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。     

混凝土桥面沥青铺装防水黏结层材料性能研究

为了评价不同类型桥面防水黏结层材料的性能,在实验室对水性环氧沥青、橡胶沥青和SBS改性沥青三种防水黏结层材料进行不同洒布量、温度、浸水和冻融条件下的抗剪切和拉拔性能试验.研究结果表明：三种防水黏结层材料的耐腐蚀性和不透水性均较优,水性环氧沥青的黏结强度、低温柔韧性、高温耐热性、温度敏感性、水稳定性、抗水损坏性均优于橡胶沥青和SBS改性沥青;推荐橡胶沥青、SBS改性沥青和水性环氧沥青分别采用洒布量为1.6、1.4、1.0 kg/m²进行工程应用.     

沥青路面粘层材料性能的试验

沥青路面层间材料粘结性能的优劣直接关系到路面的整体受力状态,进而影响路面的使用寿命。利用自行研发的多功能剪切仪,对普通沥青、SBS改性沥青和SBS改性乳化沥青这3种常用的粘层材料在不同温度及洒布量条件下的粘结性能进行试验研究,提出以不同温度下的粘结抗剪强度作为评价指标。结果表明:3种材料的粘结抗剪强度均随着温度的升高而减小,但随温度的变化规律有所不同;相比而言,在较低洒布量时,SBS改性乳化沥青表现出更优异的粘结性能,且最佳洒布量为0.5～0.7kg/m2。     

界面处治方式对CC+AC复合式路面界面层强度的影响

界面特性是影响复合式路面层间强度和使用寿命的关键因素,为研究界面特性对复合式路面界面层强度的影响,文章通过室内研究和现场检测相结合的方式,采用拉拔试验和剪切试验,研究了不同混凝土基层表面处理方式和不同防反材料组成的界面层黏结强度和拉拔强度。结果表明:仅考虑界面层黏结强度和抗剪强度,就界面处治方式而言,露石与刻槽处理的界面要优于拉毛及不处理的界面,露石处理的界面层间强度最高;就防反材料而言,经编复合聚酯玻纤布对界面层强度的改善效果最好,聚酯玻纤布次之,玻纤格栅几乎没有改善;故从提高界面层强度考虑,建议采用露石+经编复合聚酯玻纤布的综合界面处治方案。     

超薄磨耗层层间粘结效果影响因素研究

超薄磨耗层是一种新型预防性道路养护技术,其使用效果的好坏与层间粘结力有着密切的关系。以室内模拟试验为基础,采用AC-13沥青混合料作为原路面,SBS(热塑性丁苯橡胶)改性乳化沥青作为层间粘结材料,分别采用AC-13、SMA-13、OGFC-13、Nova Chip(C)混合料作为超薄磨耗层,马歇尔击实法成型复合型试件,并采用层间力测试仪进行剪切试验,测定层间抗剪切强度。试验结果显示,采用上述四种混合料作为磨耗层,平均抗剪切强度分别为1.053 MPa、1.1 MPa、1.02 MPa、1.261 MPa;随着乳化沥青洒布量的增加,层间抗剪强度呈现先增加后降低的趋势;对于每种路面结构,温度由25℃升高至45℃,层间粘结强度普遍下降,但不同结构的强度降幅各不相同。试验结果表明:层间粘结强度受混合料类型的影响,Nova Chip抗剪强度最高,开级配沥青磨耗层OGFC(开级配沥青磨耗层)最低;每种路面结构都存在使层间抗剪强度达到最大值的最佳乳化沥青洒布量,且不同温度下对应的最佳乳化沥青洒布量也不同;随着温度升高,层间剪切强度降低,其中Nova Chip结构对于温度的敏感性最高,AC(沥青混凝土)结构的温度敏感性较低。     

