不同成型方式乳化沥青冷再生混合料力学特性研究

为深入探讨不同成型方式对乳化沥青冷再生混合料力学特性的影响,通过制备马歇尔试件、圆柱体试件,研究了垂直振动法和传统方法对冷再生混合料力学特性的影响,并应用Weibull分布建立疲劳方程。结果表明:与传统方法设计的冷再生混合料相比,垂直振动法最佳含水率降低10%,乳化沥青最佳用量降低10%,最大干密度提高1.021倍;与马歇尔试件相比,垂直振动圆柱体试件马歇尔稳定度M_S、25℃劈裂强度、冻融劈裂强度分别提高40%,32%及57%;通过疲劳方程的截距a和斜率b可看出,垂直振动法试件在高应力下抗疲劳性能和对应力变化的敏感性优于马歇尔法试件,即垂直振动法a值大于马歇尔法,b值小于马歇尔法。     

级配对乳化沥青冷再生混合料路用性能影响

为了优化乳化沥青冷再生混合料级配,采用垂直振动试验方法研究矿粉、机制砂和9.5~19 mm粗集料对冷再生混合料路用性能的影响．研究表明：矿粉对其水稳定性、低温抗裂性没有明显影响,矿粉掺量为3%时,与不掺矿粉相比冷再生混合料的动稳定度可提高41%;机制砂掺量为20%时,与不掺新集料相比,冻融劈裂强度比、动稳定度、弯拉强度可分别提高10%、54%、13%;9.5~19 mm粗集料对低温抗裂性能没有明显影响,与不掺新集料相比,9.5~19 mm粗集料掺量为10%~30%时,冻融劈裂强度比、动稳定度可分别提高7%~11%、151%~208%．建议冷再生混合料中9.5~19 mm粗集料掺量10%~30%、机制砂掺量20%、矿粉掺量3%为宜．     

冷再生混合料力学强度影响因素探究

采用垂直振动成型方法制备试件,研究乳化沥青类型、水泥掺量、纤维类型及掺量对冷再生混合料力学强度的影响。结果表明:与普通中裂乳化沥青冷再生混合料相比,丁苯橡胶(styrene butadiene rubber, SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene butadiene styrene,SBS)改性乳化沥青冷再生混合料力学强度可分别至少提高15%、9%;掺1.5%水泥的冷再生混合料的抗剪强度至少可提高85%;与不掺纤维冷再生混合料相比,掺0.4%聚酯纤维的冷再生混合料力学强度至少可提高8%。因此,根据力学性能最优原则,选取SBR改性乳化沥青作为冷再生混合料的胶结料,考虑材料经济性问题,建议冷再生混合料中水泥掺量为1.5%,建议选用0.4%掺量的聚酯纤维来提升冷再生混合料的力学强度。     

在役乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能

通过应力控制下的劈裂疲劳试验,分析了现场服役多年的乳化沥青冷再生混合料及室内新成型的乳化沥青冷再生混合料劲度模量衰减特征以及2类混合料疲劳破坏阶段的黏弹性特征;结合损伤分析,提出了在役冷再生沥青混合料和新成型冷再生混合料疲劳破坏准则;对比了不同车道的在役冷再生混合料和新成型冷再生混合料的疲劳寿命,结果表明,现场实际轴载作用次数的增加会导致冷再生混合料剩余疲劳寿命的降低,冷再生混合料在使用中存在疲劳性能增长过程.     

