一种基于分形理论的骨架密实型抗车辙级配检验方法

为解决抗车辙级配设计问题,基于分形理论,通过理论分析及大量试验和计算,提出了一种骨架密实型抗车辙级配检验新方法.该方法应用分形理论,采用粗、细集料的粒径分布的分形维数、粗集料的分形空隙率、细集料在粗集料中的分形体积等指标,利用MATLAB自编程序对沥青针入度和粒径分形维数D进行双元曲线回归得到的沥青混合料动稳定度的经验公式进行级配检验,计算检验过程简单,解决了混合料级配设计的盲目性,是一种行之有效的方法.     

基于分形维数及考虑假集料影响的冷再生混合料级配控制方法

为了更好控制混合料级配,以获取最佳路用性能,对冷再生混合料级配分形特征以及沥青路面回收旧料（RAP）假集料特性开展了研究。首先选取了规范级配范围内6种代表性级配曲线,借助分形几何理论,建立了粒径分布函数,得到了合成级配分形维数（D）、粗集料级配分形维数（D_C）及细集料级配分形维数（D_F）,并分析了三者与冷再生混合料干劈裂强度、冻融劈裂强度比、动稳定度和最大弯拉应变的相关性,然后建立了基于级配分形维数的冷再生混合料路用性能预估模型,最后通过分析级配变异性对冷再生混合料性能的影响,提出了考虑假集料影响的冷再生混合料级配控制方法。结果表明：分形维数可以定量描述冷再生混合料粒径分布及级配走向,进而反映冷再生混合料各项路用性能,基于分形维数的性能预估模型可以较好预测冷再生混合料各项路用性能,预估值与实测值相对误差基本在15 %以内;当冷再生混合料“抽提前后级配变化率方差”（D_V）大于85或“抽提前后级配变化值”（V_a）大于3.6时,宜通过添加新粗集料或调整级配曲线靠近下限等措施来提升冷再生混合料高温抗力。     

沥青混合料分形级配理论

介绍沥青混合料集料粒径分布分形维数的计算方法并分析其分形特征.对于连续级配,其集料粒径分布为一重分形分布;对于间断级配,其集料粒径分布为二重分形分布.采用粗集料粒径分布分形维数Dc和细集料粒径分布分形维数Df作为描述集料级配分形特点的指标.在此基础上,提出分形级配理论的计算式,该式不仅可以计算连续级配,还可以计算间断级配.研究分形级配理论与现有主要级配设计理论之间的关系,结果表明,分形级配理论可以包括现有的几种主要级配计算方法,这主要由于分形是集料级配的本质.     

沥青混合料集料分维数值和矿料间隙率的关系

利用分形理论这一研究工具对沥青混合料集料级配进行研究，建立沥青混合料集料级配分维数值与矿料间隙率的关系．对沥青玛蹄脂碎石混合料、多孔排水式沥青混合料、密级配沥青混合料进行试验研究，分别建立集料级配分维数值与矿料间隙率的关系，再分析、对比其他试验数据，得出矿料间隙率随着集料级配分维数值的增加先降低后增加、并在一定的范围内存在极小值的结论．此研究结论对沥青混合料设计级配的选择具有重要的指导意义．     

橡胶颗粒沥青混合料的稳定性能

以AC-13级配为基础,橡胶颗粒代替部分细集料掺入混合料中,对橡胶颗粒沥青混合料进行马歇尔和高温稳定性试验研究。试验结果表明:与普通沥青混合料相比,橡胶颗粒沥青混合料的马歇尔稳定度有所降低,流值稍微偏大,但当采用二次成型工艺时,马歇尔稳定度较一次成型工艺显著提高;橡胶颗粒沥青混合料的高温稳定性较普通沥青混合料有一定程度的提高。     

AC-25级配离析的分形评价标准及预测方法

为探究沥青混合料设计过程中的级配离析控制问题,选取沥青混合料AC-25中具有代表性的7种级配类型,对不同级配类型的沥青混合料在摊铺后碾压前,选取3个典型点位进行取样,分析其级配变化状况,计算其级配离析变异指标,并对成型路面的构造深度进行了测试;从沥青混合料集料级配的自相似性出发,利用分形理论计算了7种级配的分形维值;采用SPSS统计软件对不同级配分维值、级配离析指标与路面构造深度之间的关系进行了回归分析。研究结果表明:密级配沥青混合料AC-25的级配分维值与级配离析指标间存在较强的线性关系,采用级配分维值建立的级配离析指标线性回归模型可用作对设计级配的评价;级配离析指标与路面构造深度比之间存在显著的指数相关关系,验证了级配离析指标在反映已建路面质量均匀性上的合理性。同时借鉴NCHRP 441相关标准,提出了基于级配设计阶段的AC-25离析评价标准和预测方法,为沥青混合料设计阶段有效控制路面离析提供了参考。     