水泥混凝土桥面铺装层间黏结性能研究

研究了水泥混凝土桥面铺装层间黏结性能随温度的变化规律,同时探究了黏结层的温度性能以及直剪与斜剪剪切强度之间的关系. 对比分析了4种涂膜黏结层（SBS改性沥青、WTR改性沥青、WTR/APAO改性沥青、AMP-100二阶反应型黏结涂料）和3种改性沥青碎石黏结层（SBS改性沥青碎石、WTR改性沥青碎石、WTR/APAO改性沥青碎石）的拉拔及剪切强度差异. 采用回归分析法获得层间强度随温度的变化规律;计算不同温度下层间强度与常温（20 ℃）下层间强度的比值,用于黏结层剪切强度和拉拔强度的温度敏感性对比分析;分析不同温度下斜剪强度与直剪强度的比值关系. 结果表明：层间拉拔强度、层间剪切强度与温度均满足单指数函数关系,拟合优度R2达0.970以上. WTR/APAO改性沥青黏结层及WTR/APAO改性沥青碎石黏结层力学性能优良,在不同温度下的拉拔和剪切强度值均高于同类型黏结层. AMP-100黏结层拉拔和剪切强度对温度的敏感性最低. 建立了20~45 ℃的层间强度比值表,用于层间强度预估. 斜剪强度显著高于直剪强度,同时斜剪强度对温度的敏感性低于直剪强度,当温度处于20~45 ℃时,斜剪强度与直剪强度比值范围为1.165~2.990.     

超薄磨耗层沥青混合料的抗剪性能

基于单轴贯入试验和无侧限抗压试验,研究了原材料参数和试验条件对沥青混合料抗剪强度的影响.通过室内试验研究了SBS掺量、补强剂掺量和级配类型对超薄磨耗层高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗剥落性能的影响.试验结果表明:骨架结构混合料的抗剪性能优于悬浮密实结构,SBS改性沥青混合料的抗剪性能优于基质沥青混合料;最佳沥青用量下的混合料抗剪强度较大,且补强剂可有效改善混合料的抗剪性能;高温条件和低速行驶的车辆都易造成超薄沥青磨耗层的剪切破坏.当SBS掺量为4.0%~4.5%、补强剂掺量为0.30%~0.50%时,超薄沥青磨耗层能兼顾抗剪性能和其他路用性能,同时满足经济性.     

CPC-AC复合路面层间结合系数研究

为了研究新型复合路面CPC-AC(斜向预应力水泥混凝土+沥青混凝土复合路面)的层间结合行为,并探究其层间结合状态的表征及求解,提出以中性轴间距变化来表征层间结合状态,并推导了部分结合CPC与AC双层梁的层间结合系数η的计算公式;设计了室内单层梁(沥青混合料和水泥混凝土)的小梁三点弯曲试验以及双层梁低温弯曲模拟试验,确定了单层小梁的弹性模量和部分结合双层梁抗弯刚度等计算参数;为分析层间结合系数η表征CPC-AC复合路面层间结合的能力,在CPC板表面设置了植石、刻槽以及凿毛3种处理方式,其层间黏结分别采用不同洒布量的SBS改性沥青及SBS改性沥青同步碎石封层,通过剪切试验论证了层间结合系数η表征CPCAC复合路面层间黏结行为的可行性。研究结果表明:通过室内双层梁弯曲模拟试验和双层梁的抗弯刚度计算公式成功求得层间结合系数η;不同层间处理方式下,层间结合系数的变化规律与芯样剪切试验结果一致,说明层间结合系数η可表征CPC-AC复合路面的层间结合状态;采用不同处理方法,使用不同层间黏结时层间结合系数差异较大,当CPC板采用植石+SBS改性沥青黏层方案,且沥青洒布量为0.4kg/m~2时,其结合状态最好,层间结合系数达到0.463。     