冷再生混合料垂直振动成型法设计与评价

为更好地模拟乳化沥青冷再生混合料现场压实工况,采用垂直振动成型方法(VVTM)对冷再生混合料进行压实,验证了方法的可靠性。对比研究了VVTM和马歇尔法对乳化沥青冷再生混合料物理和力学特性的影响。结果表明,VVTM试件力学强度与现场芯样的相关性高达94.8%,马歇尔试件的相关性不足60%。与现行方法的成型试件相比,VVTM成型试件的最佳含水率降低10%,最大干密度提高1.8%～2.3%,乳化沥青最佳用量降低7%～10%,力学性能提高32%以上,说明VVTM比马歇尔法更适于评价乳化沥青冷再生混合料的力学性能。     

高掺量RAP结合料温拌沥青胶浆的疲劳性能评价

研究了高掺量再生沥青路面(RAP)结合料和两种温拌沥青混合料R和M的沥青胶浆的疲劳性能,通过线性振幅扫描(LAS)试验和时间扫描试验研究了应变控制和应力控制两种加载模式下的疲劳性能。结果表明,人工RAP结合料、WMA添加剂和矿物填料对沥青胶浆抗疲劳开裂性能的影响随加载方式的不同而不同。此外,根据时间扫描试验结果,用能量法评估沥青材料的疲劳寿命更为可取。     

就地热再生技术在沥青路面养护工程中的应用

为了研究就地热再生技术在沥青路面养护工程中的应用,在新郑高速公路养护工程中采用该技术对沥青路面进行维修。通过对旧沥青混合料进行试验检测,分析旧沥青路面混合料中沥青结合料和集料的性能衰减,并通过不同掺量的性能试验,确定合理的再生剂和新沥青结合料掺量,使沥青性能得到有效再生。通过添加新集料对旧沥青混合料中的集料进行配合比设计,使集料级配得到有效恢复。工程实践表明,旧沥青混合料经过掺加再生剂和新沥青及新集料后形成再生沥青混合料,其各项性能指标均满足规范要求。     

超薄罩面融雪剂沥青胶浆和沥青混合料的路用性能

为了研究盐化物融雪剂对高粘沥青胶浆粘度特性、盐化物替代量对布氏粘度的影响,以及盐化物替代量对SMA-5沥青混合料路用性能的影响,通过研究超薄SMA-5沥青混合料矿料组成,确定了粗、细集料的最佳掺比和最佳油石比,然后对沥青胶浆进行布氏粘度试验,得到了合理的粉胶比范围,并评价了盐化物替代量对沥青混合料相关路用性能的影响。结合沥青胶浆和沥青混合料试验结果可知,随着融雪剂掺量的增加,沥青胶浆内部自由沥青占比降低,结构沥青占比变大,胶浆内部摩阻力变大,导致沥青胶浆针入度和延度均降低;随着融雪剂掺量的增加,沥青混合料动稳定度、最大破坏弯拉应变、马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比均逐渐降低;综合考虑,当氯化物融雪剂掺量为33%时,沥青混合料各项性能都满足要求。     

纤维对乳化沥青冷再生混合料路用性能影响

采用与施工现场压实效果相关性更好的垂直振动试验方法,研究了纤维掺量以及纤维类型对乳化沥青冷再生混合料路用性能的影响.结果表明:随着纤维掺量的增加,冷再生混合料动稳定度、弯拉应变、冻融劈裂强度等各项路用性能指标均先增大后减小.此外,与不掺加纤维冷再生混合料相比,试验选用的4种纤维对混合料水稳定性影响效果总体上均不明显;掺加木质素纤维的冷再生混合料高温稳定性能最好,动稳定度可提高79%,其最佳掺量为0.4%;掺加聚酯纤维的冷再生混合料低温抗裂性能最好,弯拉应变可提高19%,其最佳掺量为0.6%.     

两种方法设计沥青混合料的疲劳特性

利用轮碾法成型车辙板,并切割成小梁试件,研究采用垂直振动法和马歇尔法设计的AC-20混合料的弯拉疲劳特性,并应用威布尔分布建立疲劳方程.结果表明:与马歇尔法设计的AC-20混合料相比,垂直振动法设计的AC-20混合料油石比降低了6.91%,密度提高了1.6%,动稳定度、抗剪强度和抗拉强度分别提高了32.2%,38.7%和43.7%;垂直振动法AC-20混合料在高应力作用下抗疲劳性能及对应力变化敏感性均优于马歇尔法AC-20混合料,体现在垂直振动法AC-20混合料与马歇尔法AC-20混合料的疲劳方程斜率之比为0.883~0.965,截距之比为1.131~1.194.     

