基于响应曲面法的SMA沥青混合料试验研究

在沥青混合料配合比设计中,通常采用控制变量法研究单个因素对于沥青混合料性能的影响.为了同时研究多个实验变量对试件的影响并得到最优配比,本文以玄武岩纤维长度、玄武岩纤维掺量、油石比为影响因素,将空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、流值作为响应指标,利用响应曲面法对玄武岩纤维SMA沥青混合料配合比进行设计.得到玄武岩纤维长度为6mm、掺量为0.38%、油石比为6.56%时制备得到SMA沥青混合料性能最优.同时预测出此设计下马歇尔稳定度为10.49kN、流值30.86mm、空隙率4.0%、矿料间隙率17.77%、沥青饱和度77.44%,最终试验表明,实测值与预测值之间的误差不超过5.6%,表明了以响应曲面法在沥青混合料配合比优化设计中的适用性和可靠性.     

岩沥青与玄武岩纤维复合改性沥青混合料性能研究

岩沥青改性沥青具有较好的抗车辙能力、抗水损坏能力和抗疲劳能力,但低温抗裂性能较差,以玄武岩纤维和聚酯纤维作为岩沥青的增强材料,采用车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和三轴剪切试验分别对比了岩沥青和纤维复合改性沥青混合料、基质沥青混合料以及SBS(styrene butadiene styrene)改性沥青混合料的高、低温性,水稳定性能,力学性能。试验结果表明,青川岩沥青与纤维复配的复合改性沥青混合料具有优良的路用性能,纤维的加筋作用能够有效改善岩沥青改性沥青的低温抗裂性能,且玄武岩纤维的改性效果优于聚酯纤维,推荐最佳的复配方案为6%青川岩沥青+0.30%玄武岩纤维。     

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。     

玄武岩纤维在沥青路面中的应用研究

为了评价玄武岩纤维沥青混合料的路用性能,对玄武岩纤维的掺入改善混合料路用性能展开了研究.通过室内相关试验,在SMA-13沥青玛蹄脂混合料中掺入玄武岩纤维,主要对沥青混合料配合比设计、高温稳定性、低温抗开裂能力以及水稳定性等路用性能展开研究.结果表明,在最佳纤维掺量时,玄武岩纤维混合料的高温稳定性明显优于木质素纤维混合料;玄武岩纤维的加入对混合料低温抗开裂能力有显著增强作用,可以延缓沥青路面破坏变形的发生速率,改善水-温冻融循环对混合料损伤程度,提高沥青路面抗水毁破坏的能力;最终确定,玄武岩纤维最佳用量为0.3%,纤维最佳长度6 mm.     

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。     

基于RSM的炭黑硅烷偶联剂复合改性沥青路用性能研究

炭黑对于沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性有很好的改性效果,但对于其水稳定性改性效果不明显,而硅烷偶联剂可以用于提升路面的抗水损能力,所以本文提出将炭黑和硅烷偶联剂同时加入沥青混合料中,研究复合改性沥青的路用性能。采用响应曲面法设计试验、进行试验然后分析结果,得到合成炭黑/硅烷偶联剂复合改性沥青的最佳改性条件,并通过车辙试验、真空饱水马歇尔试验及小梁低温弯曲试验来研究炭黑/硅烷偶联剂复合沥青混合料的路用性能。借助响应曲面法,得出了制备炭黑/硅烷偶联剂复合改性沥青的最佳炭黑、硅烷偶联剂的用量及剪切时间;通过车辙试验、马歇尔实验及低温小梁弯曲试验得出炭黑/硅烷偶联剂复合改性剂可有效地提升沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性;其中硅烷偶联剂主要提高了其水稳定性和高温稳定性,而炭黑主要是提高了沥青混合料的低温抗裂性能和高温稳定性。     