水性环氧树脂微表处的层间抗剪性能

为改善路面加铺微表处薄层罩面后新旧路面间的层间抗剪性能,采用水性环氧树脂(WER)对微表处进行改性。依据直剪试验,研究环氧树脂掺量、油石比、黏层油种类及用量、旧路面类型及水分对环氧树脂微表处层间抗剪性能的影响。结果表明,在微表处中加入水性环氧树脂能改善混合料的抗剪性能;与丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青相比,水性环氧改性乳化沥青高温及黏结性能更好,作为黏结材料对于提高路面层间抗剪性能更有优势;当微表处掺15%水性环氧树脂,油石比为7.7%,黏层油选用水性环氧乳化沥青且用量为0.6 kg/m2 时,结构层层间抗剪性能较好;在沥青混合料与水泥混凝土两种界面上,微表处与沥青混合料的层间抗剪性能更好。     

基于复合梁疲劳试验的沥青路面层间黏结评价

目的评价黏层油对沥青路面疲劳寿命的影响,确定适合北京地区沥青路面的黏层油的种类和最佳用量,研发了一种新型的复合梁疲劳试验.方法选取适用于北京市常用的橡胶沥青、橡胶SBS复合改性沥青、SBS改性沥青、SBS改性乳化沥青及普通乳化沥青5种黏层油,通过复合梁疲劳试验分析黏层种类、应变水平、结构层老化对疲劳寿命的影响并进行评价.结果使用同一种黏层油的复合梁的疲劳寿命随应变的提高而减小.使用橡胶SBS复合改性沥青作为黏层油的试件疲劳寿命均最长.复合梁疲劳寿命随黏层用量的增加呈现先增大后减小的趋势,由此可以得到复合梁疲劳寿命最大情况下的最佳黏层用量,即为疲劳寿命峰值黏层油用量.结论层间黏结效果的优劣对沥青路面结构层的疲劳寿命影响较大,两者具有良好的相关性.复合梁疲劳试验评价黏层的层间黏结效果是可行的.     

超薄磨耗层层间剪切性能研究

剪切破坏是超薄磨耗层主要的病害之一,用SBS改性乳化沥青和Novabinder~(TM)改性乳化沥青作为层间黏结材料,AC-13C、Nova Chip~?Type C、OGFC-13作为磨耗层,AC-20C为中面层,成型车辙试件,进行直剪试验.评价不同粘层油类型、撒布量、磨耗层种类对层间抗剪强度的影响程度.试验结果表明,三种磨耗层对应最佳粘层油撒布量时层间抗剪强度能够最优;同种磨耗层,Novabinder~(TM)改性乳化沥青比SBS改性乳化沥青黏结性能更好;同种粘层油在最佳撒布量时,不同磨耗层抗剪能力对比为:开级配Nova Chip~?Type C型密级配AC-13C开级配OGFC-13.     

混凝土桥桥面铺装层间结构剪切行为

针对混凝土桥桥面铺装层间结构病害多发问题,将理论计算与室内试验相结合,找出层间结构最不利剪切位置,根据最不利剪切位置节点受到的层间剪应力与压应力所呈现的特殊线性关系,给出铺装结构层间剪切评价指标,同时进行层间剪切状态关键影响因素敏感性分析,并与存在垂直压力条件的组合结构层间抗剪强度回归方程建立联系,进行桥面铺装层间结构剪切行为分析。研究结果表明:双矩形均布荷载作用下,层间结构最不利剪切位置是荷载作用区域沿行车方向的前端边界线;层间结构剪切状态会随荷载水平力系数的增加而迅速恶化,对于层间结构一,水平力系数0.5时的拟合方程斜率为0.693,较水平力系数为0时的拟合方程斜率0.342增加了103%,增幅十分显著;不考虑材料本身剪切破坏情况下,增加层间结构上部沥青层厚度可在一定程度上改善其剪切状态;接地压强大于1.2MPa的车辆紧急刹车时,采用乳化沥青黏层的层间结构一有可能发生一次性剪切破坏;采用抛丸界面的层间结构二不会出现由于车辆超载而导致的一次性剪切破坏,而对于采用原状界面的层间结构二,接地压强为0.85MPa时车辆紧急刹车即可使其处于临界破坏状态。对于重载交通下的桥面铺装,建议层间结构采用SBS改性沥青黏层和抛丸调平层表面处治措施。     

