以剪切模量为控制指标的级配设计方法

通过对散体力学剪切模量公式的分析,提出以剪切模量为控制指标的沥青混合料级配设计方法,在设计步骤中充分考虑粗集料的剪切模量而不是以最小间隙率为控制指标,提高了沥青混合料的抗剪切性能,解决了沥青混合料出现高温稳定性不足易发生车辙病害的问题。新方法设计出的级配以粗集料形成抗剪骨架,细集料充分填充,最终形成骨架抗剪密实结构。通过室内试验比较分析,其高温稳定性和水稳定性优于比较级配,低温抗裂性满足规范要求,证明了以剪切模量为控制指标的级配设计方法,可以提高沥青混合料料的高温稳定性,减少高速公路车辙病害的发生。     

基于级配理论的沥青混合料骨架结构研究

沥青混合料由集料、沥青胶结料和空隙组成.沥青混合料体积90％由集料构成,集料所形成的结构主要取决于集料的粒径分布及其形状.该文提出了基于集料级配理论的沥青混合料骨架结构,并以此来表征沥青混合料的路用性能.研究提出了一个基于球体填充理论的计算方法.参数包括:一级结构下的空隙率、一级结构的破坏因子和沥青胶结料在骨架结构的分布情况,它们可用于评价骨架结构的承载能力.采用骨架结构模型对几种不同级配的沥青混合料高温抗车辙能力和水稳性进行了预测,预测结果和室内外试验结果具有很好的相关性,建立的骨架结构模型可很好地用于判别沥青混合料的抗车辙性能.     

抗车辙剂对含再生粗集料沥青混合料性能影响研究

采用再生集料替代沥青混合料中的天然集料具有巨大的经济潜力和环保优势,但其中的低强度水泥砂浆和砖块成分较天然集料更易在荷载作用下出现破坏,导致沥青混合料性能出现衰减,因此亟需探究改善含有再生集料沥青混合料性能的方法及其对沥青混合料性能的影响规律。该文选用富含聚乙烯PE的抗车辙剂,通过马歇尔配合比试验,分析不同抗车辙剂用量对再生集料沥青混合料的马歇尔力学指标、体积参数和沥青用量的影响;而后进一步探究抗车辙剂对再生集料沥青混合料的动稳定度、低温弯拉应变、冻融劈裂强度比和疲劳寿命的影响规律。试验结果表明:(1)砖块成分对再生集料沥青混合料的马歇尔性能具有明显的负面影响,应在再生集料中控制其含量;(2)富含PE抗车辙剂对提高再生集料沥青混合料的高温抗变形效果显著,同时也能在一定程度上改善再生集料沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能,具有良好的应用前景。     

抗剥落剂对花岗岩沥青路用性能的影响研究

提出通过外加消石灰和AR-68两种抗剥落剂来改善沥青相关性质,以及沥青和集料之间的粘附性,从而综合提高沥青路面的路用性能。试验表明,外加抗剥落剂能显著提高沥青与集料之间的粘附性,改善沥青混合料的组成结构,并且沥青混合料的水稳定性、高温稳定性均有明显提升。     

基于虚拟单轴贯入试验研究集料对沥青混合料抗剪性能的影响

基于X-ray CT技术对集料进行二维断层扫描,并将扫描图像二值化后使用MATLAB将集料轮廓点导入PFC3D中生成集料几何模型。在PFC3D中分别建立粗集料相、砂浆相和空隙相构建沥青混合料虚拟试件,随后根据接触对象分别设置相应的接触模型和微观参数,进行虚拟单轴贯入试验,探究集料对沥青混合料抗剪性能的影响。结果表明:通过离散元法构建沥青混合料的模型并进行虚拟单轴贯入试验来探究其抗剪性能是可行的;增大集料最大公称直径有利于提升沥青混合料的抗剪性能;在集料最大公称直径相同的情况下,骨架密实结构的沥青混合料的抗剪性能优于密实悬浮结构,而骨架空隙结构的沥青混合料的抗剪性能则表现最差;沥青混合料试件横向内部集料的少量增加可以提升沥青混合料的抗剪性能,但内部集料增加过多则会减弱沥青混合料的抗剪性能,而横向外部集料的增加将会导致沥青混合料抗剪性能的下降,但综合来说集料横向分布均匀时沥青混合料实际的抗剪性能表现更加优秀;当集料纵向分布采用不同的结构时,沥青混合料的抗剪强度受上层结构层的影响较大;针片状集料的含量增加以及针片状集料的长细比的增大均会导致沥青混合料的抗剪性能的下降;增大集料的摩擦系数、增加棱角型集料含量均有助于提升沥青混合料的抗剪性能。     

