沥青混合料内部空隙分布特征(英文)

利用X-ray CT无损检测设备分别对Marshall与SGC成型的AC-16、SMA-16与OGFC-16三种沥青混合料的内部结构进行扫描,利用数字图像处理技术,分析了混合料内部的空隙分布特征.分析结果表明:沥青混合料内部空隙呈不均匀分布状态,其变异性受成型方式与级配型式的影响.在试件的高度方向,SGC成型试件的内部空隙总体上呈现"两头大、中间小"的特性,但Marshall成型试件的空隙分布特征并不显著.在试件的横向,AC-16与SMA-16试件的空隙较多地分布在试件边缘,试件呈"外疏内密"状态.     

基于图像技术的大空隙沥青混合料空隙特征与路用性能关系

以3种级配的PAC-13和PAC-16混合料马歇尔试件作为载体,运用cosmos图像处理技术获取了混合料试件的内部有效空隙分布,分析了有效空隙分布特征与混合料路用性能的关系。结果表明:有效空隙图像可以定性描述大空隙沥青混合料的连通情况和分布特性,相同检测面积内最大骨料粒径越大形成的有效空隙(面积)越大,有效空隙率分布范围为6.5%～12.8%;大空隙沥青混合料的强度和马歇尔稳定度都随着空隙率或面积率的增加而减少;大空隙沥青混合料的渗透系数随着空隙率或面积率的增大而增大;有效空隙面积(面积率)与大空隙沥青混合料空隙率具有一致性,可以用于分析大空隙沥青混合料的有效空隙分布及其路用性能变化趋势。     

单轴贯入试验试件高度对沥青混合料剪切强度的影响

将AC-13,AC-16和AC-20等3种沥青混合料制备成不同厚度的车辙板芯样试件,采用28.5 mm压头进行了单轴贯入试验,研究了不同试件高度对沥青混合料的抗剪强度性能的影响。结果表明:当3种沥青混合料试件高度分别等于或大于5 cm,6 cm和7 cm时,抗剪强度和剪切应变趋于常数,不再受试件高度变化的影响。结论是所研究的3种级配沥青混合料,将单轴贯入试验的试件厚度采用车辙试验确定出的与最大公称粒径相匹配的结构层厚度是合理的。     

AC-25粒度分布对级配离析的影响

在AC-25级配范围内,通过调整拌合楼各热料仓比例生产出7种级配的沥青混合料,采用贝雷法将AC-25级配组成划分为0～0．3、0．3～1．18、1．18～4．75、4．75～13．2、13．2～31．5 mm 5个区间,运用灰色关联法计算了不同级配的各区间集料含量与级配离析的灰色关联度。分析结果表明：灰色关联度可以较好地反映AC-25级配区间集料含量对级配离析的影响程度,5个区间4．75～13．2、0．3～1．18、0～0．3、1．18～4．75、13．2～31．5 mm的关联度依次减小;4．75～13．2 mm区间集料含量与级配离析的灰色关联度最大,该区间集料含量的变化对最终路面级配变异会产生较大影响,设计时可通过调整该种集料含量以获得较好的抗离析级配;1．18～4．75 mm 和13．2～31．5 mm粒径区间的集料含量与级配离析的灰色关联度偏小,说明粗集料和细集料中的较粗部分对级配离析的影响较小;各级配区间集料含量与级配变异程度的二次回归相关系数大于0．6,说明集料间交互作用对最终离析程度影响较大,仅考虑单个筛孔通过率对沥青混合料性能的影响,有可能会消弱集料级配的离析特征,应从不同粒级组合角度分析沥青混合料级配的抗离析性能。     

大孔隙高黏改性沥青混合料降噪特性试验研究

大孔隙沥青混合料以其内部较大的连通空隙率在排水降噪方面具有较大优势。利用驻波管法对沥青混合料SMA-13、AC-13以及OGFC-13的降噪特性进行试验研究,分析了级配类型、混合料厚度、表面特征等对沥青混合料吸声性能的影响。研究结果表明:高黏改性沥青中TPS改性剂和SBS改性剂的最佳复合比为5%SBS+11%TPS,OGFC-13试件的降噪系数、平均吸声系数和吸声系数峰值均为同厚度的SMA-13和AC-13的两倍以上,吸声性能指标与三种级配的沥青混合料厚度具有较好的线性拟合关系,同时较大的表面构造深度和较小的表面暴露率能够有效提升沥青混合料的吸声降噪性能,能够为透水降噪沥青混合料的设计提供理论指导。     

