超薄磨耗层层间粘结效果影响因素研究

超薄磨耗层是一种新型预防性道路养护技术,其使用效果的好坏与层间粘结力有着密切的关系。以室内模拟试验为基础,采用AC-13沥青混合料作为原路面,SBS(热塑性丁苯橡胶)改性乳化沥青作为层间粘结材料,分别采用AC-13、SMA-13、OGFC-13、Nova Chip(C)混合料作为超薄磨耗层,马歇尔击实法成型复合型试件,并采用层间力测试仪进行剪切试验,测定层间抗剪切强度。试验结果显示,采用上述四种混合料作为磨耗层,平均抗剪切强度分别为1.053 MPa、1.1 MPa、1.02 MPa、1.261 MPa;随着乳化沥青洒布量的增加,层间抗剪强度呈现先增加后降低的趋势;对于每种路面结构,温度由25℃升高至45℃,层间粘结强度普遍下降,但不同结构的强度降幅各不相同。试验结果表明:层间粘结强度受混合料类型的影响,Nova Chip抗剪强度最高,开级配沥青磨耗层OGFC(开级配沥青磨耗层)最低;每种路面结构都存在使层间抗剪强度达到最大值的最佳乳化沥青洒布量,且不同温度下对应的最佳乳化沥青洒布量也不同;随着温度升高,层间剪切强度降低,其中Nova Chip结构对于温度的敏感性最高,AC(沥青混凝土)结构的温度敏感性较低。     

沥青路面粘层油用量研究

粘层是路面结构的重要组成部分，粘层的抗剪强度与粘层油的用量和面层级配有密切的关系。本文选用了四种面层材料，研究不同面层级配类型以及粘层油撒布量对粘层强度的影响。试验表明不同级配面层间的粘层油存在最佳撤布量，当最佳撒布量时粘层的抗剪强度达到最大。     

高掺量SBS改性乳化沥青的制备

为了提高SBS在改性乳化沥青中的掺量,从而提升其性能,本研究自制SBS胶乳作为改性剂,采用一边乳化一边改性的方法制备高掺量SBS改性乳化沥青。实验可得,SBS胶乳固含高达52. 2%,稳定性好;乳化剂CMK-6的最佳掺量为2. 5%; SBS胶乳的掺量高达13%。高掺量SBS改性乳化沥青具有良好的高低温性能,软化点为82℃,5℃延度为42. 2 cm,动力粘度大于20 000 Pa·s,以此为胶结料,可广泛应用于高粘磨耗层、高粘微表处等道路养护工程。     

超薄磨耗层沥青混合料的抗剪性能

基于单轴贯入试验和无侧限抗压试验,研究了原材料参数和试验条件对沥青混合料抗剪强度的影响.通过室内试验研究了SBS掺量、补强剂掺量和级配类型对超薄磨耗层高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗剥落性能的影响.试验结果表明:骨架结构混合料的抗剪性能优于悬浮密实结构,SBS改性沥青混合料的抗剪性能优于基质沥青混合料;最佳沥青用量下的混合料抗剪强度较大,且补强剂可有效改善混合料的抗剪性能;高温条件和低速行驶的车辆都易造成超薄沥青磨耗层的剪切破坏.当SBS掺量为4.0%~4.5%、补强剂掺量为0.30%~0.50%时,超薄沥青磨耗层能兼顾抗剪性能和其他路用性能,同时满足经济性.     

沥青路面粘层材料性能的试验

沥青路面层间材料粘结性能的优劣直接关系到路面的整体受力状态,进而影响路面的使用寿命。利用自行研发的多功能剪切仪,对普通沥青、SBS改性沥青和SBS改性乳化沥青这3种常用的粘层材料在不同温度及洒布量条件下的粘结性能进行试验研究,提出以不同温度下的粘结抗剪强度作为评价指标。结果表明:3种材料的粘结抗剪强度均随着温度的升高而减小,但随温度的变化规律有所不同;相比而言,在较低洒布量时,SBS改性乳化沥青表现出更优异的粘结性能,且最佳洒布量为0.5～0.7kg/m2。     