抗剥落剂对沥青及花岗岩集料沥青混合料性能的影响

为研究酸性集料花岗岩作为沥青混合料用集料的应用潜力,制备添加抗剥落剂的沥青胶浆和基于花岗岩集料的沥青混合料。基于表面能理论和红外光谱试验（FTIR）,分析沥青与酸性集料的黏附机理,探究沥青与抗剥落剂的化学组成。采用车辙因子、疲劳因子、残留稳定度、劈裂强度比等评价指标,研究抗剥落剂对沥青及混合料路用性能的影响。结果表明：抗剥落剂能改善沥青的高温稳定性和中温抗疲劳性,提高沥青混合料的水稳定性,且抗剥落剂与沥青是物理共存反应;接触角试验的结果定量反映不同集料与沥青的黏附性差异;细集料类型对沥青混合料的水稳定性影响极大,选择石灰岩作为细集料有利于提高花岗岩沥青混合料的水稳定性。     

粗细集料比对排水性沥青混合料性能的影响

基于马歇尔、贯入剪切、低温SCB、间接拉伸疲劳试验研究了88/12、85/15、80/20、78/22、75/25、70/30共6种粗细集料比例对排水性沥青混合料体积指标和路用性能的影响。试验结果表明:粗细集料比对排水性沥青混合料体积指标和路用性能均有显著影响,粗细集料比合理的排水性沥青混合料具有较高的贯入剪切强度,较小的粗细集料比能有效提高混合料的抗疲劳性能和低温抗裂性能。综合考虑沥青路面的功能性和路用性能,建议的排水性沥青混合料粗细集料比的范围为80/20~75/25。     

基于虚拟劈裂试验研究影响沥青混合料低温抗裂性能的因素

使用X-ray CT扫描粗集料,在PFC3D中重建颗粒,按照集料级配设计随机生成各档集料,构建沥青砂浆相并结合空隙相的实际分布,在重力作用和伺服机制控制下生成沥青混合料虚拟试件,随后设置合适的接触模型以及微观参数,进行虚拟劈裂试验,对影响混合料低温性能的因素进行分析。结果表明：本研究使用虚拟劈裂试验研究沥青混合料的低温抗裂性能是可行的；增大沥青砂浆间以及集料与沥青砂浆间的粘结强度可以提升沥青混合料的低温抗裂性能；增大集料体积分数、空隙率会减弱沥青混合料的低温抗裂性能；集料摩擦系数与沥青混合料的低温抗裂性能无明显相关性。     

沥青碎石抗离析性能评价体系

为了评价沥青碎石抗离析特性,研发了沥青混合料抗离析测试仪,提出沥青混合料抗离析性能测试方法,并提出以集料离析值作为沥青混合料抗离析性能的评价指标;采用浸水马歇尔试验、车辙试验和小梁弯曲试验等方法,研究了离析程度对沥青碎石技术特性的影响;综合平衡考虑各方面性能,提出了沥青碎石抗离析性能推荐评价指标。结果表明:集料离析值对沥青碎石技术特性影响显著;随着粗集料离析程度的增大,其空隙率和渗水性增大,水稳定性、低温抗裂性和强度降低,高温稳定性先增大后降低;随着细集料离析程度的增大,其空隙率和渗水性减小,水稳定性和低温抗裂性提高,高温稳定性和强度降低。     

砂岩用于高速公路沥青路面面层可行性研究

为探究砂岩在高速公路沥青路面面层应用的可行性,该文对比分析砂岩与石灰岩集料的物理力学指标,从级配类型、沥青种类及集料岩性方面研究沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性能。结果表明：洁净规整的砂岩集料合成的沥青混合料路用性能满足现行规范要求;同时沥青中外掺1%抗剥落剂的砂岩沥青混合料的综合路用性能有一定提高。     

沥青稳定类冷再生混合料抗剪特性研究

采用乳化沥青和泡沫沥青作为冷再生沥青混合料的稳定剂,研究冷再生混合料的三轴抗剪特性。研究表明:乳化沥青冷再生混合料比泡沫沥青冷再生混合料抗剪切强度略高;水泥的掺加能显著增加冷再生混合料的内摩擦角及粘聚力;而粘聚力随着沥青稳定剂用量的增大呈现先增大后减小的趋势,内摩擦角则随沥青用量增大而降低,且影响内摩擦角的主要因素为集料颗粒组成而非沥青稳定剂的类型。     

基于表面能理论的花岗片麻岩沥青混合料水稳定性能研究

花岗片麻岩作为一种酸性集料与沥青的黏附性较差,通过在70号基质沥青中掺加抗剥落剂提高花岗片麻岩与沥青的黏附性,达到改善沥青混合料路用性能的目的。为了从微观角度确定花岗片麻岩沥青混合料抗剥落剂最佳掺量,分别利用静滴法和插板法测量集料和沥青的表面能参数,通过计算表征集料与沥青黏附性好坏的指标ER,确定抗剥落剂最佳掺量为0.4%;通过沥青混合料水稳定性的试验验证花岗片麻岩沥青混合料水稳定性与抗剥落剂掺量之间的关系,与表面能试验结果一致,在抗剥落剂掺量为0.4%时,水稳定性最好。因此,从微观角度确定了抗剥落剂(非胺类AMRⅡ型)的最佳掺量为0.4%。     

