基于细微观试验的水泥乳化沥青混合料空隙特征

水泥乳化沥青混合料中的水泥和乳化沥青会发生相互作用,因而其空隙结构较普通热拌沥青混合料复杂.采用X射线断层扫描技术(CT)研究乳化沥青用量和水泥用量对混合料中细观空隙分布和空隙特征的影响,基于扫描电镜(SEM)进一步研究混合料中微观尺度的空隙结构.结果表明,随着乳化沥青用量的增大,混合料内部空隙尺寸有所减小,试件水平断面上的空隙总面积和平均单个空隙面积减小;水泥用量超过3％时,混合料的CT可视空隙率明显增大,且空隙中的大尺寸空隙比例增高;由于乳化沥青及水泥材料的相互作用,水泥乳化沥青混合料的内部空隙结构比传统热拌沥青混合料疏松.     

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.     

沥青混合料空隙的分形特性

沥青混合料作为一种非均质、多相和多层次的复合材料,空隙处于不规则、无序状态.其宏观行为所表现的不规则性、不确定性、模糊性、非线性等特征正是其微观结构复杂性的反映.但传统采用的基于欧几里得几何的简化分析方法不能很好地表征沥青混合料复杂微观结构的实际情况,为此尝试采用分形理论对其微观结构特性进行分析,并探讨了沥青混合料集料级配分维、空隙率以及空隙体积分维.     

冻融循环作用下泡沫和乳化沥青冷再生混合料损伤特性与细观机理

为了揭示冻融循环作用下泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律,设计了冻融循环试验方案,基于劈裂强试验、无侧限抗压强度试验、贯入剪切试验研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料力学性能的劣化影响,以工业CT无损检测技术为研究平台,研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料微细观空隙级配、空隙直径的影响规律。结果表明,冻融循环作用显著降低了泡沫/乳化沥青冷再生混合料的力学性能,总体上,泡沫沥青与乳化沥青冷再生混合料表现出了基本相同的力学性能,乳化沥青比泡沫沥青冷再生混合料有更好的抗损害性能。随着冻融循环次数增加,泡沫/乳化沥青冷再生混合料的平均空隙直径和最大空隙直径增大,大空隙数目增加,小空隙比例和空隙数目减小,随着平均空隙直径增大,泡沫/乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、贯入剪切强度均呈指数函数关系减小。冻融循环作用下,泡沫/乳化沥青冷再生混合料内部微空隙数目减少、平均空隙直径增大是其力学性能衰减的主要原因之一。     

基于CT技术的沥青混合料细观有限元建模和网格离散研究

借助工业CT扫描技术对于沥青混合料的细观组成进行扫描,并将扫描后的图片通过图形识别处理进而实现了沥青混合料中的胶浆二维几何形状重构和空间分布的确定,并通过设置临界值的方法剔除了可能影响沥青混合料材料细观有限元模型网格划分的骨料和空隙几何信息,最终结合有限元方法实现了半自动的沥青混合料细观尺度上的有限元网格离散化的流程.从而为分析沥青混合料细观力学特性的研究提供了可行的建模方法,也为从细观角度了解沥青混合料的各类力学特性提供了一个有限元模型平台.     

基于计算机层析识别的沥青混合料有限元模型

应用数字图像处理技术，结合有限元建模方法，建立了包舍集料、空隙和胶浆在内的沥青混合料有限元模型，并模拟研究了沥青混合料劈裂试验过程中，由于空隙分布、加载方向以及集料与胶浆模量比等指标的变化对沥青混合料内部微观力学特性的影响，发现沥青混合料中空隙与集料颗料的分布对最大拉应力分布有很大影响，集料与胶浆模量比的变化则只影响最大拉应力值的大小而不影响其出现的位置。结果表明，该方法可进一步推广应用于不同条件下沥青混合料微观力学响应仿真。     

沥青混合料破损动态识别研究进展

论述了利用可进行CT扫描的三轴仪进行沥青混合料破损过程动态识别的研究进展,探讨了利用CT技术进行沥青混合料内部结构定量分析的方法,提出了基于CT图像评价混合料内部破损状态的参数和算法。结果表明,沥青混合料的性能既受沥青、集料和孔隙的体积含量影响,也受这些因素的空间分布影响。     

