高模量沥青研究与性能试验

在介绍高模量沥青研究过程和原材料试验的基础上,进行了3种高模量沥青性能试验,同时进行高模量沥青混合料验证试验。结果表明,高模量沥青的针入度为20~50(0.1 mm),软化点≥60℃,脆点≤-10℃,135℃动力粘度<3 Pa.s,PG等级为PG76-22;高模量沥青混合料高温抗车辙性能、动态模量、抗水损害性能、经济性能均强于SBS改性沥青和辽河AH-90#基质沥青混合料,证明了在路面中面层应用高模量沥青混合料是解决高温状态下路面产生车辙病害的有效途径。     

子模型法在大跨钢桥面铺装有限元模型优化中的应用

为了提高大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型的计算精度,在用子模型法对钢箱梁桥面铺装进行精细模拟的基础上,运用有限元正交数值模拟试验和综合评价方法对模型几何尺寸与边界约束条件进行优化。发现大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型合理的几何尺寸与边界条件为:纵向为3跨,横向有8个U肋,横隔板高度为1.2 m,纵边自由,横边简支,横隔板底固结。对比分析结果表明:该简化模型具有较高的计算精度,横向拉应变误差仅为0.7%,纵向拉应变误差为3.7%,可供大跨钢桥面铺装力学分析和设计参考使用。     

水泥混凝土路面MHB法碎石化环境影响分析与评价

为了掌握既有水泥混凝土路面MHB法碎石化改造时对周围环境的振动特点与影响范围,采用高精度震动测试仪对水泥混凝土路面MHB法碎石化时的施工振动特点、影响范围等进行了现场施工监测。对试验段现场振动测试的振动加速度时程曲线、加速度衰减特性曲线和加速度峰值随振中距衰减曲线的变化进行了对比、分析。表明采用MHB法对旧混凝土路面碎石化施工时所产生的机械振动加速度衰减速度很快,且具有冲击和瞬态振动的特点,对以填方为主在路堤边坡和挖方路堑边坡的安全影响范围与岩土体性质密切相关。通过试验建立了填方路基和挖方边坡的水平加速度和垂直加速度与MHB法碎石化振中距间的负指数和对数关系式,确定了混凝土路面MHB法碎石化振动对填方路基下边坡和挖方路堑上边坡上建筑物影响范围和最小安全距离,分别为5.5 m和25 m。     

矿物纤维改善沥青混合料高温稳定性研究

分别采用动态模量试验、动态蠕变试验和车辙试验研究了玄武岩矿物纤维对沥青混合料的粘弹特性及高温稳定性的影响。研究结果表明,矿物纤维掺入后沥青混合料的动态模量和相位角具有相同的变化规律,且纤维的使用能提高沥青混合料的动态模量,表明玄武岩矿物纤维能明显提高沥青混合料的劲度,而60℃时沥青胶浆和沥青混合料的车辙因子增大。高温动态蠕变试验结果也表明,掺入矿物纤维后沥青混合料的流动值增大,达到流动值时循环荷载产生的应变和经历10 000次荷载作用后的应变均能得到大幅度的降低。与未掺矿物纤维相比,掺加0.4%矿物纤维后沥青混合料的动稳定度由5 869次/mm提高到7 656次/mm,同时车辙深度减小,表明矿物纤维能明显提高沥青混合料抵抗高温流动变形的能力。     

水泥路面板高温隆起的力学机理分析

为了避免或延缓水泥路面板在夏季产生高温隆起现象,从力学机理的角度,探讨了水泥路面板在夏季高温隆起的原因,并举例计算水泥路面板板顶与板底全年最大的应力差及水泥路面板压曲临界应力。结果表明,仅从强度的角度来看,如胀缝设置不当,则旧水泥路面板在夏季都是危险的;如果胀缝功能得不到保证,厚度26 cm左右的水泥路面板,在夏季出现隆起的临界板长约为85 m。因此,建议在南方地区,对于4级及4级以下公路(特别是低造价的农村公路)广泛采用的素混凝土或低配筋混凝土路面,胀缝按80 m间距来设置是适宜的。     

