二元粗集料间隙率形成规律与机制研究

为了研究二元粗集料间隙率形成的规律与机制,将A(19～31.5 mm)、B(13.2～19 mm)、C(9.5～13.2 mm)及D(4.75～9.5 mm)4档规格的石灰岩粗集料进行两两组合,获得6种二元粗集料,通过振实试验得到各二元粗集料的间隙率。试验结果表明:二元粗集料的间隙率随着粗集料加入量的增多呈现凹形曲线变化,存在一谷值。但各凹形曲线变化的速率与谷值不同,粗集料与较细粗集料的几何平均粒径比越大,曲线变化速率越大,谷值越低。通过回归分析,建立了各二元粗集料间隙率的有效统计模型。提出了填充效应系数的概念,以反映较细粗集料对较粗粗集料的填充程度,并建立了填充效应系数与粗集料几何平均粒径比的有效统计线性关系式。线性关系式表明:粗细集料粒径差距越大,即粒径比越大,较细粗集料对较粗粗集料的填充效果越好,即二元粗集料的间隙率越小。在此基础上建立了二元粗集料统一回归模型,揭示了二元粗集料间隙率的形成机制。     

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.     

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.     

矿料强嵌挤骨架密实级配的PFC2D数值试验研究

为了充分优化矿料级配,应用PFC2D构建了矿料密实度和加州承载比(CBR)的数值试验方法,在可靠性验证的基础上,分析了合成粗集料、合成细集料、粗细混合集料的密实度和CBR变化规律,提出了矿料强嵌挤骨架密实级配,并对其力学性能进行了室内试验验证.结果表明:19～31.5mm集料、9.5 ～ 19mm集料和4.75～ 9.5 mm集料3种规格粗集料的最佳质量比分别为70∶20∶10、60∶30∶10、60∶20∶20和50∶30∶20,2.36 ～4.75mm集料、0.6 ～2.36mm集料和0.6mm以下集料3种规格细集料的最佳质量比为38.5∶16.5∶45、33∶22∶45、36∶24∶40和30∶30∶40,粗细混合集料的最佳比例为65∶35;由矿料强嵌挤骨架密实级配组成的级配碎石的CBR值和抗压强度分别为规范级配的1.16倍和1.12倍以上,证明该级配具有良好的力学性能.     

级配对水泥稳定再生集料强度影响

目的探究级配对水泥稳定再生集料强度的影响.方法在规范规定的级配上下限范围内均匀的选取5种级配,分别进行水泥稳定再生集料的无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验;通过灰色理论分析了级配各组分与强度的关联性,并拟合得到各级配分形维数与强度之间关系式.结果级配对无侧限抗压强度、劈裂强度影响明显,且随级配由上限到下限的变化强度呈现先增大后降低的趋势,并在中上级配时达到最大.通过灰色关联度分析发现4.75～9.5 mm粒径组和强度的关联性最大,大于4.75 mm的粒径与无侧限抗压强度关联性更好,而小于4.75 mm粒径与劈裂强度关联性更好.拟合得到级配分形维数与强度之间二次多项关系式.结论再生集料的最佳级配对应的分形维数为2.491 4,所得结果可为水泥稳定再生集料的级配设计提供参考.     

粗集料粒径对矿质混合料骨架稳定性影响分析

粗集料是形成矿质混合料嵌挤和骨架结构的基础因素，在矿质混合料中起着非常重要的作用。文中通过逐级填充试验和均匀设计试验，分析了粗集料各级粒径的填充和干涉作用，并采用VCADR和CBR值对最大粒径为16mm矿质混合料粗集料的合理组成进行了研究，提出了骨架稳定的粗集料合理配比。     

RAP粒径对水泥稳定再生混合料的性能影响研究

为了研究旧沥青混凝土对水泥稳定再生混合料的性能影响,拟定了4种粒径范围的RAP替代相同粒径范围的RBP集料,对比采用骨架密实级配和悬浮密实级配的再生混合料,通过室内力学试验进行分析,并利用电子显微镜对RAP替代不同粒径RBP的混合料界面进行观察.试验结果表明:采用骨架密实和悬浮密实级配的混合料,当RAP替代粒径大于4.75mm,随着RAP替代粒径的增大,再生混合料的强度、模量均有明显降低,干燥收缩系数逐渐增大.粒径范围为2.36~4.75mm的RAP集料替代相同粒径范围的RBP集料,采用骨架密实级配的水泥稳定再生混合料,强度和模量降低幅度较小,同时干燥收缩系数有明显提高,RAP粒径越小,RAP与RBP界面融合程度越高.     

