沥青混凝土表面抗滑与渗水性能的试验研究

通过大量室内试验研究了矿料级配、沥青用量、粗集料磨耗值等因素对沥青混凝土表面抗滑及渗水性能的影响。进行了不同级配、不同沥青用量、不同粗集料的沥青混凝土的表面构造深度、摆值和渗水系数的室内试验。分析了沥青混凝土的表面抗滑与渗水性能的影响因素,并找出了抗滑性能与渗水性的关系,提出了沥青混合料设计的基本要求。研究表明,选择质地坚硬、磨耗值小的粗集料配置的沥青混合料,可以提高沥青混合料的表面抗滑性能;综合考虑沥青混合料的耐久性和表面抗滑性能,选择合理的沥青用量。     

基于计算机层析识别的沥青混合料有限元模型

应用数字图像处理技术，结合有限元建模方法，建立了包舍集料、空隙和胶浆在内的沥青混合料有限元模型，并模拟研究了沥青混合料劈裂试验过程中，由于空隙分布、加载方向以及集料与胶浆模量比等指标的变化对沥青混合料内部微观力学特性的影响，发现沥青混合料中空隙与集料颗料的分布对最大拉应力分布有很大影响，集料与胶浆模量比的变化则只影响最大拉应力值的大小而不影响其出现的位置。结果表明，该方法可进一步推广应用于不同条件下沥青混合料微观力学响应仿真。     

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.     

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。     

基于图像的AC20型混合料集料接触分布变异性

为量化集料之间的接触关系,提出了一种基于数字图像的沥青混合料集料接触分析方法,以AC20型沥青混合料为例,对72个车辙板试件切片图像进行处理,得到每个切片上集料接触数量及集料特征;通过统计分析,得到AC20型沥青混合料接触对总体分布规律,各档集料的接触对分布规律及单颗集料接触数分布规律;并分析了大于2.36 mm集料含量C>2.36,集料级配的细度指数FI和离析指数SI对样本接触对数量变异性的影响规律及这三个指标的内在联系.通过对AC20型沥青混合料接触状况的量化分析,可将接触特征作为混合料级配设计的参考因素,指导级配设计.     

基于集料特性的沥青混合料长期抗滑性能衰减模型

为预测沥青混合料长期抗滑性能,采用小型加速加载试验仪对辉绿岩、玄武岩和石灰岩的3种GAC-13C沥青混合料进行长期抗滑性能衰减试验,进而对集料特性与长期抗滑性能进行灰关联分析,建立了基于集料特性的长期抗滑性能衰减模型.试验结果表明,GAC-13C沥青混合料的长期抗滑性能衰减速率逐渐减小直至趋于稳定;磨光值是长期抗滑指标的初始值和最终值的主要影响因素,压碎值是衰减速率的主要影响因素.     

基于多重分形理论的沥青路面集料离析评价方法

对采集的沥青道路表面数字图像进行二值化处理,通过多重测度理论计算得到沥青道路表面集料分布的谱参数,运用多重分形谱参数表征了沥青路面集料各分布状态下的离析程度。结果表明,沥青道路表面集料的分布有多重分形特性,其谱宽Δα能反映集料分布的不均匀程度,Δα越大表明集料分布越不均匀;通过白色像素占总像素的比率ε调整后的谱宽Δα′(Δα′=Δα·ε)能定量表征集料的离析程度;运用多重分形谱评价沥青道路表面集料离析是一种较为准确、高效、低成本的新方法。     

沥青混合料抗剪强度的影响因素

为了研究沥青混合料抗剪强度的影响因素,基于单轴贯入试验,在温度为60℃时,直接对集料级配、集料性质、沥青性质、含油量、空隙率以及均匀对沥青混合料抗剪强度的影响进行研究.研究结果表明:集料级配和公称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的影响;沥青混合料抗剪强度受其集料中针片状含量的影响较大,集料中针片状含量增大,沥青混合料抗剪强度减小;结合料的性质,特别是针入度、软化点和粘度对沥青混合料抗剪强度有较大的影响,随着针入度减小,软化点和粘度增大,沥青混合料抗剪强度增大;含油量对沥青混合料抗剪强度有较大影响,随着油石比的增大,沥青混合料抗剪强度减小;沥青混合料抗剪强度受其空隙率的影响较大,一般随着空隙率的增大,其抗剪强度减小;沥青混合料均匀性与沥青混合料抗剪强度绝对数值间没有明显的关联,而与数值间的变异性有着很好的相关性.     

压剪耦合条件下沥青-集料界面粘脱滑移特征行为研究

为探求沥青与集料界面间的压剪断裂失效机制,在研发测试加载系统及分析原材料基本物性参数的基础上,通过制作沥青-集料三明治试件,开展了不同影响因素(集料粗糙度、沥青老化、环境温度及加载速率等)下沥青-集料界面的粘脱滑移特征行为研究,定量感知了沥青-集料界面的应力传荷与粘脱滑移过程,构建了沥青-集料界面的粘脱滑移本构模型.结果表明:增大粗糙度和法向应力与加快荷载速率能够提升界面抗剪能力与剪切抑制能;沥青老化在一定程度上能够提高界面抗剪强度,但降低了界面剪切抑制能;所构建的粘脱滑移本构模型能够表征沥青-集料界面在压剪耦合状态下应力变化三阶段特征.研究成果可为沥青混合料复杂力学行为的细观分析提供理论支撑,并为混合料结构参数的优化设计提供科学依据.     

