时间对愈合能力无显著提高,在愈合时间8 h时,有效愈合温度宜为60℃,在愈合温度为60℃时,有效愈合时间宜为8 h;相同条件下,混合料开裂程度越大,愈合能力越低;沥青混合料自愈合性能除了与沥青用量有关,还受混合料级配矿料粒径大小的影响,本研究中沥青混合料愈合能力大小顺序为:AC-13SMA-13AC-20。     

纤维改性沥青混合料性能研究进展

纤维作为一类沥青混合料添加剂和稳定剂,能有效改善沥青路面的各项性能指标,延长沥青路面的使用寿命。该文通过分析国内外相关文献,总结了纤维改性沥青及沥青混合料的作用机理、纤维掺量对性能的影响及不同类型纤维改性沥青的特点。纤维能有效改善沥青混合料的高温性能、低温性能和疲劳性能,尤其对沥青混合料的抵抗低温和疲劳开裂具有较大的优势。选择合适的纤维长度和掺量、改性纤维的表面结构都能提高纤维的改性效果。纤维复配改性沥青可改善单一改性沥青的部分性能不足的问题,进一步提升沥青混合料的综合性能。纤维改性沥青混合料可全面提升沥青路面的综合性能,为持久耐用的长寿命路面提供技术支持。最后,结合纤维增强作用机理对沥青混合料的性能影响进行分析,给出了后续的研究方向。     

多年冻土区冻融循环作用对沥青混合料弯拉性能的影响

为准确评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青混合料弯拉性能和细微观结构的损伤机理,针对北方寒冷地区沥青路面在荷载、低温、水冻融循环作用下剩余弯拉强度和疲劳寿命进行研究,制定了适宜的冻融循环试验方案,建立了不同沥青结合料沥青混合料的空隙率、弯拉强度(弯拉应变)、劈裂强度和疲劳寿命在不同冻融循环作用次数下的衰变规律,基于工业CT无损检测分析技术,获得了不同冻融循环次数下四种沥青混合料细观空隙结构变化特征,研究了冻融循环作用对沥青混合料平均空隙直径、空隙轮廓分维数的影响规律,分析给出了冻融循环作用下沥青混合料弯拉性能的损失率计算模型。结果表明:沥青混合料的弯拉强度、最大弯拉应变、劈裂强度、疲劳寿命随冻融循环次数的增加呈减小趋势,经历25次冻融循环后弯拉性能和疲劳寿命衰减趋于平缓。沥青混合料受冻融循环作用后弯拉强度和抗疲劳性能衰变规律符合logistics曲线模型;随着冻融循环次数增大,沥青混合料内部平均空隙直径增大,空隙轮廓分维数减小,平均空隙直径与沥青混合料弯拉性能之间的线性拟合关系良好;使用改性沥青具有维持冻融循环作用下沥青混合料内部空隙直径、空隙轮廓分维数变化不大的作用,在高原寒冷地区建议优先选用SBS或SBR改性沥青。     

空隙率对沥青混合料水稳定性与渗水性能的影响

水损坏是沥青路面主要病害之一,而空隙过大、存在渗水通道是引发水损害的主要原因之一。为了研究不同空隙率对沥青混合料水稳定性和渗水性能的影响,制备了不同空隙率的沥青混合料试件,并分别进行了饱水率试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及渗水性能试验。结果表明：沥青混合料试件的饱水率随空隙率增大而增加,且空隙率超过8%时,饱水率快速增加;残留稳定度和冻融劈裂强度比均随空隙率增大而减小;沥青混合料试件的渗水系数随着空隙率的增大而增加,且空隙率大于8%时,沥青混合料的渗水系数急剧增大。     

高弹改性沥青在钢桥面铺装中的应用研究

针对目前钢桥面铺装面层沥青混合料容易产生疲劳开裂的问题,根据沥青混合料粘弹原理中的累积耗散能和滞后环线理论,提出通过降低沥青混合料每次滞后环线的损失能量从而提高沥青混合料疲劳寿命的观点.根据此原理开发了高弹改性沥青,对高弹改性沥青的高低温性能以及疲劳性能进行了试验验证,高弹改性沥青混合料的低温变形能力有很大的提高,-10℃低温大梁弯拉应变大于10 000με,4点弯曲小梁疲劳寿命比普通改性沥青混合料的疲劳寿命有了很大的提高,1 000με疲劳寿命达到190万次,是普通混合料的疲劳寿命的20倍左右.