氧化石墨烯改性沥青与表面各向异性集料界面相互作用研究

在原子尺度上探究了干燥与水分入侵环境下氧化石墨烯(GO)改性沥青与表面各向异性集料界面黏附性能.采用分子动力学模拟方法研究了GO改性12组分沥青分别与典型弱碱性集料方解石和酸性集料α-石英的各向异性晶面的分子相互作用.在验证模型密度、热力学参数合理的基础上,以径向分布函数和相对浓度表征了沥青组分与GO在集料表面的分布和浓度情况.另外,计算体系黏附能分析了不同条件下GO改性沥青-集料界面黏附性能的差异.结果表明,GO分子由于其较大的比表面积和表面修饰活性位置,相比沥青其他组分大量聚集在沥青-集料界面之间,结合矿物不同表面原子密度和离子活性,无论是集料处于干燥状态或被水分入侵时,GO改性均显著提高了沥青与集料之间的黏附性能.由于Si原子在GO分子表面的高负载量,使得GO改性沥青与石英(一种酸性集料)比方解石(一种碱性集料)有更强的黏结强度.     

钢渣矿物组分与沥青黏附的分子模拟和试验研究

为从矿物化学组成层面分析钢渣与沥青的黏附机理,通过建立钢渣典型矿物(C3S、C2S、CaCO3、Ca2Fe2O5、Fe2O3)的分子模型,评价了矿物成分、沥青老化和水分对沥青与钢渣相互作用的影响.基于分子动力学模拟和表面自由能理论,通过接触角测量仪和纳米尺度的黏附功揭示了钢渣沥青混合料在沥青老化和水分侵蚀耦合条件下界面黏结性能的演变规律.结果 表明:C2S、C3S、Ca2Fe2O5等强碱性矿物相的存在显著提高了钢渣作为集料与沥青的黏结能力,不同矿物相与沥青界面黏附差异主要源于胶质和芳烃,并受到原子电荷和质心距离的双重作用;钢渣的极性在吸附沥青的过程中发挥了关键作用,沥青氧化老化显著增强沥青和钢渣矿物相静电相互作用,强碱矿物质与沥青的黏附更容易受到沥青老化影响,但对水敏感性较低.     

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.     

转炉钢渣沥青混合料路用性能试验研究

目的研究用转炉钢渣代替碎石作为筑路材料,提高废钢渣的利用率,改善沥青混合料的路用性能.方法利用转炉钢渣代替碎石,结合钢渣的理化性质,对钢渣沥青混合料进行高温稳定性试验、水稳定性试验以及层间剪切强度试验,分析稳定度、流值、冻融劈裂强度以及层间黏结效果随混合料级配的变化.结果各级配混合料的稳定度均大于8 k N,流值的范围为2~5 mm,均满足规范要求,且随集料粒径的增大而增大;冻融劈裂强度均大于规范要求的70%;层间抗剪强度较碎石混合料提高6%.结论钢渣沥青混合料具有良好的高温稳定性和水稳定性,且层间黏结效果优于传统的碎石沥青混合料.用钢渣代替碎石是可行的;可以有效改善沥青混合料的路用性能,且可以提高废钢渣的利用率.     

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。本文研究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...     

水泥混凝土路面板再生集料工程特性强化方法

为改善水泥混凝土路面板再生集料的工程特性,分别采用物理磨耗法与化学试剂喷涂法,对再生集料进行了强化处理,研究了钢球数量、转动圈数、化学试剂类型、试剂用量和拌和时间对再生集料吸水率和压碎值的影响,并对强化前后表面形貌进行了微观扫描分析.结果表明:采用物理和化学强化法均可以显著改善再生集料的工程特性;最优的物理磨耗试验条件为采用8个钢球和转动300圈,最优的化学强化试剂为有机硅树脂,最佳用量和拌和时间分别为2%和30 s;物理磨耗可以去除再生集料表面的硬化水泥浆体,化学试剂通过固化成膜来修复再生集料微观损伤,均可有效地降低其吸水率和压碎值.     

钢渣沥青混合料超薄磨耗层路用性能及其时变性

结合钢渣特性,采用浸渍法实测钢渣的有效相对密度.采用体积替代法,制备不同钢渣掺量的沥青混合料来替代粗集料.根据超薄磨耗层技术要求,对钢渣沥青混合料磨耗层的路用性能和表面功能进行了试验研究和对比分析.试验结果表明：随着钢渣掺量的增加,沥青混合料的动稳定度、破坏弯拉应变及劈裂强度比等路用性能指标均呈现先增大、后减小的变化趋势,且当钢渣掺量为50%时,混合料综合性能最优;钢渣沥青混合料路用性能具有时变性,随着试件放置时间的增加,其高温性能指标略有上升,低温抗裂性能指标和水稳定性指标均有所衰减;钢渣的掺入能够显著提升沥青混合料的抗滑和抗磨耗性能,虽然抗渗性能有所下降,但仍满足JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的技术要求.     

