沥青-集料界面断裂能的测试方法与影响因素

表面脱粒是沥青路面常见病害之一，会对沥青路面的耐久性和路用性能产生极大不利影响。为解决沥青路面脱粒预测和敏感性分析所需要的沥青-集料界面断裂能实测问题，本研究提出了摆式冲击试验的测试方法，通过对“集料-沥青-集料”试件施加横向剪切冲击荷载，使得沥青与集料界面发生破坏并测试其断裂能。研究中对温度、沥青种类、集料类型、水、矿粉等因素对沥青-集料界面断裂能的影响进行了分析，结果表明：沥青-集料界面断裂能可作为评价沥青-集料界面性能的指标，综合体现了沥青-集料粘附性能和沥青内聚性能，以及不同温度、荷载条件作用下沥青-集料界面的力学特性；温度对沥青-集料界面断裂能影响较大，随着温度升高沥青-集料界面断裂能呈现先上升后下降的趋势，且沥青与集料粘附性能逐渐提高，沥青内聚性能逐渐降低；SBS改性沥青和高粘改性沥青与集料的界面断裂能明显大于基质沥青，但两种改性沥青与集料的界面断裂能除峰值外差异不显著；集料类型对沥青-集料界面断裂能的影响不具有显著规律；在各个温度下水都会使沥青-集料界面断裂能发生衰减；在沥青中加入矿粉会使界面断裂能下降，基于沥青混合料性能的最佳粉胶比范围，并不一定对沥青-集料界面性能起到...     

沥青与集料黏附性的定量评价

为定量分析不同沥青与集料黏附性的差异,文章在传统水煮法试验的基础上,采用自主开发的图像采集系统对水煮后的沥青与集料样本进行取像,然后利用图像处理软件定量计算集料表面沥青的剥落率,并对影响沥青与集料黏附效果的沥青和集料的性质进行分析。研究结果表明:采用改进的水煮试验方法可以实现定量地评价不同沥青与集料的黏附性,其试验结果比传统的水煮法更加合理;沥青的135℃黏度越大,其与集料的黏附性越好;集料的碱值越大、表面电位越高、表面的微孔隙和微裂缝越多,其与沥青的黏附性越好。     

材料特性对沥青-集料界面粘附性的影响

为了研究沥青-集料界面的粘附性能,详细分析了几种主要的影响因素,并着重研究了原材料表面能对沥青-集料界面粘附性的影响;借助表面能理论,通过测定沥青与集料的表面能参数,计算得到粘附功与表面能变化,将沥青与集料之间粘聚力的自愈性、抗开裂能力作为评价沥青-集料界面粘附性的指标,分析了无水和有水情况下沥青自身内聚力的变化,以及与沥青-集料系统粘附性的变化。试验结果表明:几种沥青-集料系统中,SBS改性沥青-石灰岩系统的界面粘附性最佳,克拉玛依基质沥青-角闪片麻岩最差;沥青和集料拥有较大的Lewis酸碱性力产生的粘附功和较小的范德华力产生的粘附功,有利于提高沥青-集料界面的粘附性能。     

橡胶沥青混合料SAC-13级配空隙率变化分析

在普通沥青的多碎石沥青混凝土(SAC)设计的基础上,以空隙率为研究变量,采用固定油石比,再微调级配的方式,深入对比了SAC-13级配变化的普通沥青和橡胶沥青混合料的空隙率影响规律.结果显示:对于普通SAC-13沥青混合料,油石比每增加0.5%,空隙率减小1%～1.5%,随着9.5～13.2mm粗集料含量增多,4.75～9.5mm粗集料含量减少,混合料粗集料间隙率呈递减之势;对SAC橡胶沥青混合料,建议9.5mm以上集料用量范围限定在30%～45%之间,4.75～9.5mm集料用量范围限定在20%～40%之间,且4.75mm以上粗集料总用量应达到60%以上,2.36～4.75mm集料含量不宜高于10%,且不宜使用过多矿粉;同样目标空隙率下,SAC-13橡胶沥青混合料的粗集料掺量应略低于普通沥青混合料;SAC-13橡胶沥青混合料中当2.36～4.75mm集料含量达到8%以后,随着该档料用量的增加,空隙率增幅明显高于普通沥青混合料,需严格控制此档料含量.     

