高温多雨区排水沥青路面设计及施工关键技术研究

为指导广东高温多雨区排水沥青路面结构设计与施工,综合考虑排水路面的路用性能和排水性能,采用改进型CAVF法和X-ray CT扫描技术进行OGFC-13沥青混合料配合比优化设计。通过黏温试验对比分析高黏度沥青与常规SBS改性沥青的差异,并推荐OGFC排水路面各施工关键环节的温度控制区间。使用无核密度仪跟踪现场压实度,研究不同碾压方案对OGFC沥青路面压实效果的影响。结果表明:采用体积法设计矿料级配,结合"富油+纤维稳定剂"可以较好兼顾OGFC路面的排水功能与路用性能;高黏度沥青的黏度比SBS改性沥青的黏度大20%～87%,基于不同沥青黏度-温度试验结果,可以确定合理的施工温度区间;为了保证OGFC路面排水功能和压实性能,推荐使用双钢轮静压组合,碾压遍数控制在5遍以内。     

两种温拌剂对沥青混合料性能的影响研究

为克服热拌沥青混合料路面施工时存在污染严重、能耗浪费的问题,提出将降粘型EC-120和发泡型ASMIN两种温拌剂掺入沥青中制备温拌沥青及沥青混合料,分别测定了沥青的粘温曲线和混合料的空隙率,开展了车辙试验和冻融劈裂试验。结果表明:1)降粘型温拌剂EC-120能明显降低基质沥青的表观粘度,发泡型温拌剂ASMIN降粘效果不明显;通过拟合粘温曲线,得到了基质沥青与掺温拌剂沥青的压实温度与碾压温度。2) 2种温拌剂沥青混合料的空隙率、稳定度和流值均满足规范要求,且空隙率相同时,EC-120、ASMIN的压实温度较普通基质沥青混合料分别降低了15℃和10℃。3) EC-120能增加沥青混合料的动稳定度,改善其高温稳定性,但会小幅度降低混合料的冻融劈裂残留强度比,导致其水稳定性略有减弱;而ASMIN能小幅度提高混合料的动稳定度和冻融劈裂残留强度比,进而增强其高温性能和水稳定性能。     

煤油基温拌降黏添加剂对沥青性能的两阶段影响

由于煤油在沥青中的不稳定存在,为了研究煤油基降黏添加剂对沥青性能的影响,设计了两阶段的分析过程:在拌碾阶段,评价添加剂对沥青黏度的影响,进而确定合理掺量;在服役阶段,由短期老化后沥青的基本技术指标,评价添加剂残留物对服役期沥青性能的影响。分析结果表明:掺加煤油或煤油基添加剂不改变沥青的流体特性并有明显的降黏效果;存在沥青黏度随添加剂掺量而变化敏感性转折区,可以用来确定添加剂的合理掺量。与只使用煤油的对比试验表明:添加剂中的补偿成分可以改善煤油残留对沥青高温性能、温度敏感性及与矿料间的黏附性的不利影响,是煤油基温拌降黏添加剂的必要组成成分。     

使用反应性乳化剂实现沥青结合料物化软化研究

在采用再生沥青铺筑路面时,关键目标是消除沥青老化带来的缺陷,恢复其原有性能。沥青再生技术的发展促进了能软化老化沥青的添加剂(再生剂或软化剂)的使用。该文提出了使用反应性乳化剂(十二烯基丁二酸酐,DSA)进行沥青物化再生的新概念。主要探究了DSA对不同硬度沥青结合料的作用。结果表明:在整个作用温度范围内,该乳化剂能降低沥青结合料的硬度和黏度。流变试验结果表明,沥青结合料经DSA改性后,低温性能显著提升,在开裂失效前可抵抗更大的应力。傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试结果证明DSA和沥青的混合物存在化学反应,新产生的化学物质影响了极性成分的缔合和分散程度,改善了胶体稳定性,从而提高了沥青的流变特性。接触角测试结果证明沥青结合料对硅质集料的润湿能力得到提高。该文研究成果证明了DSA可在整个作用温度范围内作为一种有效的沥青软化剂,具有潜在的再生能力。     