乳化沥青冷再生混合料的透水性与空隙特征

为了研究乳化沥青冷再生混合料的透水性与空隙特征之间关系,通过测定渗透系数来评价其透水性,并利用工业CT扫描观测其内部细观空隙结构.根据乳化沥青冷再生混合料养生过程中空隙率的变化,探究水泥和水对其空隙形成的影响.结果发现,乳化沥青冷再生混合料在较高的空隙率下具有相对较低的透水性;其平均空隙尺寸略小于同级配的热拌沥青混合料,且大空隙较少,小空隙较多;乳化沥青冷再生混合料的空隙由压实空隙和养生空隙构成,水分的蒸发和水泥用量对养生空隙的形成具有显著的影响,随着水分的蒸发和水泥的水化,乳化沥青冷再生混合料内部形成了许多养生空隙;乳化沥青冷再生混合料的空隙尺寸以及分布特征是造成其低透水性的重要因素.     

基于排水沥青混合料细观结构的排水特性分析

对连通空隙结构对排水沥青混合料渗水特性的影响进行了研究,基于工业CT获取排水沥青混合料空隙细观分布特征,建立了排水沥青混合料的渗水数值模型,并采用有限体积法分析水在排水沥青混合料结构内部的流动特征,探讨连通空隙直径、空隙弯曲度与最小截面尺寸对水流特性的影响.结果表明:空隙直径对水流流速的影响较大,流速近似与空隙直径的平方成正比;空隙弯曲度越大,流速与流量越小;弯曲结构形式对流速与流量的影响较小,分析过程中可忽略空隙弯曲结构形式,只考虑弯曲度的影响;以连通空隙路径中的最小截面直径作为整个水流路径的当量直径来进行渗水特性分析,会造成计算的渗透系数偏小,需采用一定的修正关系式对计算结果进行修正.     

考虑沥青混合料空隙率的蠕变特性及改进Burgers模型

为了更为精确的分析不同空隙类型沥青混合料的抗变形性能的影响,在经典的Burgers模型上进行改进,添加了一个非线性元件,得到改进的Burgers模型,将模型的宏观参数转化为离散元PFC的微观参数,植入PFC程序,用于分析不同空隙特征沥青混合料的抗变形性能。结果表明：改进Burgers模型能较好地表征空隙率较大的沥青混合料的蠕变特性,且空隙率较大的沥青混合料在加载过程中相比与空隙率较小的沥青混合料的非线性蠕变变形更为明显,同时,改进Burgers模型可较好地预测在不同温度条件下不同空隙类型的沥青混合料的蠕变变形。用于研究大空隙特征沥青混合料OGFC-13时,当空隙率增大2%时,沥青混合料蠕变变形最大可增大1/2,当空隙率增大10%时,沥青混合料蠕变变形可增大近6倍。     

基于三级分散系的沥青混合料配合比设计方法

基于沥青混合料的三级分散系理论,定义了表征沥青胶浆、沥青砂浆、粗细集料空隙之间相关关系的两个体积参数Am(沥青混合料中细集料、沥青和矿粉组成的沥青砂浆体积与粗集料空隙体积之比)、Ap(沥青、矿粉组成的沥青胶浆体积与细集料空隙体积之比)。通过冻融劈裂、高温车辙、低温弯曲等室内试验,研究了沥青混合料各项路用性能与Am、Ap的变化规律,并根据不同气候分区的气候特点及规范(JTG F40-2004)对其相应的路用性能要求,分别推荐了相应的Am、Ap适宜取值范围;在此基础上,提出了以Am、Ap为指标进行沥青混合料配合比设计的方法。结果表明,以Am、Ap为关键指标,能有效地提高配合比设计的针对性和合理性。     

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。     

南方景区道路抗滑沥青路面路用性能试验

为了改善景区道路的安全性和抗滑性,分析了级配的类型和集料的种类对沥青混合料各项性能的影响,特别是对沥青混合料的抗滑性能的影响。结果表明,采用中粒式沥青混合料适合于高温地区道路的高温稳定性要求;采用空隙率小于5%的密实混合料级配适合于湿润多雨气候条件下的沥青路面水稳性的要求。为了改善陡坡路段沥青路面抗滑性能,级配中应该增加粒径大于4.75 mm的粗集料的含量。     