水性环氧树脂微表处的层间抗剪性能

为改善路面加铺微表处薄层罩面后新旧路面间的层间抗剪性能,采用水性环氧树脂(WER)对微表处进行改性。依据直剪试验,研究环氧树脂掺量、油石比、黏层油种类及用量、旧路面类型及水分对环氧树脂微表处层间抗剪性能的影响。结果表明,在微表处中加入水性环氧树脂能改善混合料的抗剪性能;与丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青相比,水性环氧改性乳化沥青高温及黏结性能更好,作为黏结材料对于提高路面层间抗剪性能更有优势;当微表处掺15%水性环氧树脂,油石比为7.7%,黏层油选用水性环氧乳化沥青且用量为0.6 kg/m2 时,结构层层间抗剪性能较好;在沥青混合料与水泥混凝土两种界面上,微表处与沥青混合料的层间抗剪性能更好。     

隧道路面加铺层的层间抗剪试验

以AC-13混合料和水泥混凝土面板模拟原隧道路面,以层间抗剪强度为指标,分别对常用的纤维橡胶微表处及NovaChip超薄磨耗层抗滑加铺层进行试验,研究了不同因素对加铺层层间黏结性能的影响.结果表明:NovaChip超薄磨耗层的抗剪切性能优于纤维橡胶粉微表处混合料;层间污染及下面层表面状况对抗滑加铺层的黏结性能影响显著;不同的加铺类型混合料对应的粘层油最佳洒布量不同,同一种加铺类型在不同温度下粘层油的最佳洒布量也不同;试验表明25℃时纤维橡胶粉微表处粘层油洒布量为0.8 kg·m~(-2).     

高黏乳化沥青层间黏结材料设计与性能研究

针对层间黏结材料黏结效果差、耐久性不足的问题,提出一种新的高黏乳化沥青作为层间黏结材料并对其性能进行了研究.首先,采用二次热混合法制备高黏乳化沥青,并与水性环氧改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青进行筛上剩余量、蒸发残留物三大指标、黏度等试验;其次,在上面层同为UTFL-13沥青混合料,下面层分别是AC-13、AC-10沥...     

开级配沥青磨耗层降低路面噪声优化

为了评估开级配沥青磨耗层(OGFC)在降低路面噪声方面的性能,采用击实法制备了20种集料级配组成的OGFC混合料(OGFC-16、OGFC-13、OGFC-10和OGFC-5)马歇尔试件,利用驻波管按1/3倍频测得了不同试件的吸声频谱,并与密级配沥青混合料(AC-13)进行了对比.结果 表明:OGFC混合料的吸声频谱近似呈现出先升后降的变化规律,AC-13混合料的吸声频谱没有明显起伏变化,OGFC混合料的吸声系数要远大于AC-13;随着空隙率的增加,OGFC混合料的平均和峰值吸声系数逐渐增大,峰值频率向高频方向移动,并得到了吸声系数和降噪值随空隙率变化的数学表达式;对于空隙率相近的OGFC混合料,平均吸声系数几乎不受级配组成的影响,峰值频率随着公称最大粒径的增加向高频方向移动;随着试件厚度的减小,同一OGFC混合料试件的峰值吸声系数略有增加,峰值吸声频率向高频方向移动,但平均吸声系数明显衰减.因此,在满足路用性能和排水性能的前提下,降噪效果可作为优化OGFC混合料的依据,其空隙率宜为20％ ～23％.     

基于沥青加铺路面的应力吸收层指标的研究

针对旧水泥混凝土路面沥青加铺路面反射裂缝比较突出的问题,对扬州地区的典型加铺路面(328国道海宁线仪征段133K～146K和158K～163K)进行深入的调查,得出反射裂缝主要取决于接缝处治不合理和层间粘结强度不足。本文通过大量的应力吸收试验,对9种粘层沥青类型、"两油一料"的应力吸收层结构以及不同级配的应力吸收层集料的进行剪切和拉拔试验,确定了最佳的粘层沥青类型和撒布油量以及应力吸收层集料的级配类型。结果表明:壳牌沥青其作为粘结层抗剪切和抗拉拔强度最大;"两油一料"撒布时,最佳沥青撒布油量为:第一层1.0kg/m2,第三层0.5kg/m2;集料选择单一粒径粘结效果最好。     

水性环氧树脂改性乳化沥青粘层抗剪性能的检验

针对沥青路面因层间黏结性能不足而导致路面结构出现推移、拥包等病害现象,研究环氧乳化沥青粘层在不同环氧乳化沥青洒布量、不同试验温度和不同正应力条件下的抗剪强度,运用摩尔-库伦原理得到黏结力和内摩阻角.借助Ansys有限元软件对5种代表性路面结构进行层间剪应力计算,根据计算所得层间最大剪应力和抗剪强度,对环氧乳化沥青粘层进行抗剪疲劳性能和抗剪极限性能检验.结果表明:抗剪强度随正应力的增大近似呈线性增大,且在60℃高温条件下,环氧乳化沥青粘层的最佳洒布量为0.8 kg·m~(-2);当洒布量和正应力相同时,由于黏结力的减小,抗剪强度随温度升高而逐渐减小;5种路面结构在100 k N和200 k N荷载作用下,层间最大剪应力分别小于容许剪应力和抗剪强度,沥青面层不会产生剪切疲劳破坏及高温重载作用下的极限剪切破坏.     

