沥青与集料交互作用能力评价指标的研究

沥青－集料的交互作用能力是沥青混合料路用性能的重要影响因素。为了客观真实地表证沥青-集料交互作用能力,本文通过对沥青与集料作用后界面的流变特性的研究,证明了用指标—沥青-集料交互作用系数B、复数剪切模量系数 和复数粘度系数表征沥青-集料交互作用能力的正确性和可行性。试验结果的灵敏度分析表明：沥青-集料交互作用系数B表征沥青－集料交互作用能力具有更高的区分度。     

基于时间扫描的聚烯烃树脂改性沥青疲劳演化规律研究

为评价聚烯烃树脂改性沥青的疲劳特性,采用动态剪切流变仪对70^#基质沥青、不同掺量聚烯烃树脂改性沥青、温拌改性沥青及SBS改性沥青进行动态时间扫描试验,通过复数剪切模量G^*、相位角和累计耗散能比对应的疲劳曲线分析沥青的疲劳损伤过程;最后对聚烯烃树脂改性沥青的改性机理进行分析。试验结果表明：不同指标疲劳曲线变化规律明显,能较好地表征试验沥青的疲劳损伤过程,G^*与荷载作用次数曲线可清晰地反映荷载适应、损伤累积和加速破坏3个阶段,疲劳演化曲线便于表征其疲劳特性;改性沥青的疲劳性能随着新型聚烯烃树脂改性剂掺量的增加先增强后减弱,3%掺量改性沥青的疲劳特性较优,SBS改性沥青疲劳特性最优。研究结果将为聚烯烃树脂改性沥青应用和改性沥青疲劳性能评价提供参考。     

聚合物改性沥青流变性能研究进展

沥青是道路工程中应用最为广泛的道路结构材料,加入聚合物改性剂,可以改善沥青的流变性能,对改性沥青流变特性的研究可以进一步地了解其改性机理,使其更好地适应路面环境。运用流变指标分析聚合物改性性能成为新的研究方向。文章概述了聚合物改性沥青分类,分析了不同种聚合物改性沥青基于动态剪切流变试验中G指标(复数剪切模量G*、相位角δ、车辙因子G*/sinδ)、重复蠕变与恢复试验以及零剪切粘度方面流变指标的变化,总结了不同流变指标方面的差异,并展望了流变指标对于评价聚合物改性沥青性能的应用前景。     

沥青与集料粘附性试验新方法

目的 开发新的试验方法实现定量化评价沥青与集料的粘附性能.方法 室内将集料置入一定质量浓度的沥青-甲苯溶液中,采用分光光度计测定溶液吸光度的变化并计算其初始吸附沥青量;再向溶液中加入蒸馏水,经过一定试验时间计算其净吸附沥青量以评价其受水剥离的程度.结果 将5种类型的沥青和4种花岗岩集料的试验结果与水煮法试验结果相比较,得出集料粘附等级(由初始吸附量和净吸附量计算的剥落率)其关系为:5级(0～10%)、4级(10%～30%)、3级(30%～50%)、2级(50%～70%)、1级(70%～100%).结论 采用沥青-甲苯溶液质量浓度的改变来表征沥青与集料的粘附性能试验方法更客观,对于水煮试验无法判断的粘附性能细微差别,可以做出定量的判断,该方法试验敏感性强,可作为准确鉴别沥青与集料粘附性的试验方法.     

基于微观力学的沥青混合料黏弹性预测

利用微观力学和逾渗理论预测了沥青混合料的黏弹性能。将沥青混合料看作刚性粗集料颗粒夹杂于黏弹性沥青砂浆基体内的复合材料,在Laplace空间域内利用Mori-Tanaka等效夹杂理论和宏观平均理论,建立了从沥青砂浆黏弹性预报沥青混合料黏弹性的模型。基于逾渗理论修正了模型中的参数,并与静态蠕变试验结果进行了对比。结果发现:粗集料对黏弹性沥青基体性能具有增强作用,沥青混合料黏弹本构方程可以表示为粗集料增强系数与沥青基体黏弹本构方程的乘积形式。微观力学预测的增强系数较试验值偏小,误差分析发现,产生偏差的主要原因是Mori-Tanaka方法考虑集料间相互作用较弱,当粗集料体积分数较大时,预测模型精度下降。通过逾渗理论对粗集料体积分数修正后的结果与试验值较吻合。     

