基于AFM力曲线的温拌沥青混合料抗水损害性能评价

为了研究温拌剂对沥青及沥青混合料抗水损害性能的影响,研究基于原子力显微镜(AFM)力曲线,利用表面自由能理论测试了4种修饰改性后探针与3类沥青(1种原样沥青、2种温拌沥青)冻融处理前后的粘附功(内聚功),并结合试验路劈裂试验进行对比分析。结果表明:AFM力曲线能有效地表征沥青与微粒之间的粘附性能。不同探针测试结果显示:温拌剂的掺入并未使沥青抗水损害性能受到较大负面影响。同时劈裂试验也表明Sasobit温拌沥青抗水损害性能明显优于合成沸石类温拌沥青。     

塔河沥青及其改性沥青微观结构特征研究

采用原子力显微镜(AFM)分析了塔河沥青及其改性沥青机理，并对其表面粗糙度、黏结力、耗散能和弹性模量等微观力学指标进行研究，以此为基础建立了不同沥青AFM微观力学指标与高温指标的相关性。结果表明：沥青表面微观力学性能可以用来表征其老化过程中高温流变特性。掺加1%SBS对塔河基质沥青进行微改性后，其表面粗糙度增大，黏结力、耗散能明显提高，弹性模量与克拉玛依基质沥青基本相当；塔河沥青通过SBS/PPA复配改性后可在一定程度上提高塔河沥青的抗老化特性。研究结果为合理利用塔河原油资源提供了新的技术途径。     

基于表面能评价沥青—石料界面粘结性能的研究

该文根据表面能理论建立了沥青-石料界面的粘附模型,通过粘附性模型计算了3种沥青与3种石料的粘附功,并以此为指标评价了沥青-石料的界面粘结性能;然后通过室内抗剪强度试验验证了表面能理论分析的正确性;最后利用灰关联理论分析了粘附功、粘度、酸值、碱值等因素与抗剪强度的关联程度.结果表明:抗剪强度试验与表面能理论分析结果相一致,即影响沥青-石料间粘结性能的主要因素是沥青的种类,而石料对沥青-石料间界面粘结性能的影响则相对较小;在众多影响因素中表面能理论指标与抗剪强度试验结果的关联程度最好;也进一步说明了表面能理论作为一种定量评价沥青-石料界面粘结性能的方法和标准是可行的.     

基于表面能评价沥青-石料界面黏结性能的研究

沥青-石料的界面黏结性能直接决定了沥青混合料的强度、耐久性、稳定性等路用性能.根据表面能理论建立沥青-集料界面的黏附模型,通过黏附性模型计算了3种沥青与3种石料的黏附功,并以此为指标评价沥青-石料的界面黏结性能;然后通过室内石板材抗剪强度试验验证了表面能理论分析的正确性;最后利用灰关联理论分析黏附功、黏度、酸值、碱值等因素与抗剪强度的关联程度.结果表明:抗剪强度试验与表面能理论分析结果相一致;在众多影响因素中表面能理论指标黏附功与抗剪强度的关联性最好;进一步说明了表面能理论作为一种定量评价沥青-集料界面黏结性能的方法和标准是可行的.     

基于表面能的沥青黏附机理与评价

湿热环境作用下沥青-集料界面的黏附性破坏,是路面结构损害的重要成因;而沥青和集料的表面能与界面黏附性能密切相关。用载玻片替代集料进行试验,根据表面能理论,利用接触角测量仪测定两种沥青和两种集料的接触角,通过接触角计算出各个集料的表面能,最后算出沥青-集料的黏附功,用黏附功来表征沥青-集料的黏附性;接着模拟湿热环境对沥青-集料的影响,用偏光显微镜对剥落部分进行拍照,用Image-Pro Plus(IPP)软件计算得出剥落率来评价沥青-集料的黏附性。结果表明:表面能理论分析和用IPP软件计算出来的结论一致,更能说明表面能理论中的黏附功可以用来评价沥青-集料界面黏附性能。     

