冻融循环条件下沥青混合料的损伤规律

为研究冻融循环作用对沥青混合料水稳定性的影响,基于表面自由能理论,分析了不同冻融循环次数下沥青-集料界面间黏附功与剥落功的变化情况,并对沥青混合料的水稳定性进行了评价;在此基础上,利用劈裂试验及Logistic模型进一步探究了沥青混合料的饱水程度与冻融作用对其水稳定性的影响.研究结果表明：随着冻融循环次数的增加,沥青的表面能及黏聚功降低,沥青-集料间的黏附功降低,剥落功升高,沥青混合料的水稳定性减弱;沥青混合料的空隙率随冻融循环次数的增加而增大,其劈裂强度降低;冻融过程中沥青混合料的饱和度越大,其损伤程度与损伤速率越大,当沥青混合料的饱和度大于50.00%时,冻融作用对沥青混合料性能的影响愈发明显,因此推荐沥青混合料的冻融劈裂试验在饱和度高于50.00%的条件下进行.     

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。     

沥青与矿料粘附性的测定方法

探讨采用粘附功试验表征沥青与矿料粘附性的可行性,以润湿-吸附理论为基础,讨论了沥青与矿料的粘附性与粘附力的内在关系;分析了沥青矿料表面润湿性能对界面粘结强度的影响,提出了以粘附功作为沥青与矿料粘附性的表征指标,设计了以沥青表面张力γ以及沥青在矿料表面接触面θ为基本参数的试验方法;最后对微观分析和水煮试验结果进行了比较.结果表明,粘附功试验表征沥青与矿料粘附性是可行的,试验数据精确,可达到0.01×10-3 N/m.     

基于表面自由能理论的温拌再生沥青-集料粘附特性

根据表面能理论,通过表面张力分析仪测试不同掺量新旧沥青和集料的表面自由能参数,分析温拌再生沥青表面自由能的变化规律以及温拌再生沥青-集料粘附特性。研究结果表明:再生沥青的表面自由能随旧沥青掺量增加而增大;温拌剂的添加改变了沥青的极性分量和Lewis酸碱作用力参数,改善了沥青的表面自由能,增强了沥青与石料的粘附能力;结合温拌条件下石灰岩、花岗岩2种石料粘附功之比以及水稳定性能试验结果,说明温拌剂的添加增强了沥青混合料粘附性能,从而改善再生沥青混合料的水稳定性能。     

不同处治方法下酸性闪长岩沥青混合料长期水稳性能室内试验

为研究不同处治方法下酸性闪长岩沥青混合料的长期水稳定性,针对广西浦北至北流高速公路沿线酸性闪长岩集料,用水泥替代矿粉、消石灰水浸泡集料和抗剥落剂改性沥青等处治方法改善酸性闪长岩与沥青的粘附性.获得3种处治方法的最佳掺量和最佳油石比后,通过冻融劈裂试验和反复冻融烘劈裂试验,评价酸性闪长岩沥青混合料的短期和长期水稳定性.结果表明:3种处治方法的酸性闪长岩沥青混合料短期水稳定性良好;消石灰水浸泡集料和水泥替代矿粉处治方法的10次冻融烘劈裂强度比分别为91%,89%,长期水稳定性较好;抗剥落剂改性沥青处治方法受湿热老化的影响,10次冻融烘劈裂强度比仅为80%,长期水稳定性较差.     

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.     

冻融循环下沥青-集料的黏附性试验与评价方法

为探究沥青与集料(辉绿岩)之间黏附性的各评价方法之间的关系,采用水煮法、水浸法、接触角法和光电比色法等4种评价方法,在多次冻融循环下,对不同沥青与辉绿岩之间的黏附性进行评价,分析了6种沥青与辉绿岩的黏附性及沥青-集料的剥落度、黏附功和黏附性等级;对不同评价方法的评价指标进行相关性分析,以表征不同评价方法之间的关联度.结果表明:在相同冻融循环次数下,对于辉绿岩而言,冻融循环后不同沥青与辉绿岩的黏附性均较冻融之前下降80%以上,剥落度均增大90%以上;通过对各评价指标间的相关性分析,发现剥落度与水浸等级、黏附功之间的相关性较其他评价指标更好.     

