基于CT和流动试验的沥青胶浆裂缝自愈性能研究

为了研究沥青胶浆裂缝自愈性能,通过小梁的三点弯曲试验、沥青毛细作用试验和CT扫描,并结合Arrhenius方程进行了相关性分析.结果表明:在粘弹性理想和适宜温度的条件下,如果间歇时间足够长,裂缝可以完全愈合;沥青胶浆裂缝的自愈性能的主要影响因素是温度和间歇时间,同时也受到沥青粘度和裂缝宽度的影响,据此提出了裂缝愈合率的评价指标.     

沥青自愈合行为评价及影响因素分析

利用动态剪切流变仪(DSR)进行了改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验，采用毛细流动扩散理论证明了评价方法适用性，表征了沥青自愈合行为。通过响应面法分析了愈合时间和损伤程度对沥青样品自愈合性能的影响规律。结果表明：改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验可用于表征沥青愈合特性。沥青损伤程度越大，初期瞬时湿润愈合能力越差，而后期扩散愈合率越强。延长愈合时间，降低损伤程度，对沥青自愈合有积极作用。影响沥青自愈合性能因素强弱排序为：愈合时间>损伤程度>愈合时间与损伤程度的交互作用。     

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。     

高温条件下沥青与集料黏附性能研究

为了实现从细观角度对黏附性的定量评价,基于沥青在集料表面的铺展过程中接触角的变化规律,提出能够定量表征沥青与集料黏附性能的评价指标。基于润湿理论,借助躺滴法,采集不同温度条件下接触角的图像信息。从接触角的拟合方程中提取技术参数,进而实现对黏附性能的定量分析。研究结果表明:在高温条件下,沥青在集料表面铺展时的接触角随时间的变化呈y=Axa的幂函数曲线关系,幂函数常数项A表征沥青初始接触角的大小,接触角的初始状态与沥青在该温度下的黏度状态相关,常数项A与沥青的黏度取对数后满足线性关系;幂函数指数项a表征沥青在集料表面扩散速率的大小,反映了沥青对集料的润湿、黏附性能;试验研究的3种标号基质沥青在辉绿岩表面扩散速率具有较高的温度敏感性,且沥青对辉绿岩的润湿、黏附性能要好于石灰岩。     

矿粉掺量对沥青胶浆低温黏弹特性影响研究

为了探究粉胶比的变化对沥青胶浆体系低温黏弹性能的影响,通过小梁弯曲蠕变试验测试了不同矿粉掺量下4种不同类型沥青胶浆体系的低温性能,引入低温系数λ进一步评价胶浆体系的低温性能;基于黏弹性理论,结合Burgers黏弹性本构模型方程,对-18℃温度下沥青胶浆的蠕变柔量曲线进行非线性拟合,得出Burgers模型4个黏弹参数的变化规律。结果表明:粉胶比增大,各沥青胶浆体系的劲度模量S及低温系数λ增大,蠕变速率m及黏弹比RV减小,说明体系的黏性特征减弱,低温抗裂性能降低,弹性特征增强,抵抗变形的能力提高。     

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。     

沥青自愈合性能评价指标修正及应用

通过对比和分析现有沥青自愈合指标的不足，以模量下降速率重新定义自愈合指标，该指标值越小说明沥青材料的自愈合性能越优。采用动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer，DSR）对7种沥青进行不同间歇时间和不同损伤度下间歇加载式的自愈合试验，以毛细扩散理论下的自愈合行为方程对自愈合指标进行线性拟合，获得代表沥青瞬时自愈合和后期自愈合的参数，用以研究沥青的自愈合性能。结果表明：沥青的自愈合指标随着间歇时间的增大而减小，但其变小的速率趋于缓慢；7种沥青在不同损伤度下的自愈合指标值与间歇时间的0.25次方存在较好的线性正相关，判定系数R²均在0.85以上，无论是基质沥青还是改性沥青，新指标都具有较好的适用性；SBS改性沥青的瞬时自愈合优于基质沥青，随着添加到SBS沥青中改性剂掺量的增大，改性沥青的瞬时自愈合表现出先弱后强的趋势，而这7种沥青的后期自愈合性能与其瞬时自愈合性能正好相反，代表瞬时自愈合和后期自愈合的参数具有较好的负相关，说明瞬时自愈合性能优的沥青其后期自愈合性能较差。     