不同矿料骨架干法橡胶沥青混合料的胶粉分布特征与级配适应性

为了探究符合干法橡胶沥青技术特点的混合料级配,从混合料微观结构和宏观性能上验证设计级配特点。根据胶粉变化和贝雷法设计原理分别设计AC-13C、SMA-13、SAC-13和AR-AC-13S四种级配类型,运用X-ray CT微观试验方法和图像处理技术,从微观结构层次研究四类级配类型的区别和优劣,分析得出在橡胶粉各断面胶粉数量和含量的空间分布上,AC-13C和SAC-13类型的级配胶粉含量值离散和变异程度最小,分布更为均匀,SMA-13次之,AR-AC-13S最差,从胶粉分布的角度看,AC-13C更适合干法橡胶沥青混合料;通过室内混合料路面性能试验,对连续与间断级配的沥青混合料的高低温稳定性能及水稳定性能进行了分析论证,进一步验证了微观试验结果。微观和宏观试验均表明,连续级配在干法橡胶沥青混合料中更加适用,工程实践应优先选择。     

两种抗滑级配混合料设计及性能对比试验研究

选定两种抗滑类型沥青混合料AC-13K与Superpave-13,按照马歇尔沥青混合料设计方法和Superpave法成型试件得到二者的最佳级配和最佳沥青含量,根据对两种沥青混合料分别制备马歇尔试件,测定其主要参数,进行抗水损害试验和车辙试验,以了解两种沥青混合料的抗车辙性能和抗水损害性能。     

多因素下AC型HMA的水损害性能

应用正交试验设计分析了多因素下AC-13和AC-20热拌改性沥青混合料冻融劈裂强度的影响因素及其相关性。结果表明,级配组成是决定AC-13沥青混合料冻融劈裂强度的关键性影响因素,而油石比变化影响则较小;空隙率和砂当量是影响AC-20沥青混合料冻融劈裂强度的关键因素;冻融劈裂强度与马歇尔性能指标存在良好的线性关系。最后,给出了提高施工质量控制措施的建议。     

考虑均匀性的沥青混合料最佳沥青用量确定方法

为了确定沥青混合料中的最佳沥青用量,利用CT技术识别沥青混合料各组分内部结构特征,并以粗集料、沥青砂浆和空隙各组分的密度和面积为主要特征参数,提出了沥青混合料的均匀性评价指标,建立了沥青混合料均匀性评价方法;分析了沥青混合料马歇尔设计方法中的体积设计参数与内部结构各组分特征的关系,考虑了沥青混合料内部结构的均匀性,建立了沥青混合料最佳沥青用量的确定方法,并选用3种沥青混合料(AC-13、AC-16和AC-20)对该方法的有效性进行了验证。分析结果表明:沥青混合料的均匀性评价指标与空隙率具有良好的对应关系,最小均匀性评价指标对应沥青混合料试件内部结构均匀性最佳时的空隙率;基于均匀性评价方法所得的空隙率与密度试验测算空隙率的平均差值为0.28%,并据此计算的间隙率和饱和度与采用马歇尔设计方法得到的间隙率和饱和度的平均值差值分别为0.27%和1.33%,因此,利用考虑均匀性的沥青混合料内部结构各组分体积特征参数可以准确地表征沥青混合料马歇尔设计方法中的体积设计参数;采用最佳沥青用量确定方法与马歇尔设计方法得到的AC-13、AC-16和AC-20三种沥青混合料最佳沥青用量差值分别为0.07%、0.03%和0.05%,这表明了最佳沥青用量确定方法的有效性。     

采集方法对数字图像沥青混合料离析评价影响研究

为了研究采集方法对数字图像处理技术沥青混合料离析评价方法评价结果的影响,提出合理的图像采集条件,通过对AC-13、AC-25级配类型混合料图像、不同光照强度下沥青混合料图像、不同采集高度图像进行数字图像预处理,采用四边静矩变异系数评价图像均匀性,并对比分析变异系数结果.研究结果表明:500张AC-13、AC-25级配类型沥青混合料图像静矩变异系数结果,主要集中于0～1.5％区间,下面层AC-25级配类型沥青混合料相对上面层AC-13更易产生离析;在光照强度充足情况下,不影响均匀性评价结果,但在夜间光照不足时结果出现偏差,需要对图像采集进行光照补偿;采集高度为60 cm时,集料颗粒面比与实际相符,随着采集高度的增加,预处理图像中大颗粒粘连颗粒增加,影响均匀性评价的准确性.     

