排水性沥青路面混合料的渗透性能试验测试技术

为评定排水性沥青路面混合料的透水能力,设计了不脱模大马歇尔试件竖向渗透系数和水槽横向渗透系数测定方法,并制作了测试装置,对不同成型方法、不同空隙率的PAC-13与PAC-16试件进行了控制水头差的渗透系数测定.测试结果表明:排水性沥青混合料的渗透系数与空隙率有着良好的相关性,击实成型试件的渗透系数略大于静压成型试件,PAC-16的渗透性能优于相同空隙率的PAC-13且变化规律一致,试验测定的竖向渗透系数与横向渗透系数在工程常用的空隙率情况下相对误差不超过20%,有较好的一致性.工程设计应用中,采用与路面材料状况较一致的击实成型的不脱模大马歇尔试件测定竖向渗透系数能较好地反映排水性沥青混合料的渗透性能.     

基于泡沫沥青法实现温拌的沥青混合料室内试验对比

目的为减缓沥青老化,降低污染、节约能源,实现沥青混合料低温施工,研制泡沫沥青温拌技术.方法通过沥青发泡试验,确定最佳发泡条件;基于马歇尔试验,分析研究在AC-13、AC-16和AC-20级配下泡沫沥青温拌混合料和热拌沥青混合料的温度-空隙率变化规律;通过高温车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验分析比较泡沫沥青温拌混合料和热拌沥青混合料的路用性能.结果以温度为控制指标,泡沫沥青温拌混合料空隙率减小,具有较好的可压实性;以空隙率为控制指标,泡沫沥青温拌混合料较热拌沥青混合料压实温度降低15~20℃;泡沫沥青温拌混合料高低温及水稳定性能略低于热拌沥青混合料.结论泡沫沥青温拌混合料性能满足现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)要求,可实现低温施工.     

三轴压缩条件下沥青混合料中间主应力效应及破坏准则

针对沥青混合料强度试验方法及沥青路面设计采用的最大拉应力理论没有考虑中间主应力影响的问题,利用自主研发的三轴试验装置及方法,对AC-13C沥青混合料开展三向压缩试验,包括常规三轴强度试验及中间主应力试验,观察试件的破坏形态。建立三向压缩条件下AC-13C沥青混合料的八面体强度理论计算式。研究结果表明:随着侧向压力的增大,试件破坏形态逐渐从拉应变破坏转变为斜剪破坏;沥青混合料在三轴压缩条件下的强度明显大于单轴抗压强度;中间主应力对沥青混合料强度有显著影响:当中间主应力逐渐增大时,三轴破坏强度逐渐增大,但强度增长幅度逐渐减小;所建立的三向压缩条件下AC-13C沥青混合料的八面体强度理论计算式可为沥青路面材料及结构按三维应力状态设计提供参考;建议采用能够反映中间主应力效应的强度理论作为沥青混合料的破坏准则。     

透水性沥青混合料目标空隙率的确定方法

为了有效减少路面地表径流,发挥透水性沥青路面的透水功能,明确空隙率、有效空隙率及渗透系数三者之间的关系,以便确定符合地域降雨特点的透水性沥青混合料目标空隙率,依据水量平衡原理和水力学理论,建立了基于有效控制路面地表径流的透水性沥青路面的渗透-蓄水简化模型。通过试验分析,明确了透水性沥青混合料的空隙率、有效空隙率及渗透系数有很好的线性相关关系。通过设计降雨量、透水性沥青路面计算面积和路面综合坡度等为计算参数,得到了透水性沥青混合料的目标空隙率计算方法。该方法能够针对不同地区的降雨特点,计算出满足透水功能的透水性沥青混合料的目标空隙率。     

基于常水头渗透试验的PAC排水和抗堵塞能力

为研究多空隙沥青路面的排水堵塞行为特性,通过自制常水头渗透测试装置,模拟多空隙沥青混合料(PAC)的循环堵塞试验,选用具有一定级配的细集料作为堵塞剂,测试其渗透系数.研究空隙率、最大公称粒径、级配类型等变化对PAC的排水及抗堵塞能力的影响规律.结果表明:PAC空隙率越大,其排水能力越强,抗堵塞的能力也越强;PAC的最大粒径变化对其排水能力没有明显的影响,但最大公称粒径较大的PAC试件抗堵塞的效果更好;与细型级配相比,粗型级配PAC的排水及抗堵塞能力更强;多孔沥青混合料PAC-13发生堵塞的位置集中在试件最上部的40 mm内,粒径为0.15~2.36 mm的颗粒则是造成混合料空隙堵塞的关键.     