生物油再生沥青自愈合机理分析

对再生沥青进行流变性能测试、微观结构表征、结构特性分析及宏观性能测试,研究生物油对老化沥青自愈合性能的影响,建立了再生沥青微观结构和宏观性能的构效关系。借助分子动力学软件及Wool-O’Connor自愈合模型计算得到最佳愈合温度时的最短愈合时间。研究结果表明:生物油再生沥青(BRA)的愈合行为包括黏性流动和弹性恢复,在高温(60℃和80℃)环境下,BRA的愈合行为取决于黏性流动,而在低温(20℃和40℃)环境下BRA的愈合行为取决于弹性恢复。在60℃的愈合试验温度、5%的疲劳应变条件下,BRA的最佳愈合时间为30 min,最短完全愈合时间为32 min;试验结果和模型计算结果相近,自愈合模型可较好地分析BRA的完全愈合时间。老化3年、5年、10年的BRA在其最佳愈合温度时的最短愈合时间分别为32,52,78 min,表明生物油可在一定程度上提高旧路面老化沥青的部分自愈合性能。     

基于表面润湿理论的再生剂-老化沥青界面扩散行为评价

为研究再生剂-老化沥青界面扩散行为及其影响因素,采用Wilhelmy吊片法测试了不同温度下再生剂的表面张力及其与老化沥青间的接触角,计算得到润湿过程中的热力学参数浸润功和动力学参数润湿速度（润湿时间）,研究了再生剂自身性质、环境温度及沥青老化程度对界面扩散行为的影响。结果表明：环氧大豆油（ESO）的掺入降低了再生剂的接触角,增大了浸润功,加快了润湿速度,缩短了润湿时间,提升了再生剂的润湿性能,促进了再生剂-老化沥青的界面扩散,而十二烷基苯磺酸（DBSA）的掺入则对再生剂-老化沥青的界面扩散有不利影响;温度对再生剂-老化沥青界面扩散行为影响显著,随着温度升高,再生剂的黏度降低,接触角减小,润湿速度加快,再生剂在较短时间内即可充分包裹老化沥青表面;再生剂表面张力越大,其在老化沥青表面浸润功越大,界面扩散动力越大,扩散过程更易自发进行;再生剂在老化沥青表面的接触角越小,其在老化沥青表面的润湿速度越快,再生剂液滴更容易形成包裹老化沥青表面的再生剂膜;再生剂的黏度越低,流动性越好,其在老化沥青表面的润湿速度越快,有利于再生剂-老化沥青界面的扩散;沥青的老化对再生剂-老化沥青的界面扩散有不利影响,随沥青老化程度的加深,再生剂在其表面的润湿性能下降,界面扩散程度降低。故为保证再生剂对老化沥青的再生效果,在再生剂选择及研发时,应优先选用表面张力更大、黏度更低且与老化沥青间接触角更小的再生剂。     

生物油再生沥青自愈合机理分析（双语出版）

对再生沥青进行流变性能测试、微观结构表征、结构特性分析及宏观性能测试，研究生物油对老化沥青自愈合性能的影响，建立了再生沥青微观结构和宏观性能的构效关系。借助分子动力学软件及Wool-O'Connor自愈合模型计算得到最佳愈合温度时的最短愈合时间。研究结果表明：生物油再生沥青（BRA）的愈合行为包括黏性流动和弹性恢复，在高温（60℃和80℃）环境下，BRA的愈合行为取决于黏性流动，而在低温（20℃和40℃）环境下BRA的愈合行为取决于弹性恢复。在60℃的愈合试验温度、5%的疲劳应变条件下，BRA的最佳愈合时间为30 min，最短完全愈合时间为32 min；试验结果和模型计算结果相近，自愈合模型可较好地分析BRA的完全愈合时间。老化3年、5年、10年的BRA在其最佳愈合温度时的最短愈合时间分别为32，52，78 min，表明生物油可在一定程度上提高旧路面老化沥青的部分自愈合性能。     