沥青胶浆-集料界面水损机制及评价研究进展

沥青混合料抗水损害能力对沥青路面的使用性能具有重要的影响。作者对沥青胶浆-集料界面体系特征、水温荷耦合作用下沥青胶浆微观结构特征、物理力学性能演变及沥青膜剥落规律、界面损伤的宏微观与定量评价方法和评价指标等方面进行了研究和总结。针对目前国内外研究进展,分析了该领域研究的热点与动态,提出了沥青胶浆-集料界面水损的4个研究方向:1)水作用下沥青与集料界面粘结力损失研究;2)水分在沥青胶浆和沥青混凝土中的渗透特性;3)水作用下沥青-集料界面体系损伤的细观测试与分析;4)水作用下沥青-集料界面粘结失效模型。     

基于浸润参数和表面能理论的沥青与集料黏附性分析

为了解决沥青与集料黏附性缺乏量化评价方法的问题,分别采用光学接触角测量仪、表面张力测试仪和自动压汞仪对沥青与集料的接触角、沥青表面张力和集料的孔隙分别进行了测定,通过试验结果对沥青与集料的浸润参数和表面能参数进行了计算,并据此对沥青与集料的黏附性进行了评价;分析了沥青与集料黏附性的影响因素,并通过测定不同温度下沥青的表面张力,结合理论分析建立了沥青表面张力与温度的关系模型.研究结果表明:可以采用浸润参数和表面能理论对沥青与集料的黏附予以评价;较大的孔隙度和平均孔径有利于集料对沥青的吸附;沥青对集料的浸润深度h越大、浸润时间t越短,有利于产生更好的浸润效果;沥青与集料黏附功和浸润功越大,浸润性越好;沥青与集料间的黏附性与沥青表面张力、沥青与集料接触角以及集料表面特性等因素有关.     

沥青混凝土中粗集料形貌特征分析

为分析沥青混凝土中粗集料形貌特征,了解其对沥青混合料性能的影响.利用工业CT对不同级配沥青混凝土断面进行扫描,用图像处理技术和统计学方法从扫描图像中获取粗集料的形貌参数,分析粗集料级配对形貌参数的影响.结果表明:CT扫描结合图像处理技术可准确获取沥青混凝土中粗集料形貌参数;粗集料颗粒的纵横比AR_1和AR_2和棱角性的累积分布概率服从三参数威博尔分布;轮廓分形维数、纵/横向趋向参数、纵向偏角均值以及面积参数对粗集料级配的变化表现敏感;而纵/横向趋向参数、纵向偏角均值、轮廓分形维数、棱角性和面积参数,能够显著表征4.75 mm粒径集料的通过率变化.     

基于三维随机集料的钢渣沥青混合料微波加热和冷却过程温度模拟

为研究钢渣透水沥青混合料在微波加热和冷却过程中的温度分布以及不同材料之间的传热机理,采用钢渣集料部分替换玄武岩粗集料(4.75～9.50 mm、9.50～13.20 mm),基于三维随机集料构建沥青混合料试件的细观模型,分别模拟了普通玄武岩集料试件(PAC-B)、普通钢渣粗集料试件(PAC-US)及改性钢渣粗集料试件(PAC-MS)3种沥青混合料在连续微波加热和冷却过程的温度分布,并将数值模拟结果与室内试验相互验证。结果表明：无论是加热过程还是冷却过程,沥青砂浆的表面温度分布区域与集料表面温度分布区域均一致,且集料表面的最高温度要大于沥青砂浆的表面最高温度,说明集料吸波能力强于沥青砂浆。在冷却过程中,集料向沥青砂浆传导热量,二者之间温差不断减小。对于同一种试件,集料(2.36～4.75 mm、4.75～9.50 mm、9.50～13.20 mm)粒径在4.75～9.50 mm范围内的体积平均温度最高。加热和冷却过程中,2种钢渣集料试件PAC-US、PAC-MS温度均高于PAC-B。将非均质数值模拟结果与室内试验结果对比,二者吻合度较好,用非均质模型模拟微波加热与冷却过程温度具有可行性。     