基于力学性能和各向异性的排水性沥青磨耗层优化

为了研究排水性沥青混合料的各向异性和力学性能,对排水性沥青磨耗层进行优化,自行改装设计了车辙板渗水系数测试仪.该装置能够模拟实际雨水在路面中渗流的过程.研究对10种级配的沥青混合料进行了力学性能试验以及利用自行制作的渗水试验仪进行了渗水特性试验研究.研究结果表明,排水性沥青磨耗层的力学性能与排水性能呈负相关关系;对于同一最大公称粒径的不同级配沥青混合料,随着空隙率的增大,力学性能逐渐减小而排水性能增强;增大集料公称最大粒径,其力学性能和排水性能均有所增强.各向渗水差异性主要发生在横向渗水过程中,竖向渗水差异不大;增大排水性沥青混合料的空隙率和公称最大粒径可减小其各向异性.研究得出的最佳空隙率为18％～21％,坡度设置为1.2％～1.5％,可增强其排水性能.研究成果对排水功能性沥青路面的应用具有一定的理论与实用价值.     

沥青混合料动水破坏行为与动力渗水试验模拟

针对沥青混合料动力渗水研究的不足,揭示沥青混合料动力渗水行为,采用快速Lagrange有限差分法对沥青路面的动水破坏行为进行数值模拟;利用自行研发的多功能沥青混合料动态渗水试验仪对AC-13与AC-20沥青混合料进行动力渗水试验,探讨了2种沥青混合料空隙率与渗水系数的关系。研究结果表明:动水产生的泵吸作用是沥青路面水损坏的诱因;动力渗水系数随空隙率(或水压力)的增加逐渐增大,最终趋于稳定;对动力渗水试验数据进行回归,得到了AC-13与AC-20这2种混合料动力渗水系数与水压力、空隙率的关系;与静力渗水系数相比,动力渗水系数更符合试验结果,建议将31~40mL/s的动力渗水系数作为沥青混合料渗水的临界评价指标。     

3种AC-20沥青混合料的动态模量及其主曲线拟合与分析

为了探索沥青路面常用的AC-20沥青混合料的动态模量规律,采用相同料源的粗集料、细集料和矿粉配制了AC-20级配矿质混合料。以马歇尔试验方法确定的最佳油石比,配制了湖沥青改性沥青、SBS改性沥青以及70#基质沥青等3种沥青混合料。采用基本性能试验仪的沥青混合料单轴压缩动态模量试验方法进行了动态模量试验,并在此基础上运用时间-温度等效原理,采用NCHRP09-29提供的Mastersolver Version 2.2对阿伦尼乌斯方程中的参数进行拟合,建立了参考温度为20℃的3种沥青混合料动态模量主曲线。研究结果表明,湖沥青改性沥青AC-20和SBS改性沥青AC-20的动态模量主曲线始终位于基质沥青AC-20上方,说明沥青改性剂对混合料性能改善作用显著;湖沥青改性沥青AC-20和SBS改性沥青AC-20的动态模量主曲线存在逼近、交叉现象,说明不同改性沥青混合料性能表现出不同的适用范围。     

排水路面沥青混合料的 连通空隙影响分析

通过成型不同级配排水沥青混合料试件,测算连通空隙率,进而分析影响连通空隙率的主要因素.结果表明:相同级配的混合料的连通空隙率受沥青粘度的影响,普通70#沥青、橡胶沥青、高粘沥青混合料的空隙率都在19%左右,但连通空隙率分别为14%,11%,8%,相差较大;当具有相同沥青膜厚度及相同空隙率时,公称粒径越大,连通空隙率越大,连通空隙率在OGFC-5到OGFC-10的涨幅最大、OGFC-10到OGFC-13的涨幅不明显;随着筛孔2.36mm通过率的增大,空隙率与连通空隙率均随之减小,且空隙率与连通空隙率之间的差值会逐渐增大,当空隙率为15%时,连通空隙率已不满足排水性能的要求.     