基于抗车辙稳定性的多孔沥青混合料级配优化

为了对多孔沥青混合料进行级配比选和优化,基于离散单元方法建立粗集料骨架结构的力学模型,对空隙率相近但级配不同的PAC-13骨架结构进行虚拟试验,并通过粗集料的CBR,混合料的车辙、剪切、飞散、劈裂等室内试验进行验证.试验结果表明:空隙率相近但级配不同的多孔沥青混合料骨架结构的力学性能、高温稳定性、抗飞散性能差异显著;对于PAC-13,将9.5～16mm和4.75～9.5mm的颗粒含量之比定义为粗值,粗值大有利于混合料的高温性能,粗值小有利于混合料抵抗飞散;推荐PAC-13的最佳粗值区间为0.8～1.1,并根据这一指标优化了多孔沥青混合料的级配范围,将9.5mm筛孔通过率由60%～80%调整为56%～68%;优化后粗集料骨架结构的力学性能和混合料的抗车辙稳定性显著提高.     

基于离散元法离析对混合料骨架结构特征影响

为从细观角度探究级配离析对沥青混合料内部骨架结构构成和受力特征的影响,基于离散元法建立二维混合料骨架模型,对不同离析状态的混合料骨架结构基本构成、受力特征等方面进行了研究和对比。结果表明:(1)提出了根据集料的级配生成二维离散元数字试件的方法;(2)一定粒径以上粗集料相互接触形成网络结构,构成了混合料内部基本骨架,而细集料主要起填充作用,级配离析将影响基本骨架的构成;(3)混合料中细集料的增多会降低矿料间隙率;(4)随着级配由粗到细,集料间接触点的数量急剧增加,集料间的平均接触力和最大接触力都逐渐减小,因而,当混合料发生粗集料离析时,在行车荷载作用下,混合料中粗骨料更易被压碎;(5)以粒径在2. 36 mm以上集料构成的骨架结构对抵抗压缩荷载的贡献率达70%以上,级配离析将影响不同粒径集料对抵抗荷载的贡献率,随着级配由粗到细,较粗集料贡献率下降,较细集料贡献率上升,各档集料的贡献率趋于均衡。     

水泥粉煤灰稳定碎石基层材料的级配范围

以水泥粉煤灰稳定碎石基层的级配范围为研究对象,以抗压强度为控制指标,依次给出了适合用水泥粉煤灰稳定的连续级配范围和间断级配范围。其中连续级配是以最大密度曲线n幂公式为依据,依次确定出水泥粉煤灰稳定碎石的级配范围,上限为规范中水泥稳定碎石的级配范围上限,下限为n=0.7时的n幂公式计算值;间断级配是将美国AASHTO的25mmNMAS级配范围进行了合理的修改而成。另外,在应用间断级配进行骨架密实类型配合比设计中,强调将水泥和粉煤灰计入2.36mm以下细料含量中,而且4.75mm以上粗集料的骨架间隙率[VCA]mix必须小于捣实状态下纯粗集料骨架间隙率[VCA]DRC。     

沥青混合料中骨架结构特征的评价

在沥青混合料级配设计理论中，可采用主骨料间隙率来骨架排列紧密程度，在研究集料填充过程中发现，次级集料的填充是填充和干涉并存在，次级集料逐步填充是偶然干涉和必然干涉交替出现的；同时室内试验证明良好的骨架具有良好的继承性，这为寻找性能良好的沥青混合料提供了一种新途径。     

基于图像处理技术的磨耗层粗集料分布特性

为了给沥青路面磨耗层级配设计提供参考,基于体积法设计了不同骨架结构的沥青混合料。采用小型搓揉试验机开展室内试验,以模拟行车环境与车轮加速碾压效果。利用数字图像处理技术对不同衰减阶段的粗集料倾角进行分析,揭示粗集料空间分布状态对抗滑性能的影响。结果表明,磨耗层表面粗集料颗粒约65%比例以"平躺"状态为主,主要与碾压工艺有关;随着轮胎作用次数增加,粗集料颗粒从"竖立"状态往"平躺"状态发展;适当增加粗集料在4. 75 mm以上的比例,减少2. 36 mm细料的干涉,形成更强的主骨架约束,能有效降低沥青路面的二次压实,在一定程度上能够改善沥青磨耗层的耐久性。     

橡胶沥青混合料RAC-G级配空隙率变化

针对橡胶沥青专用级配之一的RAC-G,将其在不同级配情况下,通过马歇尔试验,重点考查了此级配中关键档集料掺量的变化对9．5mmRAC-G级配空隙率的影响规律,研究发现,为保证RAC-G级配空隙率在3％-6％的范围内,油石比应控制在8．5％-9．5％;油石比每增加0．5％,橡胶沥青混合料的空隙率减小0．9％-1．2％;在2．36-4．75mm的含量严格控制在12％以下的前提下,通过调整粗集料4．75-9．5mm与≤2．36mm集料的相对含量,可微调空隙率。相比ARAC级配,将9．5mmRAC-G级配应用于超薄罩面或应力吸收层,将具有更好的抗疲劳开裂和防反射裂缝的性能。     

