不同马歇尔击实方法乳化沥青冷再生混合料细微观结构性能研究

采用工业CT无损检测技术(X-ray CT)和数字图像处理技术研究“30+45”、“40+35”、“50+25”、“60+15”、“75+0”五种马歇尔击实方法下乳化沥青冷再生混合料试件的内部的粗颗粒的颗粒主轴取向角和空隙特征分布特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明：马歇尔击实方式下乳化沥青冷再生混合料粗集料取向角基本符合洛伦兹分布,第二遍击实次数越多,粗集料取向角减小幅度越大,增大二次击实功虽然可改善乳化沥青冷再生混合料的颗粒分布结构,但远没有增大第一次击实功效果明显;“50+25”、“60+15法”空级配中大孔百分比明显减小,而小孔百分比显著增大,随着第二遍击实次数的减小,乳化沥青冷再生混合料平均孔径呈先减小后增大的变化趋势,马歇尔试件平均孔径与劈裂强度之间具有良好的线性拟合关系。二次击实可减小乳化沥青冷再生混合料内部的大孔,改善粗集料的骨架承载结构,综合考虑击实方法对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、粗颗粒存在形态以及细微观空隙分布特征的影响,推荐采用“50+25法”成型马歇尔试件。     

冻融循环作用下泡沫和乳化沥青冷再生混合料损伤特性与细观机理

为了揭示冻融循环作用下泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律,设计了冻融循环试验方案,基于劈裂强试验、无侧限抗压强度试验、贯入剪切试验研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料力学性能的劣化影响,以工业CT无损检测技术为研究平台,研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料微细观空隙级配、空隙直径的影响规律。结果表明,冻融循环作用显著降低了泡沫/乳化沥青冷再生混合料的力学性能,总体上,泡沫沥青与乳化沥青冷再生混合料表现出了基本相同的力学性能,乳化沥青比泡沫沥青冷再生混合料有更好的抗损害性能。随着冻融循环次数增加,泡沫/乳化沥青冷再生混合料的平均空隙直径和最大空隙直径增大,大空隙数目增加,小空隙比例和空隙数目减小,随着平均空隙直径增大,泡沫/乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、贯入剪切强度均呈指数函数关系减小。冻融循环作用下,泡沫/乳化沥青冷再生混合料内部微空隙数目减少、平均空隙直径增大是其力学性能衰减的主要原因之一。     

乳化沥青冷再生混合料大型马歇尔试件成型方法研究

文章通过对乳化沥青冷再生混合料大型马歇尔击实试验,探讨了大型马歇尔试件成型方法。在参考国内外大型马歇尔试验技术标准的基础上,提出目前大型马歇尔试件成型的最优方案。     

乳化沥青冷再生混合料配合比设计及性能分析

为了提出乳化沥青冷再生混合料的配合比,以九景(九江—景德镇)高速公路改建项目为例,通过室内试验,研究了水泥含量、乳化沥青含量对混合料劈裂强度、马歇尔稳定度的影响,确定了最佳配合比,并分析了乳化沥青冷再生混合料的力学和路用性能。结果表明:乳化沥青冷再生混合料的抗压回弹模量均大于1 000 MPa,增加压实功可提高其水稳定性,击实75次时的劈裂强度比可达到78.5%,动稳定度可达到2400次/mm,低温应变大于2 000με。此外,为乳化沥青冷再生混合料提出了室内试验指标的参考标准。     

不同成型方式乳化沥青冷再生混合料力学特性研究

为深入探讨不同成型方式对乳化沥青冷再生混合料力学特性的影响,通过制备马歇尔试件、圆柱体试件,研究了垂直振动法和传统方法对冷再生混合料力学特性的影响,并应用Weibull分布建立疲劳方程。结果表明:与传统方法设计的冷再生混合料相比,垂直振动法最佳含水率降低10%,乳化沥青最佳用量降低10%,最大干密度提高1.021倍;与马歇尔试件相比,垂直振动圆柱体试件马歇尔稳定度M_S、25℃劈裂强度、冻融劈裂强度分别提高40%,32%及57%;通过疲劳方程的截距a和斜率b可看出,垂直振动法试件在高应力下抗疲劳性能和对应力变化的敏感性优于马歇尔法试件,即垂直振动法a值大于马歇尔法,b值小于马歇尔法。     