玄武岩纤维沥青胶浆的路用性能

为了研究玄武岩纤维对沥青混合料性能的影响,对不同玄武岩纤维掺量下的纤维沥青胶浆进行锥入度、软化点、延度、弹性恢复和表观粘度试验,考察玄武岩纤维掺量及温度对纤维沥青胶浆性能的影响,同时分析纤维沥青胶浆的作用机理.试验结果表明,玄武岩纤维的加入可增加沥青混合料中结构沥青的比例,提高集料表面沥青膜的厚度,改善沥青胶浆的高、低温性能及疲劳性能,从而增强路面的耐久性.玄武岩纤维的加入降低了纤维沥青胶浆的锥入度,提高了纤维沥青胶浆的软化点、弹性恢复和表观粘度.由不同玄武岩纤维掺量下沥青胶浆的延度试验和表观粘度试验可知,过量加入纤维会影响混合料的应变性能和工作性.     

锥入度与球入度作为橡胶沥青性能评价指标的适用性研究

为了研究锥入度与球入度作为评价橡胶沥青性能指标的适用性及检测指标间的相关性,通过大量室内检测数据进行了系统分析。研究结果表明:采用针入度评价橡胶沥青温度敏感性易造成数据失真,而锥入度可作为室内评价橡胶沥青性能的检测指标;传统弹性恢复指标不能合理评价橡胶沥青弹性恢复特性,延度指标不适用于评价橡胶沥青低温抗裂特性;黏温指数可作为评价橡胶沥青感温特性指标,当胶粉掺量为20%,粉胶比为1. 0时,橡胶沥青胶浆黏温指数最大,其中HD2类型橡胶沥青胶浆黏温指数达2. 031 7;温度敏感性复数指数可量化评价橡胶沥青等胶结料的感温性指标;采用动态剪切流变仪温度扫描试验得出的存储模量对数和损耗模量对数分别与温度对数进行线性回归,拟合得出评价橡胶沥青胶结料温度敏感性复数指数方程;针入度和锥入度与不同温度布氏旋转黏度具较高的拟合程度,其中锥入度与180,165,135℃布氏黏度拟合相关系数分别为0. 908 6,0. 901和0. 915 9;针入度与锥入度二指标之间具有较好的线性相关性能,二者拟合相关系数达0. 905 9;弹性恢复和回弹恢复与不同温度布氏黏度间存在较好的相关性,其中回弹回复与180,165,135℃布氏黏度拟合相关系数分别为0. 943 1,0. 921 7,0. 940 7;弹性恢复和回弹回复二指标之间线性相关系数达0. 862 6;回弹恢复性能可有效反映橡胶沥青弹性恢复特性,球入度可作为一种橡胶沥青弹性恢复性能评价指标。     

控制损伤条件下沥青材料的断裂愈合性能

沥青材料具有自愈性能,并通过对微损伤的修复,使沥青路面可持续使用。然而,沥青材料的自愈通常和粘弹性变形的恢复同时发生,使得沥青材料的愈合性能分析变得复杂。该文在控制材料损伤条件下,并排除粘弹性模量恢复的影响,对沥青结合料的自愈性能进行评价。首先,该文制定了一个愈合试验方案和数据分析方法,通过试验可以对沥青造成损伤并在间歇期前评定损伤等级,然后在愈合过程中监控沥青材料性能的变化和评价损伤愈合的程度;其次,建立愈合方程,在不同损伤等级及温度下模拟沥青材料的愈合性能。基于两种材料(PG 64-28、PG 70-28)的试验结果,发现在沥青材料模量长期的恢复过程中,主要受到自愈性能的影响,而粘弹性模量恢复在荷载移除后的早期就会发生,而且,沥青材料的愈合性能和疲劳性能的恢复受温度和损伤等级的影响很大。     