超薄磨耗层高黏高弹沥青混合料性能研究

为给超薄磨耗层提供一种性能优良的沥青混合料,通过优化级配并以高黏高弹改性沥青为胶结料研制骨架密实型高黏高弹沥青混合料。借鉴SAC( stone asphalt concrete）级配设计方法,以8 mm为集料最大粒径,改变4.75 mm筛孔通过率得到骨架嵌挤程度不同的3种SAC-7级配。通过室内试验和控制变量的方法,分析级配、沥青用量、压实度、粉胶比等对骨架密实型高黏高弹沥青混合料路用性能影响。研究表明：当高黏高弹沥青混合料中粗集料嵌挤程度≥90%,油石比在7.3%～7.9%,粉胶比在0.8～1.2时,沥青混合料综合性能最优。采用SAC设计方法设计的高黏高弹沥青混合料应用于超薄磨耗层具有优良的路用性能,能够满足高等级道路养护需求。     

高速公路SMA混合料高温稳定性及影响因素

针对京珠高速公路粤境内北段交通量大、超载严重、长陡坡路段多、夏季高温多雨多雾等特点，采用16水平4因素的均匀设计法，研究了各档粗集料用量与骨架间隙率[VCA]之间的相关性，优化了SAM矿料级配，并对SMA高温稳定性及影响因素进行了分析，且重点研究了粗集料用量、沥青用量、纤维品种等对SMA高温稳定性的影响。结果表明，当粉胶比为1．8、粗集料用量控制在75％～80％、油石比控制在5．8％～6．0％时，SMA高温性能最优。     

离心成型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验研究

通过试验研究了离心工艺参数、骨料级配、钢纤维长度和体积率等因素对离心成型钢纤维混凝土环形截面构件的轴向和环向劈裂抗拉强度的影响规律.结果表明：增大离心加速度有利于提高钢纤维混凝土的轴向劈裂抗拉强度;选用长度较小的钢纤维时,适当延长中速阶段的离心时间也可提高钢纤维混凝土的轴向劈裂抗拉强度;选用长度较大的钢纤维时,适当延长中速阶段的离心时间或增大离心加速度可提高钢纤维混凝土的环向劈裂抗拉强度.选取粗骨料级配5—10mm可获得较高的轴向劈裂抗拉强度,选取粗骨料级配5—15mm可获得较高的环向劈裂抗拉强度.对于外径为550mm以内的离心成型环形截面构件,钢纤维长度宜为25—32mm,体积率不宜大于1.2%.经统计分析提出了离心成型钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度计算公式.     

粗集料综合形态特征与抗磨耗性能的关联性

为了研究粗集料的抗磨耗性能与粗集料形态特征之间的关系,基于第二代集料图像测量系统(aggregate image measurement systemⅡ,AIMSⅡ)及其形态参数,建立了粗集料抗磨耗性能的评价手段。选择5种岩性的11种不同粗集料,集料粒径为9.5～13.2 mm,采用AIMSⅡ测试11种不同类型的粗集料的形态特征,利用AIMSⅡ现有的球度、梯度棱角和表面纹理指标,分析集料样本数量评价的合理性。在此基础上,测试各类型集料样本的磨耗值,结合AIMS II的球度、梯度棱角、表面纹理和形态综合指标(coarse aggregate angularity texture value, CAAT)分析集料磨耗前后的形态变化规律,进而评价各个样本的抗磨耗性能。结果表明：CAAT与粗集料磨耗值有良好的线性关系,拟合相关系数为0.956,采用CAAT评价集料抗磨耗性能具有一定的合理性。     

基于数字图像处理技术的沥青混合料运动特性

为了分析沥青混合料在碾压成型过程中分布不均匀的原因,利用数字图像处理软件,分别处理AC-13型沥青混合料振动每30s的试件剖面,进而得到13.20mm、9.50mm、4.75mm、2.36mm这4档集料随时间变化的分布情况。研究结果表明:在AC-13型沥青混合料碾压成型过程中,13.20mm集料的运动趋势随时间变化最为明显,在水平和竖直方向均做上下左右的往复运动,且整体运动幅度较大,对沥青混合料的均匀性影响最大;9.50mm的集料随时间变化的运动趋势较缓和,整体运动方向与13.20mm集料大体一致,对沥青混合料的均匀性有影响;相比以上2档集料,4.75mm档和2.36mm档集料随时间变化的运动趋势都不是很明显,它们的重心基本上都集中在剖面的中心位置,说明这2档集料整体上分布的较为均匀,对沥青混合料的均匀性影响很小。