基于摩尔-库伦理论的沥青路面层间抗剪强度

以半刚性基层沥青路面下封层为例,研究了沥青路面层间抗剪强度影响因素。通过对5种下封层材料双层试件的直剪试验,以摩尔-库伦理论为基础评价了沥青材料和集料粒径对下封层抗剪强度的影响,拟合得到了层间τ-σ曲线和摩尔-库伦表达式,并采用灰色关联模型对沥青材料、集料粒径与层间抗剪强度进行关联性分析。结果表明：胶粉改性沥青和粒径5～10mm碎石是较好的下封层材料;沥青材料较碎石粒径对层间抗剪强度的影响更大。     

沥青路面基面层间结合状态的数值分析

为了真实反映半刚性基层沥青路面层间黏结状态,评价不同处治措施对基面层间结合状态的改进情况,建立了基于逐渐损伤理论的脱层分析数值模型,从细观角度对道路基面层间接触状态进行分析.以脱层分析模型为基础对基质沥青、SBS改性沥青、胶粉改性沥青和精铣刨处治后的层间黏结强度进行预估,并利用JHY-A剪切仪进行层间直剪试验,对数值分析结果进行试验验证.研究结果表明：逐渐损伤的脱层分析模型能更本质地反映不同处治措施对基面层间黏结强度的影响;采用精铣刨处治半刚性基层表面可有效提高基面层间黏结强度,与传统撒布基质沥青、SBS改性沥青、胶粉改性沥青相比,其层间黏结强度可分别提高54.3%、20.0%和12.5%.     

热老化对排水性沥青混合料性能的影响

为了评价热老化对排水性沥青混合料性能的影响,分别采用SBS改性沥青、高黏沥青、聚酯纤维作为排水性沥青混合料的组成材料,在室内模拟长期老化试验的基础上,采用抗压强度和劈裂强度评价力学性能;采用浸水飞散试验评价水稳定性;采用约束试件温度应力试验评价低温性能。研究结果表明:热老化后的排水性沥青混合料强度略微增加;但其水稳定性和低温性能均明显变差;采取高黏沥青作为胶结料、掺加聚酯纤维的措施可以改善热老化对排水性沥青混合料性能的不利影响,从而提高排水性路面的耐久性。     

橡胶环氧沥青碎石防水黏结层抗剪性能研究

为了研究钢桥面铺装用橡胶环氧沥青碎石(REAS)防水黏结层的抗剪性能,并分析其与桥面坡度及环境温度频繁变化的关系,进行不同剪切角度和不同冻融循环次数的斜剪试验,通过剪切界面正应力与抗剪强度的线性拟合关系计算REAS防水黏结层的黏聚力及内摩擦角,并基于能量法理论对其剪切耗散能进行研究.结果表明:添加橡胶粉的环氧沥青黏结料(EA)体系内形成了新的化学交联和物理缠结,表现出更好的黏结性能、抗变形能力和低温柔韧性;不同的剪切角度及冻融循环次数下,REAS防水黏结层的抗剪强度及剪切位移均大于EA防水黏结层,表现出更好的抗剪性能.同时,REAS防水黏结层的抗剪强度随着剪切角度的增加呈幂函数减小趋势,随冻融循环次数的增加呈抛物线型衰减,5次冻融循环后,REAS防水黏结层的剪切耗散能相对于未冻融循环的剪切耗散能减小了46.0%,说明冻融循环对REAS防水黏结层的抗剪性能影响显著.     