EC-120温拌改性沥青胶结料性能试验研究

对EC-120有机降粘温拌改性沥青进行旋转粘度、常规性能指标、流变特性等试验研究,试验表明,EC-120作为一种熔点在100℃左右的有机添加剂,与沥青相容性好,制备容易,不存在离析问题。试验还表明在温拌改性沥青中,EC-120可降低沥青的高温粘度,提高中低温粘度,从而降低沥青混合料的拌和和压实温度;可降低沥青针入度,提高软化点和抗车辙因子,从而大幅改善沥青的高温稳定性;会使温拌改性沥青的延度降低,疲劳因子增大,蠕变劲度增大,变形速率减小,对沥青的抗疲劳和低温抗开裂性能略有消极影响。     

EC-120温拌改性沥青混合料路用性能及压实特性研究

通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、弯曲试验、疲劳试验研究EC-120温拌沥青混合料的路用性能,试验结果表明,EC-120温拌剂可提高混合料的高温稳定性和水稳定性,略微降低低温抗裂性和抗疲劳性能。采用旋转成型方法,研究EC-120温拌改性沥青混合料的压实特性,试验结果表明,掺加合理剂量的EC-120温拌改性剂后,可降低混合料成型温度20～25℃。     

沥青胶砂重熔对自密实沥青混凝土的性能影响研究

针对预拌沥青混凝土施工新技术，对不同温度下PmB沥青胶结料的老化性能以及重熔前后沥青混合料的性能参数变化进行了研究。结果表明:PmB沥青胶结料老化温度低于200℃时，沥青的性能相对稳定，重熔后沥青胶结料性能仍满足技术要求；重熔后的沥青混凝土，低温性能、水稳定性基本不受影响、高温稳定性提高、空隙率上升，混凝土各项性能指标仍满足技术要求。     

温拌剂对沥青黏温性能影响的试验研究

利用布氏黏度试验,测定不同温拌剂掺量时温拌沥青黏度随剪切速率、温度的变化,对比研究温拌沥青和基质沥青的黏温性能。试验结果显示,当温度超过120℃时,温拌沥青逐渐转变为牛顿流体,剪切速率改变引起的沥青黏度改变很小,基本可忽略;当温度相同时,温拌剂掺量对沥青黏度的影响与试验温度有关,当温度为90~100℃时,随着温拌剂掺量的增多,沥青黏度逐渐增大,而当温度在105~150℃之间时,随着温拌剂掺量的增多,温拌沥青的黏度逐渐降低;当温拌剂掺量为2%~4%%时,温拌剂在高温时对沥青的降黏效果较好,同时低温时对沥青黏度的提高较大。相比于基质沥青,温拌沥青的施工温度显著降低,拌和温度与碾压温度的降低幅度都在10℃左右。     

沥青结合料高温性能指标的研究

为了对沥青高温性能提出合理的评价方法,采用MSCR、ZSV对5种沥青进行高温性能试验,分析温度对沥青高温性能的影响,通过对沥青结合料高温性能评价结果与沥青混合料车辙试验结果进行相关性分析,探讨两种试验方法对改性沥青结合料高温性能评价结果的可靠性。结果表明:随温度的上升,沥青高温抗变形能力减弱,改性沥青的高温性能普遍优于基质沥青,但应力敏感性更大。MSCR方法与ZSV方法评价结果与沥青混合料车辙结果相关性良好。     

结合料对水泥乳化沥青混合料性能的影响

针对水泥和乳化沥青两种结合料对水泥乳化沥青混合料性能的不同影响,研究了不同结合料剂量条件下水泥乳化沥青混合料的性能.试验结果表明:在一定用量范围内,当乳化沥青用量一定时,水泥用量增加,混合料的马歇尔稳定度、抗压强度、抗折强度和抗压回弹模量随之增加,高温和水稳性能变好;当水泥用量一定时,乳化沥青用量超过8.0%,相应的力学指标呈下降趋势,高温、水稳性能变差,但低温性能变好.     