钢渣集料表面形貌对沥青吸收与黏附性能的影响分析

针对钢渣集料表面多孔、吸水率高、表面陈化裹附粉尘的问题，利用SEM扫描电子显微镜和荧光显微镜分别分析钢渣集料表面形貌和钢渣集料与沥青粘结界面结构，通过计算机断层扫描定量分析钢渣集料表面开口孔隙与沥青渗透深度的关系，研究钢渣集料与沥青拌和和浸渍后钢渣集料有效密度和沥青吸收率变化规律，并用滚瓶法试验来评价沥青与钢渣集料的粘附性能。试验结果表明钢渣集料表面存在独特的多孔结构和陈化产物层，而陈化产物层阻碍沥青与钢渣集料直接粘结，在界面处形成夹层结构，在动水摩擦作用下易导致沥青膜剥落。钢渣集料表面多孔结构对沥青只是部分吸收与填充，且与开口孔隙形状和大小存在较强依赖性，沥青渗透深度约为开口孔径的0.6倍。钢渣集料的吸水率和沥青吸收率具有很好的线性相关性，线性斜率约为0.39。与沥青拌和后，长期静置吸收沥青导致钢渣集料有效密度增加幅度小于0.5%。上述钢渣集料表面形貌特性可显著影响钢渣沥青混合料体积性能和抗水损害能力。     

粗集料形态对沥青混合料性能的影响研究现状

沥青混合料是高等级路面常用的铺面材料,粗集料占沥青混合料总质量的50%以上,粗集料形态(形状、棱角和纹理)对沥青混合料性能具有重要影响。本文系统总结了国内外学者在这方面的研究成果,并得出:针片状粗集料含量增加会降低沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能,提高粗集料的棱角性可以增强沥青混合料的抗车辙性能,增强粗集料的纹理性可以改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性。基于对现有研究的分析,建议今后进一步研究不同长短比区段的粗集料对沥青混合料性能的影响,以及全面研究粗集料棱角和沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳性能之间的关系。     

水泥改善酸性集料与沥青粘附性的试验分析

为了改善酸性集料与沥青的粘附性,发挥酸性集料强度高、耐磨性好的优点,更好的提高沥青路面的使用质量和耐久性,针对水泥改善酸性集料和沥青粘附性的效果进行试验分析,提出了添加水泥改善酸性集料与沥青粘附性的合理掺量,以及添加水泥后沥青混合料的最佳沥青用量.     

基于表面能理论的沥青-集料体系的粘附特性研究

基于表面自由能理论,采用接触角法测定2种沥青与4种集料的表面自由能参数,分别计算出各种沥青-集料体系的粘附功和剥落功,以表征沥青-集料体系的粘附性优劣;并采用冻融劈裂试验进行验证.结果表明:石灰岩集料与SK70改性沥青的粘附功最大,剥落功最小;花岗岩集料与SK基质沥青的粘附功最小,剥落功最大.此外,剥落功表征的沥青-集料体系的粘附性能与冻融劈裂试验表征的粘附性能基本一致;且沥青-集料体系的剥落功更能直观地定量评价沥青-集料体系的粘附性能.     

沥青混合料用集料的选择与级配组成优化设计

沥青混合料中粗集料和细集料的特性及其级配组成决定了混合料的路用性能。本文通过深入分析集料在沥青混合料中的作用机理、技术要求和质量标准,提出从资源特性和加工特性两方面控制和选择好粗集料和细集料,同时,应根据不同地区工程条件和沥青面层位优化集料级配组成。     

再生集料沥青混凝土界面损伤行为特征

水泥混凝土再生集料是建筑垃圾经分选、破碎、筛分工艺处理后的天然集料替代物，包含了水泥砂浆、原生集料、水泥砂浆与原生集料复合体。沥青混凝土内部界面损伤是沥青路面开裂的主要诱因，探究再生集料对沥青混凝土内部界面损伤的影响，有利于水泥混凝土再生集料在路面工程的推广。本文首先采用再生集料制备再生集料沥青混凝土(recycled aggregate asphalt concrete，RAAM)，将RAAM中内部界面分为水泥砂浆-沥青砂浆界面(cement mortar-asphalt mastic interface, CMI)和天然集料-沥青砂浆界面(natural aggregate-asphalt mastic interface, NAI)，通过电镜扫描试验和X线计算机体层成像(X-ray computed tomography, X-ray CT)试验获取了沥青混凝土内部界面的微细观特征，并采用半圆弯曲试验和有限元模型分析了RAAM的界面力学特征。试验结果表明，再生集料中的附着水泥砂浆具有多孔结构，增加再生集料用量会加剧沥青混凝土高温压缩过程中的内部界面损伤，水泥砂浆内部、水泥砂浆-沥青砂浆界面（CMI）的联结失效是内部界面损伤的主要诱因；有限元(finite element method, FEM)仿真结果表明，随着再生集料用量的增加，沥青混凝土的断裂耗散能降低，混凝土内部的界面主应力平均值增大。通过本研究分析，建议再生集料沥青混凝土使用前先对再生集料表面水泥砂浆进行物理或化学强化处理，研究结果为将来再生集料在道路工程中的应用提供参考。     