冷再生泡沫沥青混合料水稳定性研究分析

通过控制新集料掺加比例、泡沫沥青用量、水泥剂量、集料温度和抗剥落剂等,研究各因素对冷再生泡沫沥青混合料的路用性能和水稳定的影响,并揭示其微观机理.结果表明,旧料利用率、泡沫沥青用量、水泥剂量和抗剥落剂宜分别控制在50%～75%、 2.5%～3.0%、 1.0%～1.5%和0.5%左右.此外,适当提高集料温度,有助于提高泡沫沥青分散均匀性,从而提升冷再生泡沫沥青混合料的水稳定性.泡沫沥青用量和水泥剂量是冷再生泡沫沥青混合料水稳定的关键因素.尽量使泡沫沥青分散均匀,避免产生结团现象,是保证冷再生泡沫沥青混合料水稳定性的基础,进一步通过水泥补强作用,可获得良好的水稳定性.     

玄武岩纤维在沥青混合料中的作用机理

玄武岩纤维具有较高的强度和弹性模量,与沥青和集料有较好的亲和力,在混合料中分散性好。为分析其在沥青混合料中的作用机理,对玄武岩纤维沥青胶结料进行动态剪切流变（DSR）试验和表观粘度试验,并利用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价纤维对沥青混合料水稳定性的改善效果,采用动态蠕变试验及车辙试验研究纤维对混合料高温抗剪切性能的提高作用。试验结果表明：在SBS原沥青中加入玄武岩纤维后,纤维胶浆的抗车辙因子值得到显著提高,其表观粘度曲线随着玄武岩纤维掺量的增加呈上升趋势;玄武岩纤维沥青混合料的稳定度和浸水马歇尔稳定度值明显增大,且随着纤维掺量的增加而递增;玄武岩纤维的加入显著提高了动态蠕变试验沥青混合料的流变次数,其对混合料动稳定度有明显的增强作用。     

掺轻质油分再生剂冷再生沥青混合料设计

目前冷再生技术对于旧混合料的利用仅限于作为"黑色集料"使用,通过在冷再生沥青混合料中添加轻质油分再生剂,实现对旧沥青混合料中老化沥青性能恢复和再利用无疑是对旧沥青混合料的最优化利用。通过试验研究轻质油分再生剂掺量、闷料时间以及轻质油分再生剂比例构成三因素对冷再生沥青混合料性能影响。试验结果表明:轻质油分再生剂的最佳掺量为0.75%,闷料时间为0 min对冷再生沥青混合料强度最佳,轻质油分与再生剂复配比例为7∶3最优。对路用性能分析得出,按最佳再生剂设计方案添加轻质油分再生剂,冷再生沥青混合料水稳定性和低温性能明显改善,但动稳定度略有降低。     

掺轻质油分再生剂冷再生沥青混合料设计研究

目前冷再生技术对于旧混合料的利用仅限于作为"黑色集料"使用,通过在冷再生沥青混合料中添加轻质油分再生剂,实现对旧沥青混合料中老化沥青性能恢复和再利用无疑是对旧沥青混合料的最优化利用。通过试验研究轻质油分再生剂掺量、闷料时间以及轻质油分再生剂比例构成三因素对冷再生沥青混合料性能影响。试验结果表明:轻质油分再生剂的最佳掺量为0.75%,闷料时间为0 min对冷再生沥青混合料强度最佳,轻质油分与再生剂复配比例为7∶3最优。对路用性能分析得出,按最佳再生剂设计方案添加轻质油分再生剂,冷再生沥青混合料水稳定性和低温性能明显改善,但动稳定度略有降低。     