DMA法研究拌和温度对沥青黏弹性能的影响

采用动态力学分析(DMA)方法研究沥青老化前后的黏弹性质,利用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描和频率扫描并分析各黏弹性指标的变化,采用Cross模型和Carreau模型拟合得到沥青的零剪切黏度,分析老化温度对沥青黏弹性能的影响。结果表明:在测定温度范围内,沥青的复数模量|G*|和车辙因子|G*|/sinδ均随测试温度增加而减小但相位角δ增大;在测定频率范围内,沥青的损失模量(G″)和储存模量(G′)均随频率(ω)增大而增大,同等老化程度沥青的G″始终大于G′,且差值随频率增加而减小;对于不同老化温度的影响,零剪切黏度的分析结果与温度扫描、频率扫描关联性较好,老化温度越高沥青的高温性能越好,抗车辙性能越优,但施工和易性下降,且温度超过163℃时老化速度快速增加。     

发泡温度对泡沫温拌橡胶沥青高温性能的影响

为了探究橡胶沥青的发泡温度对泡沫温拌橡胶沥青高温性能的影响,通过软化点值以及DSR温度扫描试验获得的破坏温度值,评价不同沥青发泡温度下的泡沫温拌橡胶沥青胶结料的高温性能。并分别采用不同发泡温度下得到的泡沫温拌橡胶沥青胶结料进行混合料的拌制,通过空隙率试验和车辙试验对泡沫温拌橡胶沥青混合料的压实性和高温稳定性进行评价。试验结果表明:橡胶沥青发泡温度对泡沫温拌橡胶沥青的高温性能具有重要的影响,橡胶沥青发泡温度低于180℃时,发泡效果较差。橡胶沥青胶结料在发泡温度为185~190℃的情况下,所得到的泡沫温拌橡胶沥青胶结料及泡沫温拌橡胶沥青混合料的压实性和高温性能最优。当发泡温度再升高时,其高温性能变差。     

基于多应力重复蠕变恢复试验的活性橡胶改性沥青胶结料高温性能评价

为研究活性橡胶添加剂对沥青胶结料高温性能影响的变化规律,该文通过多应力重复蠕变恢复试验,并结合传统的沥青高温评价指标,对掺加活性橡胶的沥青胶结料进行高温性能评价。研究结果表明:活性橡胶能够显著提高基质沥青的软化点和60℃动力黏度;降低沥青胶结料的不可恢复蠕变柔量Jnr,提高平均应变恢复率R;活性橡胶能够显著提高基质沥青的高温性能,不可恢复蠕变柔量Jnr、平均应变恢复率R与沥青的高温性能相关性较好,多应力重复蠕变恢复试验能较好地评价沥青胶结料的高温性能。     

沥青混合料复合添加剂的性能研究

本研究开发制备了两种外掺型沥青路面温拌抗车辙复合添加剂,并将之用于不同的沥青材料(基质沥青、改性沥青)和SUP20沥青混合料,对其降温压实性能、高低温性能及抗水损害性能等路用性能进行了分析研究,结果表明:掺加复合添加剂后,一方面可显著提升沥青材料的60℃黏度,提升其PG高温等级,显著提高沥青混合料的高温抗车辙能力,另一方面,可降低沥青材料的135℃黏度,降低沥青混合料的施工温度,实现沥青路面的绿色施工。     

不同温拌技术对伸缩缝高黏沥青性能影响研究

伸缩缝弹塑体由于黏度过高,在施工过程中往往会过量加热,进而导致施工困难、环境污染和材料短期老化等问题。为改善这一情况,选用4种温拌剂对高分子聚合体改性沥青胶结料进行改性。对改性前后的胶结料开展旋转平板黏度法(RPV)和多应力蠕变恢复试验(MSCR),分别测试胶结料黏度及高温性能,并进行改性效果综合评价。结果显示,添加温拌剂后胶结料黏度下降,同时高温性能得到提升。综合降黏效果和高温性能改善效果,推荐基于有机添加剂的MW-1型温拌改性剂作为高黏弹沥青胶结料的温拌改性添加剂。     