赤泥沥青混合料动态响应与水稳定性提升

针对赤泥沥青胶浆遇水界面剥离导致的沥青混合料水稳定性不足问题,选用消石灰、水泥对其进行增强改性,通过沥青质量检测仪(QCT)、界面拉拔仪(PosiTest AT-A)、表面自由能测试仪、简单性能试验系统(SPT)与汉堡车辙仪(HWT),研究了原状赤泥以及改性赤泥对沥青胶浆流变学行为与界面黏附性的影响,通过表面自由能计算了沥青胶浆-集料界面的黏附功与剥离功,揭示了赤泥沥青胶浆-集料界面遇水后的强度失效机理,分析了赤泥沥青胶浆-集料界面的热力学演变规律,评价了沥青混合料的动态响应、高温抗车辙性能与水稳定性。结果表明:赤泥可以提高沥青胶浆的刚度并改善沥青胶浆的弹性;单纯使用赤泥作为填料制备的沥青胶浆抗水损害能力较弱,而加入消石灰可以明显提高赤泥沥青胶浆的黏结强度,从而改善赤泥沥青胶浆与集料界面的水稳定性;沥青胶浆-集料界面热力学黏附功与机械强度变化规律一致;赤泥替代石灰岩矿粉导致沥青混合料动态模量提高、相位角减小,加入消石灰进一步提高了沥青混合料的动态模量并降低相位角,但是水泥对赤泥沥青混合料的动态模量影响不大;赤泥可以提高沥青混合料干燥状态下的抗车辙能力,加入掺量(质量分数,下同)10%的消石灰进一步提高了沥青混合料的抗车辙能力;赤泥替代石灰岩矿粉严重影响了沥青混合料的抗水损害能力,通过消石灰物理改性可以提高赤泥沥青混合料的水稳定性。     

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。     

不同钢渣掺量的沥青玛蹄脂碎石混合料路用性能

钢渣作为炼钢产物之一,在我国利用率较低,本研究将钢渣掺入到沥青玛蹄脂碎石混合料中,可提高路用性能又能减轻对天然石料的开采力度。为了确定SMA-13沥青混合料的最佳钢渣掺量,采用等体积法将陈化钢渣替换石灰岩粗集料,制备了5种钢渣掺量的SMA-13沥青混合料,确定了各钢渣掺量的级配组成及最佳沥青用量,通过高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、体积膨胀性等路用性能验证,分析得出最佳钢渣掺量。结果表明：随着钢渣的掺入,混合料的高温稳定性和水稳定性均有增加,超过75%钢渣掺量时开始下降;沥青混合料的低温抗裂性和体积安定性随着钢渣掺入量的增加而下降,但都满足规范要求;钢渣的掺入可以提高混合料的动态模量;通过对以上性能分析,建议SMA-13沥青混合料的钢渣最佳掺量为75%,为将来钢渣在道路工程中更广泛的应用提供参考。     

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。     

薄层橡胶沥青复合式路面层间高温滑移特性

为研究高温条件下不同水泥面板界面处理及黏结剂组合方式对复合式路面滑移特性的影响,采用酸洗、抛丸、刻槽等不同层间处理措施和橡胶沥青和AF-I溶剂型两种黏结材料的复合试件板进行双侧无约束汉堡车辙试验,评价复合式路面层间高温滑移特性。结果表明:层间处理措施对层间高温滑移特性影响明显,当界面具有较好的构造深度时,整体抗变形能力明显提高。采用构造深度相对较高、纹理更密的十字刻槽以及刻槽间距较小的密刻槽效果较好,对防止层间高温滑移特性病害较为有效。相对于层间黏结使用橡胶沥青作为黏结剂的试件,使用AF-I溶剂型黏结剂的试件抵抗层间高温滑移特性效果更好。双侧无约束复合板式试件滑移特性试验中,随着构造深度的增大,滑移变形率整体呈现下降趋势,即抵抗滑移变形能力呈增大趋势。采取适当措施改善层间接触条件,对提高复合式路面层间高温滑移特性具有重要意义。     

钢渣沥青混凝土渗透、压缩及耐久性试验研究

路面是道路结构的重要组成部分,随着运行车辆的增加以及长时间的使用,各级公路路面都会出现不同程度的损坏。用钢渣代替传统碎石材料,通过对AC-13、AC-16和AC-20三种级配的钢渣沥青混凝土进行渗水试验、单轴压缩试验以及疲劳寿命试验,分析不同级配对钢渣沥青混凝土的渗透性、压缩性及耐久性的影响。结果表明,用钢渣代替碎石作为沥青混合料的骨料是可行的;随着沥青混合料骨料最大公称直径增加,钢渣沥青混凝土的渗水系数增大,抗压强度及抗压模量均降低,初始劲度模量增加,疲劳寿命次数减少;油石比越大,抗压强度越低。因此,应控制大粒径骨料及沥青的用量,提高钢渣沥青混凝土的路用性能。     