乳化沥青冷再生混合料设计方法试验研究

通过室内试验,探讨乳化沥青冷再生沥青混合料设计方法,不同旧料质量分数的6种混合料试验结果显示,试件击实成型后60℃养生72h后的失水率可以达到95％以上;混合料外加水量可以根据密度最大的原则估计,约为混合料质量分数的5％～9％;最佳油石比可以使用干燥或浸水试件,采用25℃马歇尔试验或劈裂试验,根据稳定度最大或抗拉强度最大的原则确定;4种方法确定的最佳油石比差别微小,在3．8％～5．2％之间。     

乳化沥青厂拌冷再生基层配合比设计方法研究

文章依托京台高速蚌埠至合肥段改善工程,充分利用原有路面沥青铣刨料,对乳化沥青冷再生基层配合比设计方法进行研究。采用旋转压实仪代替常规马歇尔击实仪进行设计,从合成级配设计、乳化沥青配伍性试拌、最佳液体含量试验、最佳乳化沥青掺量试验得出的初步配合比,再进行空隙率、40℃马歇尔稳定度、15℃劈裂强度、40℃浸水马歇尔稳定度比、25℃冻融劈裂强度比和60℃动稳定度试验验证,结果表明,在该配合比下的乳化沥青冷再生混合料能够完全满足基层的使用性能要求。     

超大粒径沥青混合料的成型方法

针对超大粒径沥青混合料（SLSM）的特征,利用旋转压实（SGC）法、大马歇尔击实法和振动击实法3种不同的成型方法制备试件并计算相关参数。研究结果表明：3种成型方法中,旋转压实法成型试件时所需的油石比最小;成型时间形成的空隙率特征为,振动击实法的空隙率大于大马歇尔击实法的空隙率和旋转压实法的空隙率;对于超大粒径沥青混合料,振动成型法容易造成集料离析、空隙率偏大,不能形成骨架密实结构。3种不同的成型方法击实功的对比分析表明：在控制相同空隙率的条件下,选择旋转压实法进行超大粒径沥青混合料的成型,可以减少击实次数,降低能耗。     

击实次数对双层功能性沥青混合料稳定性的影响

在目前现有的单层沥青混合料及单层功能性沥青混合料的基础上,设计了一种上层OGFC沥青混合料与下层AC沥青混合料组合的双层沥青混合料,该种沥青混合料除了保留原有OGFC的功能特性外,又具有较好的力学性能。在针对双层沥青混合料马歇尔试件击实制作成型的基础上,考虑双层沥青混合料的强度与功能性等问题,研究采用不同击实次数组合(50×50、60×60、75×75、50×75、60×75)的击实形式,分别在25、60℃条件下对不同击实次数组合下的试件进行了马歇尔试验,以此来初步验证双层沥青混合料稳定性与击实次数组合之间的关系。同时研究基于数据拟合分析对不同击实次数组合下混合料的稳定性进行分析。研究表明:在不同击实次数组合下,双层功能性沥青混合料的密度、空隙率符合与击实次数的一般规律,试件的密度随着击实次数的增加逐渐增大,试件的空隙率随着击实次数的增加逐渐减小。此外,随着击实次数的增加双层功能性沥青混合料两层间层间连接逐渐密实、层间连接效果更好,所测得的稳定度随着击实次数的增加而逐渐增大。     

基于粗集料形状特征的沥青混合料三维数字试件生成

为了准确地模拟沥青混合料相关试验,节省集料和试验设备等方面的成本,通过离散单元法模拟生成沥青混合料三维数字试件.采用中心球扩散方法构建出粗集料的扁平比与棱角性,通过调节不同粗集料模型的百分比来获得和实际相近的粗集料形状组合,并用一定质量的虚拟粗集料"clump"球体块取代同样质量的等效球体来表征粗集料级配特征,通过删除砂浆球体单元来模拟出空隙率特征,最终建立沥青混合料三维离散元模型.研究表明,沥青混合料三维数字试件可以很好地模拟粗集料的三维空间形状,准确表征粗集料的扁平比与棱角性特性,同时能够精确显示粗集料的级配特点与空隙分布,达到以虚拟试件代替真实试件进行试验的目的.     

沥青混合料细观结构及三维重构

为研究AC-10沥青混合料试件的空隙率,采用SYM-457马歇尔击实仪制作AC-10标准马歇尔试件,并将上述试件按3 mm间隔进行CT扫描,应用Matlab图像处理软件对所得扫描图像进行处理,结合统计学方法计算其空隙率,同时将所得到的dcm格式的CT扫描图像导入Mimics软件中进行三维重构,通过对阈值的调整,实现对沥青混合料中胶浆、空隙、粗集料的识别与分离,最终获得沥青混合料的空隙率.结果表明:相对于应用统计学方法计算得到的沥青混合料空隙率4.7%,应用Mimics软件得到的空隙率为4.56%,与真实值4.0%更接近.     

