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.     

排水沥青混合料各向异性空隙结构对渗水特性的影响

为研究排水沥青混合料各向异性空隙结构对渗水特性的影响,以拓展的达西定律为理论基础,基于工业CT获取排水沥青混合料的空隙细观分布特征,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了水在排水沥青混合料结构内部的流动特征;截取长方体试件作为特征体元来描述排水沥青混合料的各向异性渗透性能.研究表明:排水沥青混合料中空隙分布不均匀,横向的连通空隙率大于竖向,且单个空隙面积也比竖向大,空隙率的各向异性分布使得混合料试件渗透性也表现出各向异性;横向两个方向的渗透系数相近,且约为竖向的2倍;在进行渗透性分析时,在横向可把排水沥青混合料看成是各向同性体,而横向与竖向同时分析时应考虑为各向异性体.     

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％.     

红外差热技术评价沥青混合料渗水性研究

主要针对目前渗水仪定点检测沥青路面渗水系数方法的效率低、代表性差的不足,首先成型不同连通空隙率的沥青混凝土板状试件,经过一定时间的饱水,利用红外测温技术检测不同连通空隙率沥青混凝土试件表面温度差异度,从而提出利用红外差热技术快速、连续检测评价沥青混合料渗水性的方法.     

车辙对大空隙沥青路面横向排水影响的室内模拟测试

为了研究纵向车辙对大空隙沥青路面横向排水的影响,研发了大空隙沥青混合料渗水系数的室内测试仪,该仪器可模拟路面横坡和雨水在大空隙沥青混合料中的流动过程.采用车辙试验仪对8种类型的OGFC沥青混合料试件进行往复荷载作用来模拟车辙变形,并利用研发的渗水系数测试仪,测试具有不同车辙深度的沥青混合料横向渗水系数,计算得到因车辙引起的混合料渗水系数衰减度.结果表明:车辙会明显降低大空隙沥青混合料的横向渗水系数;动稳定度与渗水系数衰减度无明显关系,而大空隙沥青混合料的车辙深度与渗水系数衰减度具有一定的线性关系,因此可作为控制渗水系数衰减的指标;增大集料的公称最大粒径、使用高黏改性沥青、增大混合料空隙率能有效降低车辙引起的排水系数衰减程度.     

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.     

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。     

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.     

沥青混合料渗透性影响因素分析

为了研究不同因素对沥青混合料渗透性能的影响,通过测试AC-13和AC-20两种沥青混合料不同空隙率试件在不同温度、水压和轴压条件下的渗透系数,对比研究水压、温度、空隙率、轴压、最大公称粒径等因素对沥青混合料渗透性能的影响。试验结果表明,渗水量随着水压的增大而增大,但增加幅度呈逐渐减小的趋势;空隙率对沥青混合料材料渗透性能影响最大,空隙率越大,其渗透系数越大,间接验证了8%的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点;对于不同沥青混合料材料,最大公称粒径越大,其渗透系数越大;对于相同的沥青混合料,试验温度越高,加载的轴压越大,其渗透系数越大。故应严格控制沥青路面施工压实质量,注意多雨地区高温重载对沥青路面的不利影响。     

多孔沥青混合料旋转压实特性与动态模量

针对目前中国关于多孔沥青混合料(porous asphalt concrete,PAC)动态模量缺少研究压实特性对其影响这一问题,采用旋转压实方法(superpave gyratory compactor,SGC)通过室内成型PAC-13(1)、PAC-13(2)和PAC-13(3)3种不同级配、设计空隙率的旋转压实试件,对PAC旋转压实均匀性进行分析,确定依据时间-温度等效原理运用最小二乘法拟合3种级配的多孔沥青混合料主曲线,计算得出位移因子以及模型参数.结果表明:松铺高度较高的试件对应空隙率较大,目标压实度可以通过控制旋转压实次数来达到;提出空隙分布均匀系数,其越趋近于0代表混合料空隙分布越均匀,可用于指导室内旋转压实成型试验;多孔沥青混合料动态模量的大小受到成型试件空隙率、加载频率及环境温度三者耦合作用的影响;多孔沥青混合料与Sigmoidal模型拟合度较好,提出任意空隙率在不同温度、频率下的动态模量计算公式,可为后续有限元结构设计提供材料参数.     