沥青混合料均匀性影响因素的研究

基于数字图像处理技术，对沥青混合料均匀性影响因素定量地展开研究．研究结果表明：随着集料公称最大粒径的增大，沥青混合料均匀性逐渐变差；集料中4．75胁这档集料比2．36胁这档集料对沥青混合料均匀性影响要显著得多；混合料中含油量和成型时的压实功对沥青混合料均匀性有一定的影响；成型温度对沥青混合料均匀性的影响，不是主要体现在混合料中集料的分布状态上，而是表现在混合料的空隙率变化上．     

有机蜡温拌沥青—集料界面黏附性及其混合料水稳定性能分析

为了研究有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性及其混合料水稳定性,基于表面自由能理论,利用躺滴法分别测试了无水及有水条件下有机蜡温拌沥青(Sasobit温拌沥青和RH温拌沥青)与集料(石灰岩和玄武岩)的表面自由能和黏附功,并通过冻融劈裂试验评价了混合料水稳定性能.结果表明:集料中的残留水分阻碍了沥青在集料表面形成沥青膜,降低了有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性;有机蜡温拌剂类型对沥青—集料界面之间的黏附性影响较小;与石灰岩相比,玄武岩由于表面自由能中的极性分量显著,SiO_2、Al_2O_3等主要化学成分与水化合成酸,可降低残留水分对沥青—集料界面黏附性的负面影响;有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附功与混合料的水稳性之间存在良好的线性正相关关系.     

沥青与集料黏附性评价方法

为了定量评价沥青与集料黏附性,提出新的沸煮试验方法,并与水煮法进行对比试验。选取5种A级70#基质沥青和5种SBS改性沥青,采用旋转薄膜老化试验(RTFOT)模拟沥青短期老化,采用压力老化试验(PAV)模拟沥青长期老化,以原样沥青为对照,制备成30种不同老化程度的样品,与3种岩性粗集料进行排列组合,共计开展90组黏附性试验,并提出了基于水煮法和沸煮法的沥青与集料黏附性综合评价方法。研究结果表明:水煮法试验中,随着沥青老化程度加深,基质沥青与集料的黏附性等级总体呈上升趋势,改性沥青老化前后与所有集料的黏附性等级均为5级,水煮法对改性沥青失效;沸煮法试验中,沥青的黏附时间从大到小依次为长期老化、短期老化、未老化试件,3种集料的黏附时间从大到小依次为石灰岩、闪长岩、花岗岩;将不规则集料制备成直径为19mm的球形集料,消除表面形状缺陷后,水煮法判定各种沥青与球形集料的黏附性等级均为5级,无法区分,而沸煮法仍可准确得到沥青与球形集料的黏附时间。水煮法用黏附性等级作为评价指标,沸煮法用黏附时间作为评价指标,以球形集料为标准试件,并给出基质沥青及改性沥青短期老化的技术要求。     

压剪耦合条件下沥青-集料界面粘脱滑移特征行为研究

为探求沥青与集料界面间的压剪断裂失效机制,在研发测试加载系统及分析原材料基本物性参数的基础上,通过制作沥青-集料三明治试件,开展了不同影响因素(集料粗糙度、沥青老化、环境温度及加载速率等)下沥青-集料界面的粘脱滑移特征行为研究,定量感知了沥青-集料界面的应力传荷与粘脱滑移过程,构建了沥青-集料界面的粘脱滑移本构模型.结果表明:增大粗糙度和法向应力与加快荷载速率能够提升界面抗剪能力与剪切抑制能;沥青老化在一定程度上能够提高界面抗剪强度,但降低了界面剪切抑制能;所构建的粘脱滑移本构模型能够表征沥青-集料界面在压剪耦合状态下应力变化三阶段特征.研究成果可为沥青混合料复杂力学行为的细观分析提供理论支撑,并为混合料结构参数的优化设计提供科学依据.     