超薄磨耗层SAC-5沥青混合料设计及性能研究

为提供一种路用性能优良的沥青混合料作为超薄磨耗层用于预防养护工程,采用多碎石沥青混合料(SAC)级配设计方法设计了SAC-5沥青混合料。通过室内试验,对比分析了4%、6%、8%三种空隙率下混合料的路用性能。结果表明：SAC-5沥青混合料中粗集料含量占比达70%以上,当目标空隙率由4%增大8%时,混合料中矿料级配变化不大,最佳油石比减小;随着空隙率的增加,SAC-5沥青混合料的动稳定度、残留稳定度、残留强度比、构造深度及摆值均增加,低温弯曲应变减小,但仍满足规范要求;对于急弯陡坡等对抗滑性能要求较高路段,推荐使用目标空隙率8%的沥青混合料作为超薄磨耗层。     

沥青混合料均匀性影响因素的研究

基于数字图像处理技术，对沥青混合料均匀性影响因素定量地展开研究．研究结果表明：随着集料公称最大粒径的增大，沥青混合料均匀性逐渐变差；集料中4．75胁这档集料比2．36胁这档集料对沥青混合料均匀性影响要显著得多；混合料中含油量和成型时的压实功对沥青混合料均匀性有一定的影响；成型温度对沥青混合料均匀性的影响，不是主要体现在混合料中集料的分布状态上，而是表现在混合料的空隙率变化上．     

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.     

集料针片状含量对沥青混合料的影响分析

通过不同的试验方法,研究不同种类集料的针片状含量与沥青混合料的关系。试验结果表明随着沥青混合料骨架中针片状含量的增加,压碎值也随之增大,二者具有很大相关性,同时从集料不同针片状含量对各项技术指标和沥青混合料的路用性能影响做了一定的分析,对选择原材料和工程质量控制有一定的参考价值。     

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.     

基于离散元法的沥青混合料复合断裂行为研究

为了从细观角度深入分析沥青混合料复合断裂机理,基于沥青混合料细观结构特征,将材料分为粗集料、沥青砂浆和空隙3个组分,确定宏、细观接触模型参数的转换关系,构建具有细观特征的离散元模型;通过室内试验的结果验证了虚拟模型参数设置的合理性;基于数值模型进行不同预裂缝位置的三点弯曲梁试验,并对试件的裂缝扩展、应力水平和颗粒位移进行分析.结果表明:控制裂缝路径的主要因素是断裂模式,其次是集料与裂缝的相对位置,主裂缝扩展角较好地符合最大周向应力准则;随着Ⅱ型开裂比例的增加,沥青混合料断裂过程区的宽度变小,裂缝尖端主应力水平降低,软化特征逐渐减弱;裂缝两侧的位移随着预裂缝的偏移逐渐增大,试件趋于脆性破坏.     

集料特性对集料-改性乳化沥青胶浆黏度的影响

采用不同粒径的石灰岩、玄武岩及花岗岩细集料制备了集料-改性乳化沥青胶浆,测试了集料的化学成分、比表面积和表面电荷特性以及胶浆的黏度,分析了集料特性对胶浆黏度的影响规律.结果表明:随着改性乳化沥青的破乳,沥青胶浆的黏度逐渐增大,并趋于稳定;酸性集料胶浆的黏度达到稳定状态所需的时间最短;同种岩性的集料比表面积越大,集料胶浆的初始黏度越大,而胶浆黏度达到稳定所需的时间越短;同等粒径下,集料表面ζ电位值越高,胶浆初始黏度越小,而胶浆黏度达到稳定所需的时间越长;胶浆黏度稳定所需的时间越短,表明乳化沥青破乳越快,即可供施工的时间越短.     

沥青混合料高温蠕变失稳点预测模型及参数影响

基于压剪破坏理论,建立了密级配沥青混合料高温蠕变失稳点预测模型,并研究了模型参数的影响因素.利用三轴压缩试验,获得沥青混合料不同围压下高温抗压强度和抗剪强度参数.在相同温度及对应围压下,实施不同载荷水平的三轴动态蠕变试验,得到混合料高温失稳点对应的流变次数F_N,分析了不同围压下F_N变化规律,建立了一个新的预测F_N模型.此外,通过试验对掺加不同添加剂混合料的F_N预测值进行了验证,进一步分析了级配及温度对模型参数的影响.结果表明,沥青混合料失稳点F_N预测结果与试验结果有较好一致性,改变级配或试验温度均会对预测模型参数产生较大影响,而添加剂的影响则可忽略,当温度为60℃时AC20级配混合料参数a,b值比AC13级配参数分别减小约52.1%,18.3%,且同一级配材料随温度升高,参数a波动较大,b则增长明显.     

排水性沥青混合料体积参数特性

在贝雷法基础上,采用"预留空隙率"设计排水性沥青混合料的级配;通过调整"预留空隙率"、"粗集料体积之比"和"设计密度"3个参数,利用统计方法,研究了3个参数与排水性沥青混合料体积参数之间的关系;并采用粗集料骨架间障率(VCAratio)来评价排水性沥青混合料的骨架紧密程度。结果表明,贝雷法设计参数中预留空隙率和设计密度变化对排水性沥青混合料的体积参数有显著影响,而粗集料体积之比对其无显著影响;粗集料体积之比和设计密度对混合料骨架影响较大,预留空隙率对混合料骨架影响较小。     

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。     

沥青混合料用集料的选择与级配组成优化设计

沥青混合料中粗集料和细集料的特性及其级配组成决定了混合料的路用性能。本文通过深入分析集料在沥青混合料中的作用机理、技术要求和质量标准,提出从资源特性和加工特性两方面控制和选择好粗集料和细集料,同时,应根据不同地区工程条件和沥青面层位优化集料级配组成。