基于细微观试验的水泥乳化沥青混合料空隙特征

水泥乳化沥青混合料中的水泥和乳化沥青会发生相互作用,因而其空隙结构较普通热拌沥青混合料复杂.采用X射线断层扫描技术(CT)研究乳化沥青用量和水泥用量对混合料中细观空隙分布和空隙特征的影响,基于扫描电镜(SEM)进一步研究混合料中微观尺度的空隙结构.结果表明,随着乳化沥青用量的增大,混合料内部空隙尺寸有所减小,试件水平断面上的空隙总面积和平均单个空隙面积减小;水泥用量超过3％时,混合料的CT可视空隙率明显增大,且空隙中的大尺寸空隙比例增高;由于乳化沥青及水泥材料的相互作用,水泥乳化沥青混合料的内部空隙结构比传统热拌沥青混合料疏松.     

基于CT扫描技术的不同压实度下沥青混合料细观空隙特性研究

【目的】深入了解压实不足对沥青混合料内部空隙细观结构的影响。【方法】以SMA-13试件为对象,通过调整压实次数制备不同压实度的试件。采用计算机断层扫描和图像识别技术精确识别空隙,探究不同压实度下的沥青混合料空隙细观结构特性,包括空隙数量、体积、主轴方向角和配位数。【结果】在沥青混合料成型过程中,受到外部击实功的影响,内部空隙的主轴方向逐渐趋向于稳定状态。此外,随着压实次数的增加,沥青混合料内的大部分空隙逐渐减小,但也存在一些相邻的开口空隙在逐渐结合后形成更大的开口空隙。最终,随着压实程度的提高,空隙的平均配位数减小,导致空隙连通性下降,整体空隙网络的复杂度逐渐减小。【结论】本研究旨在更好地理解不同压实度下沥青混合料空隙结构的细观差异,为沥青混合料的设计、评价和维护提供更为科学的依据。     

大型马歇尔试验击实次数

大粒径碎石沥青混合料能减少甚至消除车辙。通过对大型马歇尔不同击实次数击实成型试验各参数的对比分析,从理论和试验上确定了大型马歇尔击实成型试验的击实次数为112次。经过标准马歇尔击实试验和大型马歇尔击实试验的对比研究,验证了大型马歇尔击实112次成型试件的稳定度和流值分别为标准马歇尔击实75次成型试件的2 25倍和1 50倍,从而确定大型马歇尔试验的技术指标。     

泡沫沥青和水泥对冷再生混合料性能的影响机理

为了研究水泥与泡沫沥青两种粘结料对冷再生混合料性能的影响及作用机理,采用力学性能试验、路用性能试验分析了泡沫沥青用量和水泥掺量对冷再生混合料力学特性与路用性能的影响,基于数字图像处理技术、SEM微观图像测试和工业CT无损检测技术,分析了泡沫沥青的分散性状及水泥对泡沫沥青冷再生混合料的强度影响机理。结果表明,增大水泥掺量有助于提高泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、高温稳定性与水稳定性,但过多的水泥不利于泡沫沥青冷再生混合料的低温性能,推荐水泥掺量控制为1%~1.8%较为适宜。在3.0%泡沫沥青用量时ITS、UCS、内摩擦角Φ、黏聚力C均达到峰值。泡沫沥青冷再生混合料中的沥青呈独特的“点焊”状分散方式,随泡沫沥青用量增大,试件破坏界面泡沫沥青所占的面积（FFAC）增大,FFAC与ITS两者之间有良好的二次函数关系。水泥水化后形成的加筋结构增大了空隙级配中小于0.1 mm3微孔的数量,减小了冷再生混合料的平均空隙直径,水泥水化后形成的状加筋嵌挤结构具有抑制冻融作用下冷再生混合料内部空隙增大的作用,并且维持空隙级配的稳定。     

考虑粗集料和空隙的沥青混合料粘弹性细观力学分析

利用细观力学方法分析了粗集料和空隙对沥青混合料的粘弹性能的影响。在Laplace空间域内,分别对粗集料和空隙利用细观力学的Mori-Tanaka等效夹杂理论解决了沥青混合料的混合夹杂问题。然后基于宏观平均场理论,从沥青砂浆基体粘弹性能推导了沥青混合料的粘弹性能。以单轴和简单剪切应力下的预测为例,分析了粗集料和空隙对沥青混合料性能的影响,结果发现：复合材料细观理论可以成功地从性质均匀的沥青砂浆粘弹性能预测性质复杂的沥青混合料粘弹性能,沥青混合料粘弹本构方程可以表示为粗集料和空隙的综合影响系数与沥青砂浆粘弹本构方程的乘积形式。空隙率的增大会导致综合影响系数呈线性减小,而粗集料体积分数的增大会使其呈指数规律迅速增大,说明空隙和粗集料对沥青混合料的粘弹性能分别起到衰减和增强作用,但空隙的衰减作用弱于粗集料的增强作用。粗集料和空隙对沥青砂浆的综合影响体现为增强作用（2～10倍）,且剪切应力下增强作用近似是单轴应力下的2倍。沥青砂浆基体泊松比对综合影响系数的影响甚微,在以后的研究中可以取定值。     