复合集料沥青混合料路用性能研究

对石灰岩沥青混合料、花岗岩沥青混合料、石灰岩与花岗岩组成的酸碱复合集料沥青混合料、掺活性矿粉的花岗岩沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、疲劳性能和抗水损害性能进行对比研究。结果表明,花岗岩沥青混合料的高温性能、低温性能、疲劳性能和强度要明显优于石灰岩沥青混合料,但水稳定性较差;酸碱复合集料混合料和掺活性矿粉混合料的水稳定性得到明显提高。     

内摩擦角对细集料特性的影响研究

为研究细集料特性对沥青混合料性能的影响,提出了一种测量集料内摩擦角的实验仪器.通过试验优化了桶的直径、孔径大小、桶高和桶底与仪器底座的高度,研究了内摩擦角与细集料流动时间、间隙率和砂当量的关系.研究结果表明,内摩擦角与细集料特性存在一定的关系,内摩擦角可以间接反映细集料的棱角性、砂当量值.因此,可以将内摩擦角作为一个补充性指标,用来指导抗高温的沥青混合料集料级配的设计.     

集料含泥量对沥青混合料抗剪性能的影响研究

为了明确粗、细集料含泥量对混合料高温稳定性的影响,采用单轴贯入和圆环剪切试验分别对水损害前后混合料的抗剪性能进行研究。试验结果表明,细集料含泥对沥青混合料抗剪强度的影响比粗集料含泥更显著,建议严格控制细集料含泥量,并将粗集料含泥量控制在3%以内。     

细集料沥青混合料的微观形貌及界面黏附性能

为深入分析细集料沥青混合料的微观形貌及界面黏附性能,预防沥青路面水损害,综合利用扫描电镜及超景深显微镜分析集料表面、砂浆及细集料沥青混合料的微观形貌和界面失效形式;借助流变仪测试砂浆内部沥青-集料界面的相互作用力;利用改进的水煮法半定量评价混合料的吸附性能和剥落性能。低温时,提高测试温度,砂浆复数模量增大,沥青-集料相互作用不断降低;高温时,3种砂浆的复数模量结果相近。结果表明:细集料沥青混合料对温度和环境敏感性较强;钢渣沥青混合料的界面黏附性要比玄武岩和安山岩沥青混合料的界面黏附性好。     

集料棱角对沥青混合料性能影响研究

利用棱角不同的粗、细集料制备了5种沥青混合料试件,通过单轴蠕变和间接抗拉强度试验,研究了集料棱角对混合料体积特性及疲劳性能的影响。利用抗裂性能试验,并结合有限元分析方法,分析了集料棱角与沥青混合料开裂间的关系。利用车辙试验研究了集料棱角与混合料抗车辙性能之间的关系。研究成果表明:1)集料棱角值越高,需要越高的沥青用量才能达到沥青混合料设计标准,而较高的沥青用量,就增加了沥青粘弹性,进而对沥青混合料抗裂能力产生积极影响;2)集料棱角也会因应力集中而造成开裂。集料棱角间的嵌挤作用会对沥青混合料的抗车辙产生重要影响,棱角值越高,嵌挤作用越强,抗车辙性能越好。利用有限元软件对混合料微观结构的分析验证了室内试验结果。     

粗集料性能对沥青混合料高温性能的影响

为明确沥青混合料中粗集料的表面特性及几何形状对高温性能的影响机理,进而为集料选择及性能评定提供参考,结合当前沥青混合料高温性能的研究状况,通过大量室内试验,分析了粗集料表面纹理、棱角性、扁平颗粒含量对沥青混合料高温性能的影响.研究结果表明:粗集料表面纹理与内摩擦角、动稳定度呈线性关系,表面纹理越大,动稳定度越高;平均棱角性系数大于14.5%时,沥青混合料动稳定度提高幅度明显;粗集料扁平颗粒含量越高,其混合料的高温稳定性越差,同时不同级配条件下,扁平颗粒含量对混合料高温性能影响程度不同,骨架型级配最为敏感.     

掺入抗车辙剂的沥青混合料高温性能研究

目前我国沥青混凝土路面的车辙问题日益突出,使用抗车辙剂能够有效地提高沥青混合料的高温性能.同时,考虑到产生车辙的一个重要原因是沥青混凝土路面高温条件下在车辆荷载作用下的剪切变形,引入了抗剪强度指标,来综合评价沥青混合料的高温性能.     

粗集料对沥青混合料路用性能的影响研究

集料是混合料结构形成的决定性成分,其岩性性质、物理力学指标以及外观形状的差异,对于混合料抗滑特性的影响,体现在路面微观结构和宏观构造深度的形成和保持方面,同时也将导致混合料的水稳定性和疲劳耐久性方面的性能发生很大的变化.文中对粗集料对沥青混合料的抗滑性能、水稳性能及疲劳性能的影响进行了系统试验研究,得出了相应结论.