辉绿岩橡胶沥青混合料路用性能研究与应用

将辉绿岩粗集料用于城市主干道下面层AR-AC16路面,并进行集料性能实验、集料与结合料黏附性实验及橡胶沥青混合料路用性能实验。结果发现:除黏附等级不满足规范要求外,辉绿岩其他物理力学指标优良,采用水泥替代矿粉并掺加抗剥落剂后,辉绿岩橡胶沥青混合料表现出优良的路用性能,其中残留稳定度超过90%,比未掺加前提高40%以上,AR-AC16动稳定度高达4 700,冻融劈裂强度比有明显提高,低温小梁实验结果亦满足规范要求。辉绿岩粗集料可用于高等级沥青路面中下面层。     

沥青混合料级配集料的分形特性

基于分形理论,对沥青混合料级配集料的分形特性进行了研究,探讨了集料颗粒、集料粒径分布、集料质量级配以及集料体积的分维等.研究结果表明:分维值可以用来定量地描述沥青混合料中集料的复杂外观结构,在双对数坐标下集料颗粒周长与面积呈现线性关系,相同集料(同料源)不同级配的集料颗粒具有近似相同的分维,相同集料不同截面具有相同的分维,不同集料(不同料源)表现出不同的分维;分维值也可以用来定量地描述沥青混合料中集料粒径分布、集料质量分布、集料体积分布以及集料的空隙率等,集料质量级配分维值越大,其级配就越粗.     

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.     

橡胶颗粒对沥青混合料马歇尔力学指标的影响

参考AC-13沥青混合料级配,将橡胶颗粒代替沥青混合料中部分细集料,以骨料的形式加入到沥青混合料中,通过室内马歇尔试验分析橡胶颗粒对沥青混合料马歇尔力学指标的影响研究表明:加入橡胶颗粒后沥青混合料的马歇尔稳定度将会降低,流值增加;采用小粒径的橡胶颗粒比采用大粒径的橡胶颗粒的沥青混合料的马歇尔稳定度提高,流值降低;采用石油沥青比采用SBS改性沥青的橡胶颗粒沥青混合料的马歇尔稳定度低。     

AC-16沥青混合料高温稳定性试验

基于大量车辙试验结果,分析了沥青用量、碾压次数、抗车辙剂掺量及级配对AC-16沥青混合料高温稳定性的影响,并将AC-16抗车辙剂沥青混合料与普通沥青混合料(未掺抗车辙剂)的高温稳定性进行了对比分析.结果表明:车辙试验最佳沥青用量比马歇尔试验少0.2％～0.3％;压实功过大或过小均可使沥青混合料的高温稳定性降低,施工中应严格控制碾压遍数;AC-16沥青混合料的最佳抗车辙剂掺量为0.4％～0.5％;适当增加AC-16沥青混合料中粗集料含量,形成骨架密实型结构能够有效改善其高温稳定性;AC-16抗车辙剂沥青混合料的动稳定度比普通沥青混合料有很大提高,平均提高幅度为32.9％.     

不同等级路面的橡胶颗粒沥青混合料水稳定性试验

基于 AC-13连续型级配,将橡胶颗粒等质量替换部分集料内掺入混合料中,通过冻融劈裂试验,研究了橡胶颗粒沥青混合料在不同等级路面条件下的水稳定性。试验结果表明：选择合理的橡胶颗粒掺量可减缓冻融后的劈裂强度损失。与普通沥青混合料相比,橡胶颗粒沥青混合料的空隙率增大,劈裂抗拉强度有所降低,且橡胶颗粒的掺量与粒径对他们影响较大。对于一级公路路面,橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性仍可满足工程技术要求;对于低等级公路路面,细集料的增加可以提高橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性。     

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．     

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.     

粗集料间隙率最小值的测定方法及其应用

为了克服干捣实法测定粗集料矿料间隙率的种种不足，提出了粗集料矿料间隙率最小值的概念与测定方法；据此定义了沥青混合料级配干涉系数；并提出了新的粗集料骨架嵌挤标准；在此基础上对设计沥青混合料的主骨架空隙填充法进行了改进；还分析了级配干涉系数与混合料高温抗车辙性能、疲劳性能的关系。研究认为依据粗集料矿料间隙率最小值而提出的粗集料骨架嵌挤的新标准能够更加准确地判定沥青混合料中粗集料的骨架嵌挤程度；改进的主骨架空隙填充法设计出的密断级配沥青混合料的各项性能完全满足规范要求；沥青混合料级配干涉系数与混合料的高温和疲劳性能之间具有良好的相关性。     