空隙特征对开级配沥青混合料路用性能的影响

为了进一步探究空隙特征对开级配沥青混合料(open-graded friction course)路用性能的影响,研究采用MATLAB数字图像处理技术,获取了功能性沥青混合料(OGFC-13、OGFC-16)试件断面的细观图像,同时对OGFC沥青混合料进行了力学性能试验与排水性能试验。研究结果表明:OGFC-13的总空隙数量以及空隙面积在10 mm2以上的空隙数量均多于OGFC-16,而后者的连通空隙多于前者; OGFC-16的排水性能好于OGFC-13,但易遭受水损害; OGFC-13的低温性能和水稳定好于OGFC-16,而高温性能则相反;通过空隙形态图像可以更加明显看出,OGFC-13中的空隙被细集料堵塞,而OGFC-16的空隙堵塞程度明显较低,这就使得OGFC-16具有更好的排水性能和较差的低温性能和水稳定性。     

透水型沥青路面材料的降噪性能

以透水型路面为研究主体,利用驻波法测试材料的吸声系数,研究空隙率、粒径和厚度等因素对材料吸声系数的影响规律,探讨多孔路面结构的吸声降噪机理,并结合试验路段的噪声测试结果,评价路面现场降噪性能。研究结果表明:透水型路面中大量的连通孔隙能够有效地吸收路面噪声,随着厚度的增加,其吸声系数峰值向低频移动,小粒径透水型沥青路面材料具有更佳的吸声性能;当采用20%空隙率、40 mm厚的OGFC-13混合料时,吸声系数均值达到0.402,吸声系数峰值达到0.669;透水型沥青路面与普通AC-13C路面相比,路面现场噪声降低了4.7 dB(A);透水型沥青路面材料是一种降噪功能优异的路面材料。     

空隙特征对OGFC沥青混合料路用性能的影响

为了进一步探究空隙特征对OGFC沥青混合料路用性能的影响,研究采用MATLAB数字图像处理技术,获取了功能性沥青混合料（OGFC-13,OGFC-16）试件断面的细观图像,同时本研究对OGFC沥青混合料进行了力学性能试验与排水性能试验。研究结果表明：OGFC-13的总空隙数量以及空隙面积在10mm2以上的空隙数量均多于OGFC-16,而后者的连通空隙多于前者;OGFC-16的排水性能好于OGFC-13,但易遭受水损害;OGFC-13的低温性能和水稳定好于OGFC-16,而高温性能则相反;通过空隙形态图像可以更加明显看出,OGFC-13中的空隙被细集料堵塞,而OGFC-16的空隙堵塞程度明显较低,这就使得OGFC-16具有更好的排水性能和较差的低温性能和水稳定性。     

沥青混凝土有效孔隙结构特征对排水性能的影响

本文对目标孔隙率3%的SMA-13,目标孔隙率6%、9%、12%的AM-13及目标孔隙率15%、18%、21%、24%的OGFC-13沥青混合料进行研究,通过室内试验及数字图像处理技术,提供一个较为准确的孔隙分析方法。通过CT扫描出不同沥青混合料的内部微观结构图,利用数字图像技术结合MATLAB软件对其进行二值化处理后,将结果进行三维重构并计算总孔隙率。对重构模型用区域生长函数计算连通孔隙率,并将模型与实验室计算所得总孔隙率、连通孔隙率与渗水系数进行分析,得出三者的函数关系。最后运用ABAQUS软件建立渗透仿真模型进行沥青路面排水模拟。结果发现SMA-13与AM-13只能应对中小降雨情况,当OGFC-13孔隙率为15%到21%时能够应对大雨情况,24%时也可以应对暴雨情况。     

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.     

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。     

彩色沥青混合料紫外线老化影响因素的灰色关联分析

使用基质沥青制备空隙率分别为20%,23%,25%的大空隙母体马歇尔试件,并在母体表面涂上不同二氧化钛掺量改性的彩色乳化沥青.将颜色、空隙率、二氧化钛掺量和紫外线照射时间作为影响因素,将紫外线照射后试件的马歇尔稳定度作为评价指标,采用灰色关联分析理论,对彩色沥青混合料紫外线老化的影响因素进行研究.结果表明:空隙率越大,紫外线对彩色沥青混合料的老化影响越明显;二氧化钛能提高彩色沥青混合料抗紫外线老化性能,当二氧化钛掺量为3.0%时,彩色沥青混合料的抗紫外线老化性能最佳;4种影响因素按照重要程度排序为紫外线照射时间>二氧化钛掺量>空隙率>颜色,且灰色关联度均大于0.600,表明这4种因素均对彩色沥青混合料的抗紫外线老化性能有重要影响.     

基于格子Boltzmann方法的动水压力下透水沥青路面渗流特性研究

为预防和解决透水沥青路面在动水压力下渗流堵塞等“水损害“问题,研究细观尺度下水在沥青路面中的渗流特性及相关机理已成为关键科学问题。本文参考试验级配方案,应用蒙特卡罗方法,建立开级配抗滑层OGFC-13沥青混合料的3种工况二维细观模型。基于多松弛格子Boltzmann方法,从细观层面模拟分析了集料粒径、多孔介质空隙率以及动水压力变化对透水沥青路面渗透率的影响。结果表明：空隙率、粒径越大则沥青混合料渗透率越大;当动水压力在0～1500 Pa范围时,平均流速与压强梯度严格成线性关系,达西定律适用;当动水压力在15 000～45 000 Pa范围时,Darcy定律计算得到的平均速度偏大。