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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

Honeywell温拌剂在SMA沥青混合料中的添加方法及性能研究

基于SMA-13沥青混合料,对Honeywell温拌剂进行了干法、湿法工艺的路用性能评价,并与SBS改性沥青混合料进行了对比.结果表明,该温拌剂在湿法使用时,可以赋予基质沥青较高的模量和高温粘度,并在30~65℃温度区间保持稳定粘弹性结构,降低沥青的温度敏感性.在干法使用时,该温拌剂可以在玄武岩颗粒表面形成裹附膜,有效提高沥青与玄武岩集料的粘附性等级;在采用基质70号沥青相同的生产温度下,干法添加0.3%的温拌剂生产的SMA混合料较好地满足了改性沥青混合料的相关要求,其路用性能与SBS改性沥青混合料相差不大,实现了一定的温拌效果.     

掺加纳米改性剂的沥青与温拌混合料的性能

由于温拌沥青混合料的施工温度低,矿料内部的水分蒸发速度慢,混合料存在水损害隐患。需要在沥青中添加一定剂量的集料改性剂,以提高温拌沥青混合料的抗水损害性能。通过试验评价了添加纳米改性剂的沥青与混合料的路用性能。结果表明,添加纳米改性剂后,提高了沥青的高温稳定性、抗老化疲劳性、低温抗裂性等路用性能;而且,能降低沥青高温时的黏度,有利于施工。研究成果对减少温拌沥青混合料的早期病害具有重要的指导意义。     

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.     

基于表面能理论的沥青-集料体系的粘附特性研究

基于表面自由能理论,采用接触角法测定2种沥青与4种集料的表面自由能参数,分别计算出各种沥青-集料体系的粘附功和剥落功,以表征沥青-集料体系的粘附性优劣;并采用冻融劈裂试验进行验证.结果表明:石灰岩集料与SK70改性沥青的粘附功最大,剥落功最小;花岗岩集料与SK基质沥青的粘附功最小,剥落功最大.此外,剥落功表征的沥青-集料体系的粘附性能与冻融劈裂试验表征的粘附性能基本一致;且沥青-集料体系的剥落功更能直观地定量评价沥青-集料体系的粘附性能.     

新型温拌沥青混合料水稳定性研究

为探究AM型温拌剂对沥青混合料水稳定性的影响,文章分别测定了添加0.5%AM型温拌剂前后的沥青三大指标和粘附性,并对AM温拌沥青混合料和对应基质沥青混合料试件,分别进行了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。结果表明:添加0.5%AM温拌剂后,沥青结合料的针入度和延度增加而软化点降低;沥青混合料试件残留稳定度提高5.23%,其残留强度比提高11.16%,添加AM型温拌剂后沥青混合料的水稳定性有一定程度的提高。     

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.     

不同温拌剂对沥青及其混合料性能的影响分析

为了研究不同机理的温拌剂在沥青与沥青混合料路用性能与降温效果上的差异,以及选出能够更好的评价温拌沥青混合料的路用性能的指标。分别对沥青添加有机添加剂机理的温拌剂sasobit(掺量为0、1%、2%、3%、4%、5%)和自行研发的基于表面活性机理的温拌剂ZYF-B(掺量为0、3%、4%、5%、6%、7%),进行针入度、延度、软化点及黏附性试验;经过试验综合比较后,得出两种温拌的较佳掺量是sasobit为3%、ZYF-B为5%,并对这两种比例的混合料进行车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验、经济效益评价,应用灰色关联分析试验数据。研究结果显示,ZYF-B温拌剂的加入使沥青的针入度、黏附性、改性沥青的延度、混合料的水稳定性方面优于sasobit温拌剂;sasobit温拌剂的加入使沥青的软化点、基质沥青的延度、混合料的高温稳定性、混合料的低温抗裂性方面优于ZYF-B温拌剂。降温效果评价以传统热拌基质沥青为基准,以3%~5%为目标空隙率,ZYF-B温拌剂降低温度25℃~50℃,sasobit温拌剂降温温度19℃~23℃。通过灰色关联分析得到了影响温拌沥青混合料路用性能最重要的因素是温拌沥青的延度。相关结论可对施工中合理选择温拌剂提供参考。     

温拌阻燃沥青混合料设计与性能评价

温拌阻燃沥青混合料能够减少施工过程中的能耗和污染气体排放,降低道路火灾的危害程度。文章对温拌阻燃沥青混合料设计与性能进行研究。通过试验确定了温拌剂和阻燃剂的合理掺量、掺加温度及剪切速率,研究了温拌阻燃沥青混合料的路用性能、长期水稳定性及疲劳耐久性能;借助红外热成像仪,评价了混合料的阻燃效果。结果表明,与热拌混合料相比,温拌阻燃混合料(温拌剂掺量3%,阻燃剂掺量13%)能够将拌和、压实温度降低约15℃,动稳定度、冻融劈裂强度比、残留稳定度、飞散损失率等指标没有显著降低,同时能够减少混合料的燃烧时间和烟气,但长期水稳定性和抗疲劳性能有一定程度的降低。     