基于响应曲面法的炭黑/硅烷偶联剂复合改性沥青路用性能

炭黑对于沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性有很好的改性效果,但对于其水稳定性改性效果不明显;而硅烷偶联剂可以用于提升路面的抗水损能力,所以提出将炭黑和硅烷偶联剂同时加入沥青混合料中,研究复合改性沥青的路用性能。采用响应曲面法设计试验,进行试验,然后分析结果,得到合成炭黑/硅烷偶联剂复合改性沥青的最佳改性条件;并通过车辙试验、真空饱水马歇尔试验及小梁低温弯曲试验来研究炭黑/硅烷偶联剂复合沥青混合料的路用性能。借助响应曲面法,得出了制备炭黑/硅烷偶联剂复合改性沥青的最佳炭黑、硅烷偶联剂的用量及剪切时间;通过车辙试验、马歇尔实验及低温小梁弯曲试验得出炭黑/硅烷偶联剂复合改性剂可有效地提升沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性;其中硅烷偶联剂主要提高了其水稳定性和高温稳定性,而炭黑主要是提高了沥青混合料的低温抗裂性能和高温稳定性。     

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.     

消石灰和水泥改性沥青混合料的路用性能

在沥青混合料中掺加消石灰、水泥能够有效提高沥青与集料之间的黏附性,改善沥青路面路用性能.以连续密级配沥青混合料AC-16型为例,采用冻融劈裂、浸水马歇尔、高温稳定性和低温抗裂性等试验,进行掺加不同剂量消石灰及水泥的路用性能研究.试验结果表明:掺加消石灰的沥青混合料对应的最佳油石比为4.6%,浸水残留稳定度提高9.6%,此时消石灰最佳掺量为1%;掺加水泥的沥青混合料对应的最佳油石比为4.8%,浸水残留稳定度提高7.1%,此时最佳掺量为2%;掺加消石灰和水泥都能显著提高沥青混合料的高、低温稳定性.     

掺加抗剥落剂沥青混合料的路用性能研究

对未掺加抗剥落剂、掺加消石灰和掺加某液体抗剥落剂的沥青混合料,分别进行了浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、动稳定度试验和低温弯曲试验,分析其水稳定性能、高温性能和低温性能。试验结果表明：掺加消石灰沥青混合料的路用性能优于未掺加抗剥落剂和掺加某液体抗剥落剂的沥青混合料,说明掺加消石灰是提高和改善沥青混合料水稳定性能的最佳措施。     

矿物纤维对SMA混合料性能影响的试验研究

通过在SMA-13混合料中加入掺量分别为0.35%、0.40%、0.45%、0.50%、0.55%的矿物纤维,研究矿物纤维对SMA-13混合料路用性能的影响,并寻求最佳纤维掺量.试验结果表明,矿物纤维对SMA-13混合料的马歇尔稳定性、水稳定性和高温稳定性均有明显的改善作用;随着矿物纤维掺量的增加,SMA-13混合料的最佳油石比、马歇尔稳定度、浸水残留稳定度、冻融劈裂抗拉强度比和动稳定度均呈先增大后减小的趋势.综合考虑矿物纤维掺量对SMA-13混合料各项路用性能的影响,建议最佳掺量取0.45%.     

钢渣沥青混凝土耐久性室内试验研究

钢渣体积安定性不良且变异性大,当钢渣作为集料用于沥青混凝土时,存在体积稳定性不足和耐久性不明风险,长期服役过程中可产生体积膨胀甚至开裂,严重制约了其在道路建筑领域中的大规模应用。通过游离氧化钙含量、浸水膨胀率及集料压蒸试验检测了不同产地钢渣的体积稳定性,提出了钢渣集料体积安定性快速评价方法与控制指标。利用马歇尔试件和圆形切片试件的长期高温浸水试验分析了钢渣沥青混合料的体积稳定性能,并采用长期浸水后间接拉伸强度、回弹模量、疲劳寿命及车辙永久变形综合评价钢渣沥青混凝土力学性能的耐久性。结果表明：钢渣集料压蒸试验条件较为苛刻,可快速检测体积安定性,其胀裂粉化率宜不大于5%。在长期高温浸水条件下,沥青膜无法阻止水分侵入到钢渣集料内部,导致其沥青混凝土产生体积膨胀和性能衰减。钢渣沥青混凝土圆形切片试件能很好地反映出鼓包、裂纹的产生与演化过程。通过玄武岩沥青混凝土作为基准进行对比分析,提出了基于力学性能的钢渣沥青混凝土耐久性控制基准。     