碳纤维沥青胶浆路用性能试验研究

碳纤维是"外柔内刚"的新一代增强纤维。采用锥入度试验、低温延度试验和动态剪切流变试验,分析不同掺量和不同长度碳纤维条件下沥青胶浆的抗剪强度、低温性能和高温流变特性。结果表明:掺入碳纤维沥青胶浆抗剪切性能显著增强;随着纤维掺量增大、纤维长度增加,沥青胶浆抗剪强度提高,但其低温延度有所降低;碳纤维能显著提高沥青胶浆高温抗车辙性能,其对沥青的稳定与增强作用是主要原因。     

脱硫橡胶沥青胶浆试验研究

为了探明脱硫橡胶沥青胶浆的性能,研究制备脱硫橡胶沥青胶浆,借助脱硫橡胶溶胀模型,采用锥入度试验对脱硫橡胶沥青胶浆的高温性能展开研究,同时利用拉拔仪对其粘结性能进行研究,研究过程中采用40目橡胶沥青胶浆进行对比性试验;研究结果表明:脱硫橡胶沥青大幅度的降低了橡胶沥青的高温粘度,有利于施工和易性;脱硫橡胶沥青胶浆的抗剪强度远远大于相同胶粉掺量下的40目普通橡胶沥青胶浆,且其抗剪强度随胶粉掺量及粉胶比的增加而增大;脱硫橡胶沥青胶浆的拉拔强度略低于相同胶粉产量下的40目橡胶沥青胶浆,但两者最佳胶粉掺量下沥青胶浆拉拔强度,前者远远大于后者.     

基于黏弹理论的橡胶改性沥青自愈性能研究

为研究橡胶改性沥青的自愈性能,从橡胶沥青的黏弹特性出发,测试了温度、持续时间对橡胶沥青黏弹性能的影响,分析基于黏弹理论的橡胶沥青自愈性能。采用DSR流变仪分析研究了温度扫描和时间扫描模式下橡胶沥青的自愈性能,评价了粉胶比、应力大小、损伤度对橡胶沥青自愈性能的影响,建立了橡胶沥青的自愈指数——损伤度的数学模型。研究结果表明:温度越高,持续时间越长,沥青材料的黏度越低,从而提高了分子的流态特性,有利于沥青材料实现自愈合;随着粉胶比的增加,橡胶沥青的布氏黏度逐渐增大,自愈能力降低;作用应力越大,自愈能力越小;自愈期前后的初始模量和损伤度基本相同,表明橡胶沥青实现了自修复,自愈性能较好;沥青材料自愈合性能与损伤度成反比,损伤度越大,材料的可恢复性越小,自愈合性能越不显著;通过自愈合指数方程,能够较准确预测不同损伤度条件下沥青材料的自愈合能力。     

沥青混合料自愈合性能与砂浆厚度分布特征关系

沥青混合料自愈合行为与沥青砂浆的细观分布特征关系密切,但目前相关判据不足。为此,采用数字图像处理技术定量表征沥青砂浆的细观结构,并分析其与混合料自愈合行为的关系。首先,优化沥青混合料砂浆厚度计算的方法,提出基于图像分析的砂浆平均厚度T_m和砂浆厚度分布标准偏差S_Dt指标;其次,对6种不同沥青混合料砂浆的二维图像进行统计分析,验证细观砂浆厚度参数的有效性;最后,通过有无间歇时间的半圆弯曲疲劳试验获取沥青混合料的自愈合指数H,并进行宏细观指标的相关性分析。结果表明：级配类型和最大公称粒径均对沥青砂浆的空间分布有重要影响;矿料间隙率（VMA）和沥青饱和度（VFA）与砂浆细观参数之间不存在明显相关关系,证实了宏观体积参数在表征沥青砂浆细观分布特征方面的不足;沥青混合料的自愈合指数同时受砂浆平均厚度和空间分布均匀性的影响;综合指标T_m/S_Dt与宏观愈合指数H之间有很好的相关性,可以有效表征沥青混合料的自愈合效率。     