基于表面能理论的沥青与集料黏附性能评价

为定量分析沥青与集料的黏附性能,运用表面自由能理论,采用插板法对2种基质沥青(A-70~#、B-70~#)的表面能参数进行测试,采用蒸汽吸附法对5种集料(石灰岩、玄武岩、花岗岩、石英砂岩、破碎砾石)的表面能参数进行测试,并进一步计算出沥青-集料组合分别在无水、有水状态下的结合能以及表面能匹配性指标,并用表面能匹配性指标来评价不同沥青-集料组合的黏附性能,通过改进的水煮法试验加以验证,同时建立二者之间的联系。结果表明:表面能匹配性指标与改进水煮法的沥青残留率指标评价结果一致,5种集料的黏附性能从大到小排序依次为玄武岩、石灰岩、花岗岩、石英砂岩、破碎砾石,验证了表面能评价体系的可靠性,说明表面能法可作为定量分析沥青与集料黏附性能的试验方法;对表面能匹配性指标与沥青残留率的结果进行分析,发现二者具有良好的正相关关系,并以黏附性等级4级对应的沥青残留率为临界值提出2种沥青的表面能匹配性评价指标的技术要求。     

基于表面能理论的聚合改性集料对HMA水损害的影响评价

为了评价聚合物改性集料对热拌沥青混合料(HMA)水损害的影响,首先用通用吸附装置(USD)和动态白金板法测试石灰岩、花岗岩和石英岩三种普通集料及其被两种高、低密度聚乙烯(PE)改性集料的表面自由能。然后,基于表面自由能(SFE)理论计算了集料和沥青之间的粘聚力及沥青结合料、集料的内聚力。最后,通过测试试件的动态模量来验证表面自由能理论的计算结果。结果表明:利用聚乙烯(PE)改性能够增强沥青结合料对集料的润湿性以及沥青结合料与集料的粘聚力。用表面自由能理论计算结果和室内试验分析结果相同。用高密度聚乙烯(HDPE)改性的集料在本研究的两种试验方法中都表现出较好的抗水损害能力。     

表面能理论评价沥青与石料抗水毁性能的研究

目前关于评价沥青与石料粘附性的理论大多数计算麻烦,仅适用于做定性分析。本文根据表面能理论建立有水条件下沥青与集料粘附模型,通过粘附模型计算了2种沥青与3种石料有水条件下的粘附功、内聚功并以此来评价沥青与集料界面的抗水毁性能;并通过水煮3 min质量剥落率试验来验证用表面能理论来评价沥青与石料抗水毁性能的可行性。结果表明：水煮3 min质量剥落率与表面能理论计算的粘附功、内聚功等指标保持很好的规律性;说明将表面能理论作为一种定量评价沥青与石料抗水毁性能的标准和方法是可行的。     

环氧沥青抗水损害性能综合评价与验证

为建立环氧沥青抗水损害能力评价方法,基于表面能原理构建了ER0指标表征环氧沥青与集料之间的黏附性能,并开展环氧沥青砂浆宽频域动态剪切模量试验,对环氧沥青砂浆的内聚性能进行补充评价,并采用沥青酸值试验、浸水前后拉拔试验进行了验证。ER0指标和环氧沥青砂浆试验显示,Shell基质沥青的环氧沥青相较于Esso基质沥青的环氧沥青具有更好的黏附性能和砂浆内聚性能。验证试验结果与ER0指标和环氧沥青砂浆试验具有一致性,证明了ER0指标和环氧沥青砂浆综合评价环氧沥青抗水损害能力的可行性,可将其作为环氧沥青抗水损害能力的评价方法。同时也发现环氧树脂不同程度地降低了基质沥青的酸值,与基质沥青之间存在配伍性问题。     

图像处理技术在温拌沥青微观形貌分析中的应用

为准确识别不同类型及不同反应程度的温拌沥青(WMA),基于原子力显微镜方法(AFM)对温拌沥青微观形貌进行测试,采用数字图像处理技术,包括颜色矩和灰度共生矩阵方法,对温拌沥青的颜色特征和表面纹理特征进行描述。结果表明:B颜色分量可视为研究拌沥青反应机理和进行识别的主要决定因子。通过图像颜色特征描述,可对温拌沥青内部反应情况及改性作用进行定量分析;此外,通过提取温拌沥青的微观图像的特征值,可对不同类型温拌沥青和不同反应程度的沥青进行识别和鉴定。     