材料参数对沥青混合料高温稳定性的影响

为了提高国内高速公路沥青路面的高温稳定性,针对沥青路面中面层常用的19型沥青混合料,分析了集料级配、沥青类型、沥青用量、空隙率等材料参数以及压实方法、实验温度等因素对19型沥青混合料高温稳定性的影响.试验结果表明,沥青混合料的抗高温车辙受集料级配和沥青性能的双重影响,同时采用油石比在最佳油石比基础上低0%～0.3%和4%的空隙率时,沥青混合料的高温稳定性最好.     

骨料级配对相变沥青混合料性能的影响

相变沥青混合料是一种可以调节沥青混凝土路面温度的新型功能性路面材料,其中,沥青混合料骨料级配对相变沥青混合料的路用性能和调温性能有何影响值得深入研究。本文选择两种复合定型相变材料(CPCM)石蜡/膨胀石墨/高密度聚乙烯(简称为PHDP)和道路温度调节材料(简称为DTC)两种相变材料,首先利用傅里叶红外光谱(FT-IR)试验,对CPCMs与沥青之间的反应进行了定性分析。其次,分别制备级配类型为AC-16与AC-20的相变沥青混合料,通过路用性能试验和调温试验评价不同骨料级配对相变沥青混合料路用性能与调温效果影响影响。结果表明,两种CPCM与沥青之间均为物理反应;相比级配类型AC-16,AC-20可以显著提高含PHDP的相变沥青混合料的路用性能与调温效果,但是对于含DTC的相变沥青混合料的改善效果不显著。     

三轴拉压应力状态下沥青混合料的破坏准则

为了解拉压组合复杂应力状态下沥青混合料的强度特性,在自主研发的三轴试验设备上,通过单轴拉、单轴压、平面拉压/轴向压缩和平面拉压/轴向拉伸应力状态下共74个试件的试验,系统研究拉应力和压应力共同作用下AC-13C沥青混合料的三轴强度特性和破坏特征。基于八面体强度理论,建立多轴拉压条件下AC-13C沥青混合料的线性破坏准则。研究结果表明:试件分别表现为拉应变和拉应力破坏特征;三轴拉强度和压强度均低于单轴拉伸强度和单轴压缩强度,按现行的最大拉应力理论进行沥青路面结构设计偏于危险;线性破坏准则考虑3个主应力对路面的协同破坏作用,可较好地描述沥青路面材料的三轴强度规律,并且形式简单,便于工程应用。     

红色石灰岩沥青混合料组成设计与应用

为了研究细集料材质对红色石灰岩沥青混合料的AC-25,AC-20组成设计及性能的影响，选择密实型粗颗粒断级配，通过车辙试验检验其高温稳定性，采用多次冻融循环劈裂试验检验其水稳定性，利用不同温度下的黏聚力和内摩擦角评价其力学性能，并进行工程验证。结果表明：3.7%油石比下，相比石灰岩石屑，红色精品机制砂基质沥青混合料AC-25动稳定度相对提高了28.2%,冻融劈裂抗拉强度比相应更高；4.4%油石比下，相比黑色精品机制砂，红色精品机制砂SBS改性沥青混合料动稳定度相对提高了17.0%,冻融劈裂抗拉强度比也相应更高；不同温度下红色精品机制砂沥青混合料AC-25,AC-20黏聚力和内摩擦角试验结果相对增大；中、下面层红色精品机制砂沥青路面密实、抗变形能力强。红色石灰岩沥青混合料AC-25,AC-20应采用精品机制砂做细集料。     

气态水在沥青混合料中的扩散特性和影响因素

为了探究水汽在沥青混合料中的扩散规律及影响因素,设计了穿透型水汽扩散试验装置,制备了7%、17%和24%这3种空隙率的沥青混合料试件,分别在25℃、30℃和40℃下进行水汽扩散试验。研究发现水汽在沥青混合料中的扩散速率随着温度的增大而增大,在较低温度下（25℃和30℃）,空隙率对沥青混合料的水汽扩散速率起主导作用,在较高温度下（40℃）,温度对水汽扩散速率起主导作用,2种多孔沥青混合料的水汽扩散通量和扩散系数明显高于密级配沥青混合料;水汽在沥青混合料中的积聚量随空隙率的增大而增大,随温度的增大而减小。结果表明温度和空隙率均对水汽扩散有显著性影响,且温度越高,空隙率影响越显著;空隙率越大,温度影响越显著。     

多孔沥青混合料的细观空隙特征与影响规律

基于CT(computed tomography)、图像处理及重构技术和室内试验分析了多孔沥青混合料细观空隙特征的表征,研究了空隙率、粗细级配和公称最大粒径等对多孔沥青混合料细观特征的影响规律以及细观空隙特征同混合料性能之间的关系.研究结果表明多孔沥青混合料试件断面图像的空隙等效直径、空隙面积、空隙数量、空隙分形特征同混合料的材料组成与性能密切相关;对于空隙率相近的多孔沥青混合料,其细观空隙特征同混合料动稳定度、飞散损失和吸声系数峰值具有良好的回归关系.     