温拌透水沥青混合料性能研究

研究了不同温度下表面活性温拌剂对透水沥青混合料性能的影响规律以及温拌剂对沥青胶结料黏温特性和基本性能的影响;分析了温拌透水沥青混合料的体积特性;研究了温拌透水沥青混合料的关键路用性能,包括高温性能、水稳定性以及抗飞散性,并对其进行了效益分析。研究结果表明,表面活性温拌剂对高黏沥青的性能影响不大,但可以显著改善透水沥青混合料在较低温度下成型的体积特性和路用性能,并能有效地降低施工温度,降温幅度达30℃,最佳掺量为0.6%。温拌透水沥青混合料的综合效益更高。     

隧道沥青铺面阻燃温拌施工技术的试验研究

通过试验研究考察了FRMAXTM沥青阻燃剂与EC120EC-120温拌沥青改性剂制备阻燃温拌沥青与制备阻燃温拌沥青混合料技术集成的可行性。试验结果表明：其中采用阻燃剂和温拌剂复合干法改性生产的阻燃温拌沥青混合料在路用性能和阻燃性能得以改善的同时,混合料的拌合施工温度可明显降低,有着显著的节能减排和改善施工环境的功效,在未来的隧道沥青铺面施工中大有可为。     

纳米炭黑粒径对沥青路用性能影响研究

为提高沥青胶结料的路用性能,探讨了纳米炭黑粒径对沥青胶结料老化前后性能的影响。分别进行了老化前沥青针入度、延度、软化点、旋转黏度以及薄膜烘箱加热短期老化试验。试验结果表明:纳米炭黑可以提高沥青的高温稳定性、短期抗老化能力以及降低温度敏感性;随着纳米炭黑粒径的增大,纳米炭黑沥青25℃针入度增大、15℃延度逐渐减小、软化点略有提高、针对度指数PI值与60℃旋转黏度先增大后减小、短期老化残留物25℃针入度比与15℃延度及其比值逐渐减小。基于综合性能最优角度出发,建议采用N220纳米炭黑对沥青进行改性。     

沥青用量对浇注式沥青混凝土路面性能影响的研究

结合成都市二环路桥面铺装出现的早期严重车辙问题,该文针对相同矿料级配下,不同沥青用量对浇注式沥青混凝土路面高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、施工和易性等路用性能的影响开展了研究。通过两种沥青配制的不同掺配比例的改性硬质沥青,调整其不同用量进行沥青混合料配合比设计,并通过沥青混合料性能验证试验,提出了二环路高架路面性能的沥青混凝土优化配合比设计方案。试验结果表明:当矿料采用规范中值级配,改性硬质沥青用量为9.1%,SBS改性沥青与TLA湖沥青的掺配比为7∶3时,浇注式沥青混凝土的高温稳定性能更优,流动性更好,虽然低温抗裂性能有一定的降低,但是对于高温地区路面性能的影响可以不予以考虑。     

基于胶结料性能的炭黑沥青最佳配制温度研究

为了确定炭黑沥青的最佳配制温度,对不同配制温度下的炭黑沥青及基质沥青的三大指标和旋转黏度进行室内试验,计算出针入度指数、当量软化点、当量脆点、残留针入度比、残留延度比、软化点增量、黏度比、老化指数等主要性能指标,并对炭黑沥青薄膜加热老化前后性能进行多指标比较与分析。结果表明:炭黑可以很好地改善基质沥青的感温性、高温稳定性、低温抗裂性以及抗老化性能;当配制温度为130~150℃时,其延度下降较少,抗老化效果较好,黏度较小,方便施工,改性效果最佳。