以钢渣为粗集料的密断级配磨耗层沥青混合料设计及评价

以柳钢钢渣为粗集料,对钢渣的性能进行系统试验,采用骨架空隙填充法进行了钢渣密断级配沥青混合料的设计,并考虑到钢渣的外形结构特点,调整了钢渣沥青混合料设计和成型工艺参数.试验结果表明:所设计的沥青混合料各项性能指标均达到SMA技术要求.     

钢渣体积膨胀行为及改性方法研究进展

钢渣集料物理力学性能与天然碎石相似,然而钢渣集料体积稳定性较差,遇水易发生膨胀,严重制约其在道路工程中的应用。本文首先综述了钢渣集料的物理力学性能和化学组成;分析了诱发钢渣集料体积膨胀的主要因素;介绍了当下抑制钢渣集料体积膨胀的改性方法并总结其优缺点;提出采用钢渣表面改性的方法可增强钢渣表面疏水能力,消除钢渣遇水发生反应的前提条件。由于不同地区钢渣化学成分差异明显,钢渣改性处理工艺相对复杂,应深入研究钢渣表面改性方法,同时兼顾低成本有机改性剂的制备及循环利用,真正实现“低成本,高利用”的目的。     

高温养护对钢渣复合胶凝材料早期水化性能的影响

为了探讨高温养护时钢渣复合胶凝材料的早期水化性能,采用了化学结合水的测定、浆体显微观察、X射线衍射分析和孔隙分析等手段进行了研究。结果表明:高温养护能明显缩短复合胶凝材料的水化诱导期,加快其早期反应速率;能够同时促进水泥和钢渣的水化,提高钢渣复合胶凝材料的水化程度。高温养护能改善复合胶凝材料浆体在水化早期形成的孔结构,降低孔隙率,减小粗孔比例;但对水化产物种类的影响很小。     

不同矿物掺合料对轻骨料混凝土抗碳化性能的影响

利用Ⅱ级粉煤灰、超细粉煤灰、磨细矿粉以及钢渣粉等量取代水泥,制备了轻骨料混凝土．并采用加速碳化试验和混凝土孔溶液pH值测试技术,研究了其碳化特性,分析了不同矿物掺合料对轻骨料混凝土抗碳化性能的影响机制．研究结果表明,掺II级粉煤灰和钢渣粉的试样各龄期碳化深度均高于基准样,且不同深度处的混凝土孔溶液pH值也低于基准样;而...     

抗剥落剂对沥青表面自由能的影响

测定沥青与不同液体的接触角,利用Owen-Wendt法确定沥青的表面自由能,考察不同抗剥落剂及其与多聚磷酸的复配对沥青表面自由能的影响。结果表明:抗剥落剂的加入增加了沥青的表面自由能,提高了沥青-集料界面黏附能力,可增强沥青混合料的抗水损害能力;抗剥落剂与多聚磷酸的复配可降低沥青的表面自由能。     

掺钢渣沥青混合料体积膨胀性研究

钢渣作为我国存量较大的工业固体废弃物,目前国内对其利用率仅为30%左右,限制钢渣大规模资源化利用的主要原因在于钢渣所含的非稳定性物质在富水条件下易发生水化反应,造成钢渣体积膨胀。通过采用LVDT位移传感器测试法对掺钢渣沥青混合料小梁试件膨胀率进行测定,探究钢渣掺配比例、混合料油石比以及掺入钢渣粒径对混合料膨胀率大小的影响。结果表明,混合料中钢渣掺入不超过50%,混合料实际油石比在最佳油石比基础上提高1.5%,且使用大粒径钢渣,能更有效控制混合料膨胀率。此外,钢渣中的活性物质不断进行水化反应,将导致局部膨胀和集料剥落等损害发生。     

冻融循环条件下两种环保型透水沥青混合料的性能衰变分析

为了研究由钢渣、再生骨料制作的透水沥青混合料在冻融循环后的性能衰变规律,判断在季冻区将钢渣、再生骨料应用于透水沥青混合料的性能优劣,选择以玄武岩集料制作的马歇尔试件作为参照,通过肯塔堡飞散实验、低温劈裂实验和动态蠕变试验对以钢渣、再生骨料为粗集料成型的透水沥青混合料进行了研究。研究结果表明：由钢渣、再生骨料制作的透水沥青混合料在冻融循环后具有更好的高温抗车辙性,但低温抗裂性需要进一步提高。