青藏高寒地区沥青混合料低温抗裂性能的灰关联分析

运用单因素方差分析方法,研究了低温弯曲试验结果,得到沥青种类、级配类型和不同的公称最大粒径对青藏高寒地区沥青混合料低温抗裂性能的影响程度;以弯曲应变能密度为评价指标,利用灰关联分析法分析沥青种类对低温抗裂性能的影响.结果表明:SBS/SBR复合改性沥青混合料的低温抗裂性能最优,SBS次之,SBR最差;具有骨架密实结构的级配B沥青混合料的低温抗裂性能优于级配A;AC-13沥青混合料的低温性能优于AC-20与AC-25.可见,在青藏高寒地区选用具有骨架密实结构、公称最大粒径较小的SBS/SBR复合改性沥青混合料,有利于提高沥青混合料的低温抗裂性能.     

复合改性乳化沥青的制备及其微表处混合料路用性能

为解决普通乳化沥青在微表处混合料中存在的路用性能不足的问题,采用先乳化后改性的工艺制备高性能改性乳化沥青.利用延度与软化点指标确定改性剂添加方法及改性剂掺配比例,并以其作为微表处混合料的胶结料.通过湿轮磨耗试验(WTAT)验证其抗水损与耐磨耗性能,通过劈裂试验与高温车辙试验验证其抗裂与抗剪性能.结果表明,复合改性乳化沥青的软化点和延度均明显优于普通乳化沥青,当掺配比例为3.5%SBR与2.5%环氧时,延度和软化点可分别达到400 mm和70 ℃以上.混合料性能试验表明,采用改性乳化沥青制成的微表处混合料与普通微表处混合料相比,在抗水损/耐磨耗、抗裂及抗剪等方面具有显著的优势.     

AS渗透养护剂对沥青混合料性能改善的试验分析

AS渗透养护剂是一种无机型沥青路面专用预防性养护新材料,其依靠渗透结晶作用在沥青混凝土表面和微裂隙中形成独特的三维网状增强结构,从而改善沥青路面的高温和水稳等使用性能。为了研究其改善效果,选取表面层常用沥青混合料SBS改性AC-13C作为涂刷母体,通过室内试验对比分析了AS渗透养护剂涂刷前后的AC-13C的各项路用性能,并进行了试验段验证。研究结果表明,AS渗透养护剂符合渗透成膜型防水涂料的技术要求;涂刷AS渗透养护剂后,SBS改性AC-13C的抗渗性能、粘结强度和抗磨耗能力得到显著提高,高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗老化性能和耐酸碱腐蚀能力等均得到一定的改善,但对抗滑性能有一定的影响。因此,AS渗透养护剂可应用于沥青路面预养护工程。     

特种玄武岩纤维增强OGFC-13混合料配合比设计及路用性能试验

为了提高开级配排水式磨耗层OGFC沥青混合料的稳定性和抗变形能力,采用一种絮状且性能优良的特种玄武岩纤维作为增强稳定剂。通过选取不同岩纤维掺量,分别进行了OGFC-13混合料的配合比设计及最佳油石比下的各项路用性能检验。研究结果表明,特种玄武岩纤维能很好地吸附沥青并将粗集料骨架粘结成牢固的整体,使得岩纤维增强OGFC-13的高温、低温和水稳等路用性能均得到明显的提高。然而,当岩纤维掺量过高时,部分岩纤维增强沥青胶浆因分散于OGFC-13的连通空隙中而造成空隙率降低,且少量分散不均的岩纤维易形成混合料结构中的薄弱点,从而影响混合料的路用性能。由此确定特种玄武岩纤维的适宜掺量范围为0.3%~0.5%,最佳掺量为0.4%,可供排水降噪沥青路面工程应用参考。     

稳定型橡胶沥青混合料性能研究

稳定型橡胶沥青是一种新型改性沥青,具有分散性好,适用多种级配类型混合料,其性能接近SBS改性沥青.选用RLC、PCM-P、RHC 3种稳定型橡胶改性剂,通过试验最终确定3种改性剂的最佳掺量分别为12%、14%、18%.通过AC-13C沥青混合料配合比设计及马歇尔试验确定RLC、PCM-P、RHC 3种稳定型橡胶改性沥青、SBS、橡胶沥青的最佳油石比.对不同改性混合料进行高温抗车辙试验、低温抗开裂试验,水稳定性试验,试验结果得出:PCM-P对混合料高温抗车辙能力改善效果最优,RHC对混合料低温抗开裂能力改善效果最优,RHC对混合料抗水毁能力改善效果最优.     