冻融循环作用下乳化沥青冷再生混合料损伤分析

目的研究乳化沥青冷再生混合料在冻融循环作用下宏微观损伤情况,揭示损伤规律.方法基于室内试验分析不同饱水状态下乳化沥青冷再生混合料经历不同冻融循环作用下的空隙率、高温性能和低温性能,运用扫描电镜(SEM)观测水泥乳化沥青复合胶浆微观形貌和化学元素组成.结果经历冻融循环20次,完全干燥、50%饱水和完全饱水状态下乳化沥青冷再生混合料空隙率增加幅度为3.0%、14.2%和19.5%,高温贯入强度降低幅度达20.6%、31.8%和49.1%,贯入深度增加幅度达24.5%、53.5%和80.4%,低温劈裂强度降低幅度达22.5%、44.7%和56.1%;经历冻融循环10次,乳化沥青与水泥水化产物分离,水泥乳化沥青复合胶浆晶体中碳元素质量分数降低幅度达56.4%,钙元素和硅元素质量分数增加幅度达2.50倍和2.17倍.结论冻融循环作用使乳化沥青冷再生混合料空隙率增加、高低温性能下降、复合胶浆损伤.     

基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究

内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。研究-10℃时不同RAP掺量(0、25%、50%、75%、100%,质量分数)对再生沥青混合料SCB试件应力强度因子K_IC、断裂能G_F和抗裂指数I_CR的影响。研究结果表明：无RAP掺入的SCB试件具有较好的断裂性能;随着RAP掺量增大,应力强度因子K_IC、断裂能G_F和抗裂指数I_CR均减小,表明RAP的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能;采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致;相比于集料同分布模型,集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大,表明集料分布状态对开裂结果有一定影响;当计算样本足够多时,这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致,可有效评价再生沥青混合料断裂性能。     

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。     

填料对沥青胶浆路用性能的影响

采用流变学方法定量研究填料对沥青胶浆性能的影响,所用填料包括矿粉、水泥和纤维．结果表明：填料能够明显提高沥青胶浆的高温性能,但不同填料的影响程度不同;在相同掺量下,水泥优于矿粉,聚酯纤维优于玄武岩纤维．通过沥青混合料的马歇尔稳定度试验与CPN车辙试验证实了以上结论的正确性．另外,在沥青胶浆中掺入填料还可以明显提高胶浆的抗疲劳因子,所以,采用科学的方法确定填料的最佳掺量是平衡沥青胶浆高温性能与抗疲劳性能的一种手段．     

温拌沥青混合料路用性能研究

采用马歇尔试验法对温拌沥青混合料组成进行设计,并通过车辙试验、浸水马歇尔试验、弯曲试验和疲劳试验,研究温拌沥青混合料的路用性能。结果表明:温拌改性剂掺量对沥青性能有显著影响,改性剂最佳掺量为2.5%~3.0%;温拌沥青混合料具有良好的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性,温拌改性剂能显著提高混合料的高温稳定性和抗疲劳性,但混合料水稳定性和低温抗裂性略有降低。     

不同马歇尔击实方法乳化沥青冷再生混合料的细微观结构性能

采用工业CT无损检测技术(X-ray CT)和数字图像处理技术研究"30+45"、"40+35"、"50+25"、"60+15"、"75+0"五种马歇尔击实方法下乳化沥青冷再生混合料试件的内部的粗颗粒的颗粒主轴取向角和空隙特征分布特征;并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明:马歇尔击实方式下乳化沥青冷再生混合料粗集料取向角基本符合洛伦兹分布,第二遍击实次数越多,粗集料取向角减小幅度越大,增大二次击实功虽然可改善乳化沥青冷再生混合料的颗粒分布结构;但远没有增大第一次击实功效果明显。"50+25"、"60+15法"空级配中大孔百分比明显减小,而小孔百分比显著增大,随着第二遍击实次数的减小,乳化沥青冷再生混合料平均孔径呈先减小后增大的变化趋势,马歇尔试件平均孔径与劈裂强度之间具有良好的线性拟合关系。二次击实可减小乳化沥青冷再生混合料内部的大孔,改善粗集料的骨架承载结构,综合考虑击实方法对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、粗颗粒存在形态以及细微观空隙分布特征的影响,推荐采用"50+25法"成型马歇尔试件。