沥青改性剂对沥青混合料疲劳性能影响研究

针对4种沥青改性剂路孚8000、TPS、Sasobit、SBS,利用控制应变的小梁疲劳试验,在一定的应变量下,研究各种改性剂对沥青混合料疲劳性能的影响。研究结果表明,无论何种剂量的路孚8000、TPS和SBS改性剂,对沥青混合料疲劳性能均有较大的改善,TPS和SBS改善效果较显著,尤其是TPS;SBS的疲劳寿命与基质沥青相比也增加了3倍以上。而对于Sasobit,在以一定应变为控制模式的疲劳试验中得出的结果是疲劳寿命减小。对于改性剂路孚8000和TPS,随着改性剂剂量的加大,沥青混和料疲劳寿命逐渐加大。     

不同稳定剂对SBS改性沥青稳定效果的对比研究

通过试验测试不同老化时间样品的针入度、软化点和延度比较其相容性和路用流变学性能指标的变化,分析体系宏观稳定性和稳定剂性能特征,并通过形态结构照片分析稳定剂改善的效果。结果表明,加入稳定剂后改性沥青的高温储存稳定性明显改善,同时加入FD-06无硫稳定剂的改性沥青在热储存过程中性能更加稳定,不易离析。沥青中的部分组份具有化学活性,利用其活性点,引入带有活性基团的反应物,并通过被引入分子的化学结构的调节改善SBS与沥青的相容性,从而制备储存稳定性良好的SBS改性沥青。化学改性技术的应用提高了路用改性沥青的性能/价格比。     

低温压实对沥青混合料路用性能的影响

利用现场实测结果,确定了低温成型的温度范围。通过对AC-13改性沥青混合料在不同压实温度下的密实性、强度特性、水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性等指标的室内试验,研究了低温压实对沥青混合料路用性能的影响。结果表明:(1)随着压实温度的降低,沥青混合料的各种性能指标不断变差,其空隙率、压实度、稳定度、常温劈裂强度、动稳定度、低温劈裂强度、低温弯拉强度以及线收缩系数等指标与压实温度具有非线性相关性,而残留稳定度、冻融劈裂残留强度比及低温弯拉应变等指标具有线性相关性;(2)存在一个低温压实临界温度,当压实温度低于此值后,沥青混合料的路用性能显著下降。而当路面施工受条件限制处于冬季低温环境时,可采用此低温临界温度来控制现场压实。     

表面排水条件对饱水沥青路面动力响应的影响分析

首先建立动态荷载作用下,饱和状态沥青路面轴对称瞬态动力分析有限元模型,并给出有限元分析的荷载条件、边界条件和材料参数;而后分析表面排水和表面不排水两种条件下的竖向位移、竖向应力、水平应力、剪应力和孔隙水压力沿深度方向的分布和时程变化,以确定表面排水条件对饱和状态沥青路面动力响应的影响。结果表明,与表面排水条件相比,表面不排水状况对位移场影响不大,而对应力场影响较大;后者在轮胎边缘外侧产生了较大的竖向拉应力,同时产生了更大的正孔隙水压力,使得路面结构处于更加不利的受力状态。     

沥青路面大修结构组合研究

为选择沥青路面大修重建时的路面结构,先根据沥青路面新建结构和大修结构的不同提出大修结构组合设计原则。根据该原则,在总结沥青路面抗开裂、车辙和水损害的结构措施以及国内外的半刚性基层、柔性基层、组合式基层和刚性基层沥青路面等结构的基础上,针对旧沥青路面主要病害已知的特点,分别推荐出抗开裂、车辙和水损害的沥青路面大修结构组合,而且抗水损害的沥青路面大修结构还分别考虑了水分来自于路表和地下等不同的情况。研究成果可以有效避免或推迟大修后的沥青路面出现与旧路面相同的病害,并可为新建沥青路面结构的选择提供借鉴。