用水量对乳化沥青混合料性能影响的研究

从乳化沥青混合料的拌和用水量与绝对用水量双重角度，讨论水对乳化沥青混合料性能的影响．以乳化沥青混合料最终强度为评价标准，通过马歇尔稳定度试验、间接拉伸试验，分析用水量对三种乳化沥青混合料性能的影响．从拌和、击实、养生等多阶段研讨水的作用．认为不同级配存在着不同的最佳拌和用水量，拌和水主要起润湿集料的作用，绝对用水量影响混合料的压实、成型、混合料强度形成及最终强度．     

基于三维离散元法的沥青混合料断裂过程模拟

为了从材料细观结构角度研究沥青混凝土的断裂机理,运用离散元程序PFC3D内的"Fish"语言,采用多球相互重叠的方法描述粗集料颗粒的空间不规则形状,结合集料颗粒的随机投放算法和离散元的空隙处理方法,建立了沥青混凝土小梁试件的三维离散元模型;通过室内沥青砂浆单轴压缩试验和劈裂试验,并结合宏观性能与微观力学参数的转化关系,获得了用于离散元模拟的各类微观参数;采用三维离散元程序PFC3D,进行了-10℃和15℃条件下小梁中点弯曲断裂试验的离散元模拟,获得了弯曲断裂曲线;采用与混合料三维离散元结构相同沥青用量、空隙率和级配在室内成型了沥青混合料的小梁试件,并获得了室内实测断裂曲线.研究结果表明:所建立的离散元模型可以充分考虑集料颗粒的不规则形状、集料级配特征和空隙大小;三维离散元方法可以较好地模拟沥青混合料弯曲断裂过程中裂纹起始和扩展的现象,模拟结果与室内实测结果基本相当;三维离散元模拟可以作为研究沥青混合料断裂特征的辅助手段.     

红色石灰岩沥青混合料组成设计与应用

为了研究细集料材质对红色石灰岩沥青混合料的AC-25,AC-20组成设计及性能的影响，选择密实型粗颗粒断级配，通过车辙试验检验其高温稳定性，采用多次冻融循环劈裂试验检验其水稳定性，利用不同温度下的黏聚力和内摩擦角评价其力学性能，并进行工程验证。结果表明：3.7%油石比下，相比石灰岩石屑，红色精品机制砂基质沥青混合料AC-25动稳定度相对提高了28.2%,冻融劈裂抗拉强度比相应更高；4.4%油石比下，相比黑色精品机制砂，红色精品机制砂SBS改性沥青混合料动稳定度相对提高了17.0%,冻融劈裂抗拉强度比也相应更高；不同温度下红色精品机制砂沥青混合料AC-25,AC-20黏聚力和内摩擦角试验结果相对增大；中、下面层红色精品机制砂沥青路面密实、抗变形能力强。红色石灰岩沥青混合料AC-25,AC-20应采用精品机制砂做细集料。     

垂直振动成型冷再生混合料疲劳特性研究

为深入研究乳化沥青冷再生混合料的疲劳特性,采用更符合混合料现场压实工况的垂直振动法成型圆柱体试件.研究了RAP掺量、成型方法及浸水环境对冷再生混合料疲劳特性的影响,应用Weibull分布建立冷再生混合料疲劳方程,并借助扫描电镜揭示了冷再生的疲劳抗裂机理.结果表明:新集料掺量对冷再生混合料疲劳性能有显著影响,疲劳性能随新集料掺量的增加呈抛物线变化趋势,当新集料掺量为20%时抗疲劳性能最优;垂直振动法设计冷再生混合料在应力作用下的抗疲劳性能及对应力变化敏感性优于马歇尔法;与未浸水试件相比,不同应力水平下浸水试件的疲劳寿命均缩短,对应力变化更加敏感;水泥-乳化沥青胶浆相互渗透胶结,并将集料紧密黏结,形成较致密的网状结构,有效改善胶浆与集料的界面协调变形,延缓裂缝发展.