基于超声波的沥青--集料粘附性试验方法研究

对比试验了现有的沥青-集料粘附性,提出了运用超声波模拟动水压力作用下沥青从集料表面剥落的粘附性测试方法。从试验结果可以看出,这一试验方法可以较好地区分不同集料的粘附性能。集料的粘附性不仅与其岩性有关,还受到表面形态的影响。     

基于沥青与集料界面粘附性的抗剥落剂的开发

为研究沥青与集料的粘附性，定量测定了沥青各组分与集料粘附性的大小。对沥青电性能、接触角、粘度与粘附性关系进行了探讨。研究了集料ξ电位、粒径对粘附性的影响。结果表明ξ电位值与粘附性有较好的相关关系，其值越大，粘附性越好；与大粒径集料不同，细集料粘附性似乎取决于表面积的大小，而与集料化学组成关系不大；从水煮处理花岗岩能提高粘附性现象出发，研制出抗剥落剂。该抗剥落剂处理集料表面能提高混合料水稳定性及高温稳定性，配制的改性沥青能极大提高沥青混合料高温性能。     

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。     

温拌沥青混合料水稳定性能改善措施

目的 研究分别添加Aspha-min、Sasobit和DAT温拌剂的3种温拌沥青混合料(WMA)水稳定性能,为解决温拌沥青混合料水稳定性不足提供参考。方法 对3种温拌沥青混合料的水稳定性能进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和动水冲刷试验,采用单轴贯入试验、低温劈裂试验对动水冲刷后的WMA试件水稳定性能进行评估。结果 3种WMA残留稳定度都可达到热拌沥青混合料(HMA)的技术水平,但冻融劈裂强度比降幅较大,尤其是添加Aspha-min后混合料的水稳定性较差;采用抗剥落剂和硅藻土对Aspha-min和Sasobit两种温拌剂进行复配后,两种温拌沥青混合料的水稳定性能都得到了显著改善;采用动水冲刷试验时WMA水稳定性能与残留稳定度结果较为一致。结论 在添加温拌剂后沥青混合料的水稳定性能会受到不利影响,在多雨地区尤其是多雨寒冷地区使用时可采用抗剥落剂或硅藻土进行改善。     

生活垃圾焚烧炉渣沥青混合料的耐久性能

采用马歇尔试验方法设计掺加不同质量、不同粒径范围生活垃圾焚烧炉渣集料(BAA)的炉渣沥青混合料,分析BAA对马歇尔试验参数及路用性能的影响,并采用冻融循环劈裂试验、老化试验和疲劳试验研究混合料的耐久性能.研究表明:随着BAA质量分数增加,AC-20、SMA-13的设计沥青掺量、稳定度及流值提高,高温稳定性降低,但水稳定性能与低温抗裂性能的变化规律则不同;BAA替代天然集料的质量分数分别为10%的AC-20和10%~15%的SMA-13经3次冻融循环后,其劈裂强度、冻融劈裂强度比均提高,但老化后冻融劈裂强度比降低幅度较高;AC-20中BAA替代天然集料的质量分数为20%、SMA-13中为5%~10%时可降低老化对低温抗裂性能的不利影响,混合料疲劳寿命较高.综合试验结果,AC-20、SMA-13中BAA替代天然集料的质量分数均宜在10%左右.     

紫外老化下温拌沥青黏附性能的微观表征方法

为探究紫外线老化(UV)条件下温拌沥青黏附性能的表征方法,采用增力电动搅拌器,以基质沥青、Evotherm温拌剂为原材料制备Evotherm温拌改性沥青,根据表面自由能理论计算UV老化条件下Evotherm温拌改性沥青的宏观黏附性能指标(黏附功、剥落功),通过原子力显微镜(AFM)试验获取紫外老化条件下Evotherm温拌改性沥青的微观参数(纳观黏附力、蜂面积比、表面粗糙度),分析UV老化时间(0、50、100、150、200 h)和老化方式(隔氧、光氧耦合)对其微观参数、宏观黏附性能指标的影响规律,并对其进行线性回归分析。结果表明:Evotherm温拌改性沥青UV老化之后与石灰岩的黏附功逐渐减小,剥落功逐渐增大,在150 h UV老化后Evotherm温拌改性沥青的黏附功和剥落功都趋于稳定,且在有氧条件下黏附性能较隔氧条件下更差;UV老化时间在0～150 h时,温拌沥青纳观黏附力、蜂面积比和表面粗糙度降低幅度明显,延长老化时间至200 h时则逐渐趋于平衡,失去沥青的属性。经表面能理论得到的温拌沥青UV老化后的黏附功和剥落功与AFM试验得到的纳观黏附力、蜂面积比、表面粗糙度之间具有良好的相关性;且在隔氧和光氧耦合2种UV老化下,其微观参数与黏附性能指标的相关性基本一致。建议采用纳观黏附力、蜂面积比和表面粗糙度表征温拌沥青UV老化过程中黏附性能。     