不同疲劳损伤程度下沥青混合料二维细观结构的 特征分析

对于沥青路面疲劳破坏的研究往往侧重于宏观层面,难以了解沥青混合料细观破坏所造成的影响。以AC-13C级配的沥青混合料为例,采用CT无损扫描技术与数字图像处理技术(DIP)相结合的方法,来观察沥青混合料不同疲劳损伤程度下的细观特性,分析不同损伤程度下疲劳试件的空隙率、CT数与强度、刚度之间的变化关系,得出其具有较好的线性相关性,沥青混合料的劈裂破坏及破坏位置与细观结构的变化密切相关。     

基于数字图像技术的沥青混合料内部集料分布特征

针对Marshall与SGC成型的AC-16,SMA-16与OGFC-16 3种级配沥青混合料试件,采用数字图像处理技术研究集料颗粒在试件竖向剖面内的分布状况,用统计方法对集料主轴方向角进行重点研究.研究结果表明:对于AC与SMA试件,集料颗粒的主轴方向角呈显著的正态分布特性,对于OGFC试件其规律并不显著.从主轴方向角的离散性上来看,SGC旋转压实成型试件的方差较Marshall试件要大.     

硅质石灰岩在高速公路沥青路面抗滑表层中的运用

为了分析硅质石灰岩在高速公路沥青路面抗滑表层中的适用性,采用SBS改性沥青,对硅质石灰岩AC-13沥青混合料的路用性能和长期磨耗性能进行了试验研究。结果表明：AC-13硅质石灰岩沥青混合料的高稳定性、水稳定性和抗滑性能均满足规范要求;加速加载试验结果表明硅质石灰岩沥青混合料经过长期磨耗作用后,试件表面仍具有较高的摩擦系数,可以在较长的运营时间内保持较好的抗滑性能。综上,硅质石灰岩可用于高速公路沥青路面抗滑表层的建造。     

沥青混合料粗集料抗疲劳性能

为研究AC-13沥青混合料在重复荷载下各挡粗集料的抗疲劳性能,提出反映各挡粗集料特性的沥青混合料等效基体(AC-9.5、AC-4.75、AC-2.36、AC-1.18)概念;通过疲劳过程等效基体的开裂特性,分析各挡集料的抗疲劳能力。建立疲劳过程Miner线性损伤模型,设计不同应力水平的劈裂强度试验和疲劳试验,得出各等效基体劈裂抗拉强度和疲劳寿命。依据损伤模型与疲劳寿命结果,划分沥青混合料及其等效基体不同损伤程度(20%~80%)的疲劳作用次数;定义裂纹贯穿比例,分析不同应力水平等效基体随损伤程度的裂纹贯穿变化规律。结果表明:9.5~13.2 mm集料和4.75~9.5 mm集料对提高AC-13沥青混合料抗疲劳性能的作用大于2.36~4.75 mm和13.2~16 mm集料;通过提高4.75~13.2 mm集料的质量分数可以提高沥青混合料的抗疲劳性能,但提高13.2~16 mm和2.36~4.75 mm集料的质量分数对提高抗疲劳性能作用不明显。     

沥青混合料水稳性试验研究

采用马歇尔法与Superpave法设计了SMA-13、SAC-13和AC-13这3种沥青混合料,按照4％、7％、10％和13％的孔隙率成型3种混合料试件,分别对其进行冻融劈裂性能试验,并对SAC-13试件进行短期老化和长期老化后的冻融劈裂试验。试验结果表明,沥青混合料的类型、孔隙率与老化时间对其水稳定性均有较大影响,建议规范取7％孔隙率作为水稳定性能评价孔隙率。     

SBS改性沥青混合料宏观裂缝微波自愈合研究

为研究微波加热对SBS改性沥青混合料宏观断裂—愈合性能的影响,制备AC-13型沥青混合料半圆试件,采用半圆弯曲试验和微波加热对试件进行断裂—愈合—断裂试验,采用愈合前、合后加载试验的抗拉强度比值作为愈合指数HI(healing index),分析了加热时间和微波强度对试件表面温度和沥青混合料自愈合性能的影响。研究结果表明:微波加热过程主要是集料中的极性粒子吸收微波,产生热量并传递给弱极性的沥青,实现混合料整体升温;试件表面温度随加热时间、微波强度呈良好的二元线性回归关系;在一定范围内,加热时间、微波强度的增长能够促进混合料自愈合行为,这主要与该微波条件下混合料达到的温度有关,AC-13型SBS改性沥青混合料经微波强度700 W,加热100 s或微波强度560 W,加热120s后达到最佳的强度恢复率为83%～85%,试件表面温度在90-96℃之间。     