彩色沥青混合料的设计及路用性能的影响因素

为了分析胶结料、颜料对彩色沥青混合料路用性能的影响,基于4组分(基础油、树脂、脱色剂、改性剂)的原材料,掺入不同颜色(红色、黄色、绿色、蓝色)的无机颜料,制备出4种彩色胶结料Cb-a、Cb-b、Cb-c、Cb-d,提出料粉比概念,设计出4种彩色沥青混合料CAM-A、CAM-B、CAM-C、CAM-D.通过车辙试验、弯曲蠕变试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,分别对4种彩色沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性进行评价.试验表明:4种颜色下的彩色沥青混合料性能指标均满足技术要求.颜料的加入对彩色沥青混合料的高温性能、水稳定性有提高作用,对低温性能提升幅度不明显,可通过改善胶结料的软化点、延度、黏度等指标,合理选择颜料的系列及其粒径大小来提高彩色沥青混合料的路用性能.     

乳化沥青冷再生混合料配合比设计及性能分析

为了提出乳化沥青冷再生混合料的配合比,以九景(九江—景德镇)高速公路改建项目为例,通过室内试验,研究了水泥含量、乳化沥青含量对混合料劈裂强度、马歇尔稳定度的影响,确定了最佳配合比,并分析了乳化沥青冷再生混合料的力学和路用性能。结果表明:乳化沥青冷再生混合料的抗压回弹模量均大于1 000 MPa,增加压实功可提高其水稳定性,击实75次时的劈裂强度比可达到78.5%,动稳定度可达到2400次/mm,低温应变大于2 000με。此外,为乳化沥青冷再生混合料提出了室内试验指标的参考标准。     

基于抗车辙性能的长大纵坡沥青混合料设计

针对沥青路面长大纵坡路段车辙病害比较突出的现象,为最大限度降低路面的早期破坏,提高耐久性,以沥青混凝土AC-20为基础,通过对矿料级配进行优化设计,得到了一种抗永久变形能力更强的紧密骨架密实结构;选取BMF（北美孚）和浙江石金GBF两种玄武岩纤维,分别采用掺量0．2％、0．3％和0．4％进行车辙试验,分析不同纤维掺量对沥青混合料高温抗变形能力的改善效果。研究结果表明：优化设计后的SAC粗集料断级配是一种抗高温永久变形能力很强的矿料级配;玄武岩纤维沥青混合料的动稳定度得到提高,当纤维掺量在0．2％～0．3％时增长率比较快,掺量超过0．3％时增长率开始下降;AC_20沥青混合料玄武岩纤维BMF最佳掺量为0．35％,GBF最佳掺量为0．31％。研究成果可为长大纵坡路段沥青路面设计提供参考。     

水泥橡胶综合改性沥青混合料性能分析

为了减轻沥青路面的早期破坏,延长路面使用寿命,在高温多雨地区铺筑出具有优良使用性能的沥青路面,对比研究将水泥和橡胶粉同时作为改性剂对沥青性能的作用效果,并通过针入度、延度、软化点、黏附性试验确定合适的水泥掺量。通过马歇尔试验、车辙试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对沥青混合料的路用性能进行相关研究,并与基质沥青混合料的相关性能进行了系统对比评价。试验结果表明,掺入水泥和橡胶粉后提高了混合料的高温稳定性能和抗水损害性能。当水泥掺量为1.5%、橡胶粉掺量为20%时,高温稳定性和抗水损害性能最佳。     

沥青罩面层路用性能试验研究

为了研究沥青路面的高温、水稳定性等路用性能,进行了一系列试验.温度60℃和68℃条件下,车辙试验发现,在任何情况下级配1的高温稳定性都是最好的;进行了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,采用冻融劈裂强度比进行级配优选,经比较级配1水稳定性最优;低温弯曲试验表明级配1的低温抗裂性较好.总之,级配1作为推荐级配,设计时采用马歇尔击实100次成型.