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RAP全掺量下再生温拌沥青混合料路用性能研究

为实现资源的循环利用,降低高温作用对沥青的二次老化,引入N24型再生剂、A型合成蜡类温拌剂对RAP全掺量下再生温拌AC-16C沥青混合料展开研究.通过RAP原材料试验,确定RAP的矿料级配及油石比.在再生剂、温拌剂及再生温拌沥青等原材料研究的基础上制备再生温拌沥青,评价不同再生剂掺量下再生温拌沥青性能的改善情况,同时确定再生剂掺量为4%、温拌剂掺量为3%时沥青混合料的施工温度.通过对再生温拌沥青混合料开展高温抗车辙、抗水损害及低温抗开裂等试验,评价再生剂掺量对再生温拌沥青混合料路用性能的影响.结果表明,RAP中的粗集料发生了细化,但整体矿料级配与原矿料目标级配相当,无需对RAP进行级配调整;再生剂掺量为4%时,再生沥青性可能恢复到原道路石油沥青水平;3%温拌剂的掺入,沥青混合料拌和及压实成型温度分别降低30、40℃;再生剂掺量为4%时,再生温拌沥青混合料整体路用性能最优.     

温拌橡胶沥青OGFC混合料路用性能研究

为使温拌技术在开级配磨耗层(OGFC)混合料中得到更好的应用,选用橡胶沥青作为胶结料,以及EvothermDAT和S-I两种类型温拌剂,进行温拌橡胶沥青OGFC混合料路用性能研究.结果表明,温拌橡胶沥青OGFC混合料的各项配合比检验指标与热拌橡胶沥青OGFC混合料的相比,未产生明显差异,并且均能满足《规范》(JTG F40-2004)的技术要求;温拌剂的加入,降低了橡胶沥青OGFC混合料的水稳定性能,但是5次冻融循环后,与热拌橡胶沥青OGFC混合料相比,Evotherm-DAT温拌橡胶沥青OGFC混合料表现出较好的水稳定性.     

环氧沥青混合料细观尺度水损坏特性

基于细观尺度技术研究环氧沥青混合料(EA)早期水损破坏的力学特性,建立集料-黏结界面-沥青砂浆平面细观力学有限元模型.引入内聚力模型(CZM)对集料与沥青砂浆界面进行离散,模拟EA在水分渗透过程中集料与沥青砂浆界面裂缝的萌生、扩展直至失效的过程,分析载荷与水分耦合作用下EA出现集料剥离与裂缝的力学特性.研究表明:EA的力学响应受材料含水率的影响很大,剥落主要发生在体积较大且形状不规则的集料周围;材料含水率增加会加剧沥青混合料水损破坏的程度,集料剥离呈快速增大趋势;集料四周薄弱界面区域内的沥青砂浆在受力上最为不利,极易出现水损病害.集料体积特征对EA水损破坏存在较大的影响,应控制过粗集料在混合料中所占比例.     

基于泡沫沥青法实现温拌的沥青混合料室内试验对比

目的为减缓沥青老化,降低污染、节约能源,实现沥青混合料低温施工,研制泡沫沥青温拌技术.方法通过沥青发泡试验,确定最佳发泡条件;基于马歇尔试验,分析研究在AC-13、AC-16和AC-20级配下泡沫沥青温拌混合料和热拌沥青混合料的温度-空隙率变化规律;通过高温车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验分析比较泡沫沥青温拌混合料和热拌沥青混合料的路用性能.结果以温度为控制指标,泡沫沥青温拌混合料空隙率减小,具有较好的可压实性;以空隙率为控制指标,泡沫沥青温拌混合料较热拌沥青混合料压实温度降低15~20℃;泡沫沥青温拌混合料高低温及水稳定性能略低于热拌沥青混合料.结论泡沫沥青温拌混合料性能满足现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)要求,可实现低温施工.     

温拌沥青混合料路用性能研究

采用马歇尔试验法对温拌沥青混合料组成进行设计,并通过车辙试验、浸水马歇尔试验、弯曲试验和疲劳试验,研究温拌沥青混合料的路用性能。结果表明:温拌改性剂掺量对沥青性能有显著影响,改性剂最佳掺量为2.5%~3.0%;温拌沥青混合料具有良好的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性,温拌改性剂能显著提高混合料的高温稳定性和抗疲劳性,但混合料水稳定性和低温抗裂性略有降低。