水泥和粉胶比对沥青胶浆性能影响

为研究水泥及粉胶比对不同沥青胶浆性能的影响,用水泥替代全部矿粉分别制备了不同粉胶比的基质沥青胶浆和SBS改性沥青胶浆。研究了两种胶浆的延度、软化点、针入度、锥入度和布氏旋转黏度随粉胶比的变化规律,并计算了两种胶浆的抗剪强度,建立了黏温曲线,推荐了最佳粉胶比。研究结果表明,水泥的掺入和粉胶比的增大会降低两种沥青胶浆的延度、针入度和锥入度,可提高两种沥青胶浆的软化点、抗剪强度和黏度,显著改善两种胶浆的高温性能。在一定粉胶比范围内,水泥可提高沥青胶浆的高温性能且不会对低温性能造成大的影响。     

紫外光照下的沥青胶浆材料性能评价

紫外光辐照强度高是我国高海拔高原山地地区气候特征的主要表现形式,探究紫外光辐照下沥青混合料耐久性具有重要工程价值,而沥青胶浆是决定耐久性能的首要因素。为了研究定量紫外光照下填料掺量对不同沥青材料性能演变规律,以新建临哈线道路工程为依托,通过常规技术性能试验和流变性能测试试验评价不同粉胶质量比的基质沥青胶浆、改性沥青胶浆耐久性性能。试验结果显示,定量紫外光辐照下沥青胶浆常规性能和流变性能的演化取决于矿粉掺量及与沥青相互作用,与车辙因子相比,两种沥青胶浆光老化前后的抗疲劳因子和低温蠕变劲度模量影响较为明显;数据回归和方差分析结果显示,沥青耐紫外光老化能力与填料掺量有显著性关系,其中填料与基质沥青最佳质量比为1.0～1.1,与改性沥青最佳质量比为0.9～1.0,在上述范围内紫外光辐照强度是影响材料性能的主导因素。     

再生剂-废旧沥青界面铺展润湿与扩散融合性能评价

分别采用液滴形态分析仪(DSA)和旋转剪切流变仪(DSR),针对不同作用温度、作用时间施加下的再生剂-废旧沥青界面铺展润湿行为和界面扩散融合特征进行量化评价,并建立二者性能演化的相关方程。结果表明:随作用温度逐步升高,再生剂-废旧沥青界面作用形式呈浸湿状态并趋向铺展,界面接触角δ逐级递减;自由能Wb先增后降,峰值点对应的温度范围在55～65℃区间;润湿速度V和融合速率DS呈线性函数增长,融合程度DOB呈抛物线增长并最终趋于稳定;短期老化废旧沥青Wb值和V值分别是长期老化废旧沥青的1.0～1.6倍和1.0～1.2倍,DOB值和DS值分别是长期老化废旧沥青的1.4～1.8倍和1.7～1.9倍,并且前者可实现100%完全融合状态,后者融合程度仅能达到70%。而随作用时间增加,V值和DS值呈指数函数快速下降,Wb值和DOB值呈对数函数快速增加,各行为参数最终均趋于稳定。再生剂-废旧沥青界面铺展润湿行为和扩散融合特征线性相关性显著,通过测试前一阶段界面铺展润湿行为效应可精准预估后一阶段扩散融合性能结果,为科学评价RAP沥青界面扩散融合特征提供了新途径。