不同老化状态沥青纳米微观结构分析

轻敲模式原子力显微镜(AFM)已被广泛应用于沥青表面特征的研究。大部分现有研究认为沥青表面的蜂形特征都由蜡晶体构成。该文利用轻敲式原子力显微镜对5种老化状态迥异的沥青以及从两种沥青中提取的沥青质进行研究。研究发现:(1)试样表面凸起的盘形特征;(2)表面微凹的椭圆(有时是不规则的)特征。此外,战略公路研究计划(SHRP)沥青(AAD)适用于研究无蜡沥青中沥青质的形态。根据物理形态以及原子力显微镜下显示的微结构相位图,表明盘形和椭圆形微观结构可能由沥青质构成。对使用36年路面面层提取沥青的研究表明,其沥青质形态与假设中的岛状分子结构相匹配。     

沥青自愈合性能在不同影响因素下的评价

在控制应力和控制应变两种加载模式下,利用动态剪切流变仪(DSR)对4种沥青材料进行疲劳-愈合-再疲劳试验。通过正交试验比较在不同愈合时间、不同愈合温度、不同愈合疲劳程度以及不同种类的条件下沥青材料在自愈合前后性能的变化,测定出复数剪切模量(|G*|)和相位角(δ)两个重要指标。对现有的几种沥青自愈合评价指标进行对比、分析和总结,针对其不足之处提出建立基于能量学基础上的评价指标——能量密度比作为新的沥青材料自愈合评价指标。通过各种不同的指标来评价沥青材料的自愈合特性的强弱,并加深了解沥青材料自愈合的机理和过程。对各不同评价指标得出的结果进行比较,得出能量密度比为最佳自愈合评价指标,并用疲劳试验验证其正确性。     

沥青混合料表面构造水平及分布特性测试方法

为了弥补现有沥青混合料表面构造测试方法的不足,运用数字图像处理技术及频谱分析理论,提出了新型沥青混合料表面构造水平及分布特性测试方法。首先,运用二维数字图像处理技术从沥青混合料断面扫描数字图像中识取出混合料二维表面构造线;然后依据频谱分析理论,提出了表征沥青混合料表面宏观、微观构造水平评价指标L_(TX,0.5-31.5)和L_(TX,0.13-0.5)及表面构造分布特性评价指标L_(TX,m)。同时基于MATLAB,Visual Studio及Install Shield编程平台,开发了沥青混合料二维表面构造水平及分布特性测试分析软件。最后,分别将该方法与传统路面表面宏观、微观构造水平及其分布特性测试方法进行了室内对比测试试验。研究结果表明:该新型沥青混合料表面构造水平及分布特性测试方法,与传统路面表面宏观、微观构造水平及其分布特性测试方法所测结果之间具有良好的相关性,可准确测得沥青混合料表面宏观、微观构造水平及其表面构造分布特性。     

利用韧性比指标进行改性沥青低温性能评价

为了评价改性沥青低温性能,采用FDT试验进行研究,并将试验结果与沥青常规试验及SHRP试验结果进行比较,验证了FDT试验的可行性。基于FDT试验提出了新的沥青低温性能评价指标韧性比RT/V,然后利用RT/V进行多种不同改性沥青的低温性能评价,并比较常规试验指标及SHRP试验指标。结果表明,利用韧性比指标进行沥青低温性能评价与用常规指标和SHRP指标具有高度一致性,而且FDT试验具有操作简单,设备价格低廉等优点,因此利用韧性比进行沥青低温性能评价具有可行性。同时通过RT/V与BBR试验的m值相关性分析,提出要使得改性沥青具有良好的低温抗裂性能,即BBR试验的m值大于0.3,则要求RT/V不小于5.4。     