再生橡胶颗粒沥青混合料水稳定性试验

为了研究不同粒径(1~2.5mm和4~5mm)和掺量(质量分数为0%、1%、2%、3%)的橡胶颗粒对再生橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性能的影响,采用真空饱水马歇尔试验和冻融循环(循环次数为0、1、2、5次)劈裂试验对未掺加橡胶颗粒和掺加了橡胶颗粒的再生沥青混合料的水稳定性能进行对比研究.试验结果表明:最佳橡胶颗粒掺量下的再生橡胶颗粒沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度和TSR均满足规范要求,水稳定性能方面掺加小粒径橡胶颗粒的再生橡胶颗粒沥青混合料要优于掺加大粒径橡胶颗粒的再生混合料.随着冻融循环次数的增加,再生橡胶颗粒沥青混合料TSR呈现出下降趋势,空隙率呈现上升趋势.     

掺加抗车辙剂沥青混合料的高温性能评价方法

为研究掺加抗车辙剂沥青混合料的高温性能,选用车辙试验和单轴静载蠕变试验,通过动稳定度(DS)、综合稳定系数(CSI)、高温劲度模量和Burgers模型对掺入国产A、国外A、国外B抗车辙剂的沥青混合料进行高温性能评价.车辙试验结果表明,掺加抗车辙剂后的沥青混合料动稳定度大幅提升,但动稳定度和车辙深度的背离导致其无法确定,...     

橡胶颗粒沥青混合料低温抗裂性试验研究

以AC-13级配为基础,将橡胶颗粒代替部分集料掺入混合料中,以低温弯曲试验为评价方法对不同橡胶颗粒掺量下沥青混合料的低温抗裂性进行研究,并引入应变能密度值对混合料的低温抗裂性进行综合评价.试验结果表明:橡胶颗粒沥青混合料试件的破坏微应变均超过2 300,满足冬寒区的技术指标;无论是否掺加橡胶颗粒,随着温度的下降,沥青混合料破坏时的最大弯拉强度增大,弯拉应变降低,劲度模量增大;弯曲应变能密度在胶粒掺量为1%左右时具有较大的弯曲应变能密度值,此时橡胶颗粒沥青混合料具有较好的低温抗裂性.     

密实型大粒径橡胶颗粒沥青混合料的路用性能研究

通过车辙试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验、低温弯曲试验分别研究了4目、8目和12目三种橡胶颗粒粒径、不同橡胶颗粒掺量下沥青混合料的路用性能.研究结果表明:随着橡胶颗粒掺量的加大,混合料的高温稳定性能提高的幅度也越大,但橡胶颗粒的粒径对沥青混合料的高温稳定性影响并不明显.在沥青混合料中掺入橡胶颗粒掺量越多,沥青混合料的水稳定性越弱,掺入12目的橡胶颗粒对沥青混合料的水稳定性的降低影响最小.为了保证路面的抗水剥落的能力,橡胶颗粒的掺量不宜超过5%.除掺入2%的4目橡胶颗粒时情况例外,每种粒径的橡胶颗粒掺量越多,橡胶颗粒沥青混合料的低温抗裂性能越好.     

不同胶粉掺量下橡胶沥青混合料路用性能分析

为研究不同胶粉掺量下橡胶沥青混合料的路用性能,本文通过在70#A级基质沥青中掺加不同质量胶粉,利用沥青激光回弹试验、沥青接触角试验分析了沥青PG等级以及沥青胶结料与集料之间的粘附特征,确定了橡胶沥青路面结构上、中、下面层的最佳胶粉掺量(即上面层SMA-13添加30%,中面层AC-20添加40%,下面层AC-25添加50%);通过对不同胶粉掺量橡胶沥青混合料的汉堡车辙试验、低温弯曲抗裂试验及直接剪切试验等力学性能研究得到了：胶粉的掺入可增强沥青胶结料与集料间的内聚力,使沥青混合料的塑性变形能力变强,有效改善了橡胶沥青混合料不同结构层的水稳定性和高温抗车辙能力,提高了橡胶沥青混合料的抗裂性能和抗疲劳性能。结合工程实例,借用三维雷达检测系统,评价了现场橡胶混合料沥青路面结构层摊铺的整体性和材料厚的均匀性等道路内部状况;通过现场路面取芯后CT扫描,获取了现场路面结构的集料-空隙三维空间分布情况,得到了胶粉的加入能促进沥青胶结料与集料间的分子运动,有效改善沥青混合料的孔隙分布情况,使路面内部材料更加均匀分布,充分发挥橡胶沥青路面优良的路用性能。