沥青混合料水稳定性分析

根据沥青混合料的强度形成原理和破坏机理以及沥青混合料与水相互作用机理，着重从集料性质、沥青性质、混合料类型、集料粒径和面层压实层厚度等方面分析了影响沥青混合料水稳定性的因素，提出了应在集料选择、沥青选择、沥青混合料设计、加热与拌和、碾压工艺、环境等方面采取措施来改善沥青混合料的水稳定性。     

沥青混合料压实过程中粗集料的堆移行为及影响因素

为了研究间断级配沥青混合料压实过程中粗集料的堆移行为,采用3D打印技术制备基于真实集料形态的“追踪集料”,将旋转压实试验(SGC)和X-ray CT无损扫描技术相结合,对植入“追踪集料”的SMA-13间断级配沥青混合料的不同压实阶段分别扫描,并利用IPP(Image-pro premier )软件和MATLAB软件对扫描结果进行处理,从而对压实过程中粗集料的堆移行为进行定量研究。结果表明,在沥青混合料中植入3D打印集料不会对其原有级配和力学性能造成明显影响,适合作为一种“追踪集料”进行沥青混合料中的集料堆移行为研究;粗集料颗粒在旋转压实过程中,在外力作用下产生滚动、堆移,处于中上层的粗集料倾向于发生竖直向下堆移,而处于中下层的颗粒倾向于发生水平向的堆移和空间转动;对于间断级配沥青混合料SMA-13而言,沥青用量对集料水平面内的位移量有显著的影响。沥青用量和压实温度对集料空间转动角均有显著的影响,但沥青用量的影响更大一些。     

采用离散元方法评价集料的骨架结构

为了从细观结构角度深入研究骨架型沥青混合料集料的受力特征,在离散元程序PFC3D内,采用多球相互重叠的方法描述粗集料颗粒的三维不规则形状,并建立了考虑级配特征的集料混合物生成方法.按照集料粒径由大到小的顺序,在PFC3D中对各档集料进行了虚拟的逐级填充,并定量分析了各粒径集料对逐级填充后混合物中集料间隙率、集料之间的接触点数量、接触力等参数的影响.结果表明:集料混合物中,较粗集料受到的接触力大于较细集料;在较粗集料的混合物中,加入大于2.36 mm的较细集料有助于增加集料混合物的接触点数量,降低较粗集料所承担的接触力;粒径4.75～9.50 mm集料对接触点数量的增加最为显著;4.75 mm是骨架型沥青混合料的关键粒径.     

热拌沥青混凝土路面施工质量控制

1．材料控制沥青混凝土路面的保证1．1集料的破碎面与粘附性集料的破碎面因现在已不再采用卵石,因此一般不成问题。而集料与沥青的粘附性在选材时应进行试验保证达到5级。保证在雨水或荷载作用下变形小,增强抗车辙能力。1．2集料的针片状由于热拌式沥青混凝土时采用碾压成型,由于细长扁平颗粒在碾压或荷载作用下容易出现断裂,造成断面上有料无沥青膜包裹,混合料抗水冲刷能力减弱,造成路面水损害。1．3粉料的塑性指数集料的粉料含量直接影响沥青含量,粉料过多,混合料中集料的比表面积增大,如果按配比设计时的沥青含量进行施工,将造成沥青含量不足,影响混合料质量直接影响路面质量。尤其细集料中0．075mm通过率大,而粉料塑性指数过大,表明粘土含量多,而粘土遇水即无强度,将造成路面损坏。     

沥青混合料集料分形和性状相关性研究

利用分形理论对沥青混合料集料进行研究，推导出集料粒径、集料级配均具有分形的性质．对由同样材料组成的四种沥青混合料SMA-13，OGFC-13，SUPER-13，AK-13A进行研究，发现集料粒径分布分维数值与集料粒径分布相关性很好．对沥青玛蹄脂碎石混合料进行试验研究，得出粒径分布分维数值与马歇尔稳定度、矿料间隙率、孔隙率、沥青饱和度、劈裂强度、水稳定性等同样具有较好的相关性．因此，将分形理论用于沥青混合料的研究是非常重要的．     

沥青混合料抗剪强度的影响因素

为了研究沥青混合料抗剪强度的影响因素,基于单轴贯入试验,在温度为60℃时,直接对集料级配、集料性质、沥青性质、含油量、空隙率以及均匀对沥青混合料抗剪强度的影响进行研究.研究结果表明:集料级配和公称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的影响;沥青混合料抗剪强度受其集料中针片状含量的影响较大,集料中针片状含量增大,沥青混合料抗剪强度减小;结合料的性质,特别是针入度、软化点和粘度对沥青混合料抗剪强度有较大的影响,随着针入度减小,软化点和粘度增大,沥青混合料抗剪强度增大;含油量对沥青混合料抗剪强度有较大影响,随着油石比的增大,沥青混合料抗剪强度减小;沥青混合料抗剪强度受其空隙率的影响较大,一般随着空隙率的增大,其抗剪强度减小;沥青混合料均匀性与沥青混合料抗剪强度绝对数值间没有明显的关联,而与数值间的变异性有着很好的相关性.