粗集料间隙率最小值的测定方法及其应用

为了克服干捣实法测定粗集料矿料间隙率的种种不足，提出了粗集料矿料间隙率最小值的概念与测定方法；据此定义了沥青混合料级配干涉系数；并提出了新的粗集料骨架嵌挤标准；在此基础上对设计沥青混合料的主骨架空隙填充法进行了改进；还分析了级配干涉系数与混合料高温抗车辙性能、疲劳性能的关系。研究认为依据粗集料矿料间隙率最小值而提出的粗集料骨架嵌挤的新标准能够更加准确地判定沥青混合料中粗集料的骨架嵌挤程度；改进的主骨架空隙填充法设计出的密断级配沥青混合料的各项性能完全满足规范要求；沥青混合料级配干涉系数与混合料的高温和疲劳性能之间具有良好的相关性。     

柴油泄漏对沥青路面使用性能的影响研究

为研究柴油泄漏对沥青路面使用性能的影响,依托汕梅高速柴油泄漏应急处治项目,室内试验利用红外光谱仪研究开展了油蚀机理研究。现场检测研究开展了柴油泄漏对沥青路面表观状况、摆值(BPN)、渗水状况的影响分析,钻取芯样并开展了沥青混合料的密度、高温性能及水稳定性的对比分析及对回收沥青性能的影响研究。结果表明:柴油油蚀机理在于吸收峰处官能团数量的变化;沥青路面在受柴油污染后会出现不同程度的颜色变黑、路表变滑现象;柴油泄漏造成沥青混合料密度下降;且沥青含量、沥青三大指标下降,并导致沥青混合料水稳定性和高温性能均产生较大幅度下降。     

基于离散元的蓄盐沥青混合料低温劈裂试验分析

为了对比探究蓄盐沥青混合料低温劈裂下的细观特性,在室内劈裂试验的基础上,基于离散元随机生成算法,按照室内试验相应的级配比例和试验参数,分别构建了蓄盐沥青混合料和普通沥青混合料数学模型,并进行了数值模拟试验。通过改变粗集料形态、摩擦因数以及试件空隙率时,在细观层面对其劈裂强度、裂纹类型及数量等方面进行了对比分析。实验表明：普通沥青混合料的劈裂强度明显高于蓄盐沥青混合料,且裂纹数目相对较少;当粗集料形态在中值时,可以获得较大的劈裂强度值,此时,其摩擦因数对混合料的劈裂强度影响不大,而且,随着空隙率的减小,劈裂强度还会有所提高。宏观和细观试验研究认为：添加蓄盐材料后对混合料的低温抗裂性能会有一定劣化影响;沥青混合料的空隙率与劈裂强度为负相关,而集料的摩擦因数对劈裂强度没有显著影响。当沥青混合料中集料的形态和空隙率适当时,可以获得较好的低温性能。研究成果对于融雪路面的推广和应用具有实际意义。     

新型温拌沥青混合料水稳定性研究

为探究AM型温拌剂对沥青混合料水稳定性的影响,文章分别测定了添加0.5%AM型温拌剂前后的沥青三大指标和粘附性,并对AM温拌沥青混合料和对应基质沥青混合料试件,分别进行了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。结果表明:添加0.5%AM温拌剂后,沥青结合料的针入度和延度增加而软化点降低;沥青混合料试件残留稳定度提高5.23%,其残留强度比提高11.16%,添加AM型温拌剂后沥青混合料的水稳定性有一定程度的提高。     

用水泥路面碎石化后回收粒料再生的冷拌沥青混合料的性能

采用乳化沥青作为结合料,将回收水泥路面碎石化后破碎的粒料再生成冷拌沥青混合料。首先,通过马歇尔稳定度试验和劈裂强度试验确定再生混合料的最佳乳化沥青用量;然后,分别通过车辙试验和冻融劈裂试验评价了再生混合料的高温稳定性和水稳定性。结果表明,用回收水泥路面碎石化后破碎的粒料再生成的冷拌沥青混合料具有较高的力学强度,优良的高温性能和水稳定性,满足JTG F41—2008《公路沥青路面再生技术规范》要求。