4mm DSR试验与BBR试验评价沥青低温流变性能比较研究

为更便捷、使用更少沥青样品来评价沥青低温流变性能,美国提出了使用DSR动态剪切流变仪和4mm(或8mm)平行板夹具的新的试验方法,称为4mm DSR试验。为验证该方法的有效性,基于4mm DSR试验方法并采用8mm平行板,评价不同种类沥青的低温流变性能,同时采用BBR试验进行比较。结果表明4mm DSR试验数据与BBR试验有较强线性相关性,且试验结果离散性更小,可以作为低温性能评价的补充试验。试验结果说明,30#沥青低温性能有限,而50#沥青的低温流变性能与70#及SBS改性沥青接近。     

Zycosoil抗剥落剂对沥青混合料水稳定性的影响研究

为探究Zycosoil抗剥落剂的使用效果,利用表面自由能和动态模量的关系模型,求得沥青剥落过程中集料裸露于水的面积百分比P,并以此作为沥青混合料水稳定性的评价指标,通过比较添加Zycosoil前后的沥青混合料P值的变化,分析Zycosoil抗剥落剂对沥青混合料水稳定性的影响。结果表明:P值可有效表征沥青混合料的水稳定性;添加Zycosoil抗剥落剂后,沥青混合料的抗水损害能力显著提高。     

温拌橡胶沥青降黏作用机理研究

为研究两种类型温拌剂(表面活性剂类和有机蜡类)对橡胶沥青的降黏作用机理,基于红外光谱、原子力显微镜、荧光显微镜等试验手段对温拌橡胶沥青的官能团、微纳观结构和形貌进行研究。结果表明：表面活性类温拌剂能显著增加橡胶沥青中的酰胺基团,并与沥青质、胶质发生相互作用形成较强的氢键,减小沥青质的缔合作用力;同时,这类温拌剂能在沥青微粒和橡胶颗粒表面形成结构性水膜,产生滚珠效应,从而降低沥青黏度。有机蜡类温拌剂则通过吸附、包裹在橡胶颗粒和沥青质周围,形成一层蜡膜,利用这种蜡膜的润滑、包裹、吸附作用,减小沥青质和橡胶颗粒间的摩擦,降低沥青黏度。无论是表面活性剂类还是有机蜡类温拌剂,其对橡胶沥青的降黏作用机理均是通过在橡胶颗粒和沥青微粒界面上产生润滑作用来降低橡胶沥青的黏度。     

沥青混合料高温性能试验方法

基于局部加载的思想设计了一种新的试验方法(局部三轴试验)来正确模拟路面实际状态,并获得准确的沥青混合料永久变形计算参数。通过ABAQUS有限元计算出试件、压头和底座的合理尺寸;利用该试验方法和常规三轴试验对AC20和SMA13沥青混合料进行了重复荷载蠕变试验,基于不同试验结果回归的参数对车辙试验建模计算,并与实测车辙对比分析。结果发现,局部三轴和传统三轴试验结果的规律性一致,流动次数FN均随温度和应力的增大而减小,且沥青混合料在高温或重载下均表现出较大的变形速率。但与车辙试验实测车辙量及永久变形率相比,由传统三轴试验所得参数计算出的结果偏小,而局部三轴试验所得参数计算出的车辙量及永久变形率与实测值较为一致;且从试验设备要求、试件制备过程和试验操作等方面分析,局部三轴试验更加简单易行。     

沥青韧性分析

本文介绍一种新的评价沥青力学性质的方法：沥青韧性试验方法，它能更好地反映沥青的综合力学性质，同时简地介绍了试验的具体步骤、所需仪器设备及试验结果的分析计算和评价。     

沥青混合料小梁蠕变试验与数值分析

蠕变性能是评价沥青混合料的重要指标之一。利用三分点小梁弯曲试验对沥青混合料的蠕变性能进行研究,探讨加载水平对蠕变曲线的影响。通过对试验蠕变曲线的拟合,获取沥青混合料的粘弹性参数,利用有限元方法对沥青混合料小梁的弯曲蠕变试验进行数值模拟,得出不同温度及不同荷载条件下沥青混合料小梁蠕变规律,并与试验结果进行比较。研究表明,同一温度下,随着应力水平的增大,永久变形会随之增大,且稳定期应变发展速率也会增大;粘弹性数值分析结果与试验结果吻合良好,可以反映沥青混合料蠕变前2个阶段的变形特征。