水作用对沥青混合料疲劳性能影响试验

为了便于高温潮湿多雨地区和季节性冰冻地区选用合适的水处理方式评价沥青混合料水稳定性,设计制备了3种级配、4种空隙率的AC-13沥青混合料,通过间接拉伸疲劳试验,研究了不同水作用方式(高温浸水和冻融循环)对它们疲劳性能的影响。试验结果表明,水作用会明显降低沥青混合料的疲劳性能,并且冻融循环的不利影响更为严重;细集料多、空隙率小的沥青混合料的疲劳性能较好,其疲劳寿命对荷载应力也更为敏感。设计和施工时应保证沥青混合料空隙率在4%~5%之间,以降低水作用对沥青混合料疲劳性能的影响程度。同时,评价了水作用对Superpave级配禁区上下方的沥青混合料疲劳性能的影响,并探讨分析了高温浸水和冻融循环影响不同空隙率的沥青混合料疲劳性能的作用机制。     

沥青混合料高温稳定性的单轴静载蠕变试验

为探讨油石比和空隙率对沥青混合料高温性能的影响,对AC-20改进型沥青混合料进行了单轴静载蠕变试验研究。结果表明,流变时间Ft值与混合料高温稳定性有较好的相关性,Ft值越大,混合料的高温抗变形能力越好;柔量—时间半对数曲线直线部分的截距a值和斜率m值越大,混合料的高温性能越差,相关性相对较差。当空隙率大于4%时,空隙率越小,混合料高温性能越好;在最佳油石比下,混合料具有较好的高温性能。     

沥青混合料疲劳自愈性能关键影响因素

为了研究不同沥青混合料疲劳自愈性能影响因素的显著水平,进行了有休息期和无休息期的沥青混合料室内四点弯曲疲劳试验.通过定义愈合指数,对不同因素条件下的沥青混合料疲劳试验结果进行灰关联分析,分别研究了沥青种类、沥青含量、空隙率、温度、休息期、损伤程度对沥青混合料疲劳自愈性能的影响程度.结果表明,基于愈合指数可得到即时的沥青混合料自愈合率,而无需等待疲劳试验结束.沥青种类对沥青混合料自愈合能力的影响最显著;休息期和损伤程度与沥青混合料的自愈合能力关联显著,其影响仅次于沥青种类;空隙率、温度、沥青用量则影响不显著.在工程实践中,可通过合理选择沥青种类、控制交通流量等方式提高沥青路面自愈合性能.     

成型温度对沥青混合料体积参数的影响分析

通过对AC13，SMA13和Superpave12、5三种典型级配的沥青混合料在不同的成型温度下的马歇尔试验，模拟沥青路面在不同压实温度下的碾压施工，分析压实温度对沥青混合料空隙率、矿料间隙率、稳定度、流值等体积参数的影响．结果表明，随着压实温度的降低，沥青混合料空隙率、矿料间隙率以及流值不断增大，而沥青饱和度和稳定度不断减小．这一规律对沥青混合料的现场施工有重要的指导意义．     

沥青稳定碎石高温稳定性影响因素的灰熵分析

通过合理的混合料组成设计,提高沥青稳定碎石的高温稳定性,有助于减少柔性基层沥青路面出现高温流动性车辙变形.文章在ATB25和ATB30级配范围内,选择9种集料级配,采用3种沥青,分别制备了13种沥青稳定碎石混合料,并通过高温车辙试验测试其动稳定度指标,然后运用灰关联熵方法分析了沥青针入度、空隙率、沥青用量、饱和度、4.75 mm筛孔通过率、0.075 mm筛孔通过率、粉胶比及公称最大粒径对沥青稳定碎石高温稳定性能的影响显著程度.分析结果表明,沥青针入度、空隙率对混合料高温稳定性具有较显著影响;为了提高沥青稳定碎石高温抗车辙性能,应选用高粘度沥青结合料,4%左右空隙率的混合料具有较佳的高温性能.