沥青-集料界面断裂能的测试方法与影响因素

表面脱粒是沥青路面常见病害之一，会对沥青路面的耐久性和路用性能产生极大不利影响。为解决沥青路面脱粒预测和敏感性分析所需要的沥青-集料界面断裂能实测问题，本研究提出了摆式冲击试验的测试方法，通过对“集料-沥青-集料”试件施加横向剪切冲击荷载，使得沥青与集料界面发生破坏并测试其断裂能。研究中对温度、沥青种类、集料类型、水、矿粉等因素对沥青-集料界面断裂能的影响进行了分析，结果表明：沥青-集料界面断裂能可作为评价沥青-集料界面性能的指标，综合体现了沥青-集料粘附性能和沥青内聚性能，以及不同温度、荷载条件作用下沥青-集料界面的力学特性；温度对沥青-集料界面断裂能影响较大，随着温度升高沥青-集料界面断裂能呈现先上升后下降的趋势，且沥青与集料粘附性能逐渐提高，沥青内聚性能逐渐降低；SBS改性沥青和高粘改性沥青与集料的界面断裂能明显大于基质沥青，但两种改性沥青与集料的界面断裂能除峰值外差异不显著；集料类型对沥青-集料界面断裂能的影响不具有显著规律；在各个温度下水都会使沥青-集料界面断裂能发生衰减；在沥青中加入矿粉会使界面断裂能下降，基于沥青混合料性能的最佳粉胶比范围，并不一定对沥青-集料界面性能起到...     

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.     

新型胺类抗剥落剂抗高温性能研究

胺类抗剥落剂可以很好地提升沥青与酸性集料间的粘附性,但常因高温环境下失活,限制了其使用,为此研发了一种新型胺类抗剥落剂,研究了不同抗剥落剂掺量下沥青老化前后的各项路用性能。结果表明：该胺类抗剥落剂能有效提升沥青与酸性集料间粘附性,在经170℃高温老化后依然表现出良好的活性,能显著提高沥青混合料的水稳定性,并对混合料的高低温性能有一定的改善效果,最终确定最佳掺量为0.4%。     

基于三级分散系的沥青混合料配合比设计方法

基于沥青混合料的三级分散系理论,定义了表征沥青胶浆、沥青砂浆、粗细集料空隙之间相关关系的两个体积参数Am(沥青混合料中细集料、沥青和矿粉组成的沥青砂浆体积与粗集料空隙体积之比)、Ap(沥青、矿粉组成的沥青胶浆体积与细集料空隙体积之比)。通过冻融劈裂、高温车辙、低温弯曲等室内试验,研究了沥青混合料各项路用性能与Am、Ap的变化规律,并根据不同气候分区的气候特点及规范(JTG F40-2004)对其相应的路用性能要求,分别推荐了相应的Am、Ap适宜取值范围;在此基础上,提出了以Am、Ap为指标进行沥青混合料配合比设计的方法。结果表明,以Am、Ap为关键指标,能有效地提高配合比设计的针对性和合理性。     

不同级配沥青碎石基层性能的对比研究

研究了3种级配沥青碎石混合料的低温抗裂性、水稳定性和高温稳定性．分别采用弯曲梁试验、冻融劈裂试验与车辙试验方法进行试验,并进行相关指标的对比分析．研究结果表明,不同级配对混合料性能具有较大影响．当采用混合料集料粗细集料相对比例较好的4#和6#级配,在最佳沥青含量下形成良好的骨架结构后,混合料各项性能都较好．     

基于表面能的掺消石灰沥青黏附性分析

为分析消石灰对基质沥青与酸性石料黏附性的影响,以表面能理论为基础,分别在干燥和潮湿两种条件下,比较SK90~#、中海90~#、克炼90~#、SK70~#、中海70~#和现代70~#等6种基质沥青掺加消石灰前后与花岗岩的黏附功大小,并通过改进的水煮试验,对黏附功理论的试验结果进行进一步验证.研究结果表明:在掺入消石灰后,6种沥青的总表面能参数减小7.6%～10.3%,而表面能极性分量的数值和所占比例均增大;沥青与花岗岩的黏附功提升明显,抵抗水损害能力增强,且沥青和花岗岩的黏附功试验与水煮试验结果有着显著的关联性,由此量化了消石灰在改善基质沥青与酸性石料黏附性方面的效果.     

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。