水-热作用下胶粉改性沥青汉堡车辙高温性能

橡胶类改性沥青混合料的高温性能一直是中外研究的热点问题。采用浸水汉堡车辙试验,针对普通橡胶沥青、溶解性(terminal blend, TB)胶粉改性沥青及TB复合改性沥青混合料在水-热综合作用下的抗车辙性能进行评价与对比。实验结果表明,对于传统橡胶沥青来说,其在浸水条件下的高温抗车辙性能随着掺量的增大而先下降后上升,掺量从5%变化至20%的过程中,橡胶沥青中的橡胶颗粒对沥青分散体系的性能贡献逐渐增大,橡胶粉掺量推荐采用内掺20%。对于TB胶粉改性沥青混合料,其在水-热综合作用下的抗车辙性能劣于基质沥青混合料,且随掺量的增加而逐步下降。对于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(styrene butadiene styrene triblock copolymer, TB+SBS)复合改性沥青混合料,SBS的掺入能够显著提高TB胶粉沥青混合料在水-热综合作用下的抗车辙性能,且性能随SBS掺量的增加而提升。根据实验结果,在TB+SBS复合改性沥青混合料中推荐使用20%橡胶沥青,SBS的掺量可根据性能与成本进行综合考虑。     

荒漠地区橡胶改性沥青老化性能试验分析

沥青老化性能试验是评价沥青路面材料使用寿命的重要方法.通过采用旋转薄膜烘箱实验(RTFOT)后残留针入度、延度试验、动态剪切流变试验(DSR)方法,得到了荒漠地区橡胶改性沥青短期、长期老化规律.结果表明:RTFOT短期老化残留针入度:橡胶改性沥青苯乙烯一丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)克拉玛依(克)90号基质沥青;相位角δ:橡胶改性沥青DSR试验SBS改性沥青基质沥青.抗老化性能压力老化实验(PAV):橡胶改性沥青SBS改性沥青克90号基质沥青.研究得出掺入橡胶粉可明显提高沥青的抗变形、抗老化性能,可为废旧橡胶粉掺入路用沥青提供科学的理论支撑与技术指导.     

SBS改性沥青与石料的剪切性能

针对水煮法评价SBS改性沥青与石料间黏附性的局限性,以沥青与石料的黏结机理分析为基础,设计了基于剪切试验的沥青与石料黏附性评价方法,提出了以剪切强度作为黏附性定量评价指标,通过剪切试验,验证了剪切强度指标的可行性,分析了SBS改性剂类型、掺量和试验温度对SBS改性沥青与石料黏结作用的影响.结果表明:SBS的掺入显著改善了沥青与石料的黏结作用;随SBS掺量的增加,改性沥青与石料的黏结作用有明显的增大,当掺量为4%时,SBS改性沥青与石料的剪切强度较基质沥青提高约100%;同时,也说明剪切强度指标可定量评价沥青与石料的黏结效果,从而为改性沥青的性能评价和质量控制提供参考.     

SBS、橡胶和高黏改性沥青流变性能对比

为充分认识在同一评价体系中不同改性沥青高低温流变性能,使用动态剪切流变仪对SBS、橡胶和高黏改性沥青分别进行应变扫描试验,确定其线性黏弹性范围,进行频率扫描试验和多重应力蠕变恢复试验分析其高温性能。同时使用弯曲梁流变仪对3种改性沥青进行弯曲蠕变劲度试验分析其低温性能。研究结果表明:根据应变扫描试验结果,当应变小于10%时,SBS、橡胶和高黏改性沥青处在线性黏弹性范围内。根据频率扫描试验结果,使用Sigmoidal模型拟合SBS、橡胶和高黏改性沥青的复数剪切模量主曲线光滑连续,且均是简单的流变材料; SBS、橡胶和高黏改性沥青在低频状态下复数剪切模量相差较大,在高频状态下复数剪切模量相差较小。根据多重应力蠕变恢复试验结果,相比SBS和高黏改性沥青,橡胶改性沥青具有较高的流动变形特性;高黏改性沥青的抗永久变形能力优于橡胶和SBS改性沥青。低温弯曲蠕变劲度试验中,蠕变劲度和蠕变速率均与温度呈指数关系。通过蠕变劲度和蠕变速率可知,高黏改性沥青的低温抗裂性优于SBS和橡胶改性沥青。此外,用蠕变劲度指数衡量改性沥青的低温感温性,可知高黏改性沥青温度敏感性低于SBS和橡胶改性沥青温度敏感性。因此,在流变性能方面,高黏改性沥青的高低温性能均优于SBS和橡胶改性沥青。