热阻式SMA-13沥青混合料级配优化

为了研究热阻式SMA-13沥青混合料中耐火碎石最佳掺量, 设计了SMA-13沥青混合料配合比方案, 即在2.36~4.75 mm集料中, 耐火碎石体积掺量为100%, 在4.75~9.5 mm集料中, 耐火碎石体积掺量分别为20%、40%、60%、80%、100%, 在9.5~13.2 mm集料中, 耐火碎石体积掺量分别为10%、20%、30%;研究了耐火碎石掺量对SMA-13沥青混合料路用性能和阻热性能的影响规律, 提出了耐火碎石最佳掺量, 并分析了最佳掺量下热阻式SMA-13沥青混合料路用性能和阻热性能。试验结果表明: 与普通SMA-13沥青混合料相比, 将2.36~4.75 mm集料全部替换为耐火碎石时, 热阻式SMA-13沥青混合料路用性能降低约3%, 试件温度降低约1.4℃; 4.75~9.5 mm耐火碎石掺量占该粒径普通集料60%时, 热阻式SMA-13沥青混合料路用性能降低5%~10%, 试件温度降低约5.7℃, 阻热效果明显, 耐火碎石掺量超过60%时, 热阻式SMA-13沥青混合料路用性能急剧衰减, 阻热效果不明显, 掺量为60%~80%时, 热阻式SMA-13沥青混合料路用性能降低幅度达到10%~20%, 而试件温度降低幅度不超过0.7℃; 9.5~13.2 mm耐火碎石掺量占该粒径普通集料10%~20%时, 热阻式SMA-13沥青混合料路用性能基本不变, 而阻热效果明显, 掺量达到20%时, 路用性能降低约13%, 试件温度降低约7℃, 耐火碎石掺量超过20%时, 路用性能急剧下降, 无阻热效果, 试件温度增加0.1℃; 基于热阻式SMA-13沥青混合料降温效果最佳原则, 建议2.36~4.75、4.75~9.5与9.5~13.2 mm耐火碎石掺量分别占同粒径普通集料的100%、60%和20%。      

集料特性对沥青混合料抗剪性能的影响研究

从集料特性入手,通过单轴贯入试验和三轴压缩试验,研究分析不同集料类型和特性对AC-13沥青混合料抗剪性能的影响规律。研究表明,玄武岩沥青混合料的抗剪性能优于石灰岩,同时,减小集料的针片状颗粒含量、压碎值、磨耗值,提高其棱角性,能够增大沥青混合料的粘聚力和内磨擦角,从而提高沥青混合料的抗剪性能。     

细粒式纤维沥青混合料配合比设计与性能试验分析

为了分析纤维对沥青混合料的增强作用,选取2种代表纤维(聚酯纤维和玄武岩纤维)及3种常用表面层细粒式级配(AC-13C,SMA-13和OGFC-13),进行了大量沥青混合料配合比设计和室内性能试验.试验结果表明:玄武岩纤维比聚酯纤维具有更强的桥接、加筋和吸附作用;纤维的掺入可有效改善沥青混合料的各项物理和力学性能及路用性能,且对密实级配沥青混合料的增强效果优于开级配沥青混合料的,而玄武岩纤维的增强作用总体优于聚酯纤维的;由此确定细粒式纤维沥青混合料的适宜纤维掺量为:聚酯纤维0.2%～0.3%,玄武岩纤维0.3%～0.4%,可供工程应用参考.     

多孔沥青混合料空隙特征与路用性能关系

以3种级配的OGFC-13马歇尔试件作为载体,运用X-CT技术和数字图像处理技术获取了不同类型混合料试件的内部空隙分布图像,采用分形理论研究了多孔沥青混合料的空隙分维特征,分析了空隙分维特征与混合料路用性能的关系。分析结果表明:多孔沥青混合料的劈裂强度随着空隙率的增加而减少,随着空隙轮廓分形维数的增大而增大;多孔沥青混合料的渗透系数随着空隙率的增加而增加,随着空隙轮廓分形维数的增大而减小。采用空隙轮廓分形维数可以很好地解释多孔沥青混合料孔隙率基本一致但路用性能差异较大的原因,可以用于分析多孔排水沥青混合料的空隙分布及其路用性能变化趋势。