不同纤维沥青混合料性能研究

选用玄武岩纤维、木质素纤维以及聚酯纤维对AC-13C、SMA-13沥青混合料展开研究.通过对三种纤维沥青混合料相关性能研究,确定路用性能改善效果最优的纤维及纤维的最佳掺量;通过对不同纤维AC-13C、SMA-13混合料进行矿料级配设计及马歇尔试验,确定不同纤维掺量时混合料的最佳油石比及最佳纤维掺量;通过对不同纤维在最佳掺量时AC-13C、SMA-13混合料进行高温抗车辙、低温抗开裂以及抗水毁等路用性能试验得出,AC-13C沥青混合料玄武岩纤维、木质素纤维、聚酯纤维最佳掺量分别为0.4%、0.4%、0.3%,SMA-13沥青混合料玄武岩纤维、木质素纤维、聚酯纤维最佳掺量分别为0.5%、0.4%、0.4%,三种纤维在最佳掺量时均能改善AC-13C、SMA-13沥青混合料的路用性能,其中玄武岩纤维改善效果最优.     

冻融循环条件下的沥青混合料半圆弯拉试验

在-20~20℃的冻融循环条件下,利用自行设计的半圆弯拉试验,研究了分别进行0,6,12和18次冻融循环后,SBS质量分数(w(SBS))分别为0,4%,5%和6%的沥青混合料AC-16,AC-20和SMA-16的层底抗拉强度和抗拉应变的影响.结果表明:冻融循环次数相同时,随w(SBS)的增加,沥青混合料的层底抗拉强度和抗拉应变先逐渐增大再逐渐减小;当w(SBS)为5%时,3种级配沥青混合料均表现良好的层底抗拉强度和抗拉应变;AC类沥青混合料的层底抗拉强度和抗拉应变均优于SMA类;季节性冰冻区采用w(SBS)为5%的AC-16沥青混合料可更好地减缓路面开裂.     

骨架密实橡胶沥青混合料SDARC-13的设计与路用性能

为了研究骨架密实橡胶沥青混合料SDARC-13的路用性能,借鉴SMA-13的密实型骨架结构设计方法和AC-13C的级配设计方法,设计出骨架密实橡胶沥青混合料SDARC-13。通过冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、车辙实验、小梁疲劳试验和小梁弯曲试验,系统研究了不同掺量的橡胶粉对SDARC-13路用性能的影响,并与SMA-13,OGFC-13沥青混合料路用性能进行了比较。研究结果表明,掺入了橡胶粉后,SDARC-13沥青混合料的路用性能明显提高,其中,低温性能、疲劳性能、高温性能、水稳定性能相当于或优于SMA-13、OGFC-13沥青混合料;同时相关数据表明,橡胶粉掺入量并不是越大越好。     

考虑黏层油迁移影响的OGFC面层空隙结构表征

为了保证沥青路面层间的充分黏结,在层间撒布黏层油是目前路面施工的必要工序。由于开级配磨耗层(OGFC)的大空隙结构,在压实过程中黏层油倾向于通过界面处OGFC的空隙向上迁移,从而影响界面处OGFC的空隙结构并进而影响其功能。本文选取2种下卧层材料、1种OGFC材料和4种黏层油掺量制作OGFC和下卧层组合试件;通过CT扫描、三维重构和一系列图像处理方法对OGFC面层的空隙结构进行表征和分析;选取截面空隙率、平均空隙半径和平均配位数对OGFC面层的空隙结构进行定量表征。研究结果表明：当层间不撒布黏层油时,OGFC面层的空隙率分布与密级配沥青混凝土的类似,呈现两端空隙率高、中间空隙率低的规律;当黏层油掺量为0.5、1.0和1.5 kg/m²时,黏层油向上迁移,使得界面处OGFC的空隙率显著降低,并且黏层油掺量越大,迁移的高度越大;黏层油迁移对平均空隙半径和平均配位数的影响规律与空隙率的基本一致;下卧层的表面构造也会对黏层油的迁移造成显著影响。