Delaunay三角网格的沥青混合料粗集料分布特性

为研究沥青混合料的细微观结构特征,提出粗集料分布特性的量化方法和指标.基于数字图像处理技术对粒径大于2.36 mm的沥青混合料粗集料质心进行delaunay三角剖分,建立三角单元内A1/A2（集料-胶浆面积比）参数表征细观结构局域特征,通过对A1/A2统计特性的描述、分析以及概率形式的统计推断,得到粗集料整体分布特性的量化与分析结果.研究表明,不同级配之间粗集料的总量及级配各档位质量分布的差异性将显著影响细观结构特征,如沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、开级配抗滑磨耗层混合料（OGFC）和高性能路面沥青混合料（SUP） 3种级配粗集料的平均紧密程度呈递减趋势.此外,给出A1/A2参数的集中趋势指标和偏态指标,并在此基础上提出非参数检验方法对沥青混合料细观结构进行对比,评判多种级配细观结构的嵌挤紧密特征的异同,认为SMA和OGFC的细观嵌挤特征类似,而SUP和SMA以及OGFC相比细观结构更趋于分散.     

Evaluation indices of interaction ability of asphalt and aggregate based on rheological characteristics

In order to find a parameter as the evaluation index that can capture the effect of the interaction between asphalt and aggregate, the rheological properties of asphalt mastics using two kinds of asphalts and four kinds of aggregates under different filler-asphalt ratios were measured by a dynamic shear rheometer (DSR). Moreover, four rheological parameters of K.Ziegel-B, Luis Ibrarra-A, complex shear modulus ΔG*and complex viscosity Δη* for evaluating the interaction ability were studied. Results indicate that all the four parameters can characterize the interaction ability of asphalt and aggregate correctly and feasibly. Through the comparison of sensitivities and physical meanings of the four parameters, K.Ziegel-B with high sensitivity and exact physical meaning is finally selected as the evaluation index for interaction ability of asphalt and aggregate.     

基于流变学方法的沥青中高温性能及胶浆抗剪强度研究

为了探究不同改性剂对基质沥青各项性能指标的改性效果,选取三种不同的改性沥青,SBS改性沥青、TPE改性沥青和高黏高弹改性沥青,进行室内试验研究对比。通过改性沥青胶浆锥入度试验、PG高温分级试验、温度扫描试验和MSCR试验,从抗剪强度、中高温性能、抗永久变形及变形恢复等方面系统地评估三种改性沥青的路用效果。研究结果表明:改性沥青及胶浆的制备,需要将制备时间、剪切速率、温度等参数严格控制在合理的范围之内,保证材料满足要求;各种沥青胶浆抗剪强度与温度呈现良好的相关性,并且各个回归方程的相关系数R²非常高,TPE改性沥青胶浆有着较高的抗剪强度;三种改性沥青流变试验显示,TPE改性沥青的中高温抗变性能力和高温蠕变恢复能力最佳,高黏高弹改性沥青次之,SBS改性沥青低于前两种沥青。     

水工沥青产品的研制与工程应用

分别利用进口原油和国产原油,采用调和-轻度氧化和轻度氧化的工艺,通过考察原料的针入度、氧化温度、空气流速、氧化时间对水工沥青产品性能的影响,确定了最佳工艺条件。开发出了具有很好的高、低温性能和抗老化性能,可用于水利工程建筑的高质量水工沥青产品。进口油水工沥青和国产油水工沥青混合料的渗透系数分别为1.14×10-9cm/s和2.35×10-9cm/s,老化后马歇尔稳定度分别增加了14.80%和14.28%,老化后马歇尔流值(60℃)分别降低了18.10%和6.19%,水稳定系数分别为0.874和0.969,小梁弯曲挠跨比(16.4℃)分别为大于5.4%和3.7%,说明沥青混合料具有较好的抗弯曲能力、耐老化性能、水稳定性和抗渗透能力,是性能优异的水工沥青。     

基于改进内聚力模型的沥青超薄罩面层间失效行为分析

为了准确预测沥青超薄罩面层间失效行为,在考虑层间黏结应力与摩擦效果耦合作用的基础上,引入改进内聚力模型表征界面接触特性,基于沥青超薄罩面直剪试验进行数值模拟,描述沥青超薄罩面层间失效行为演化特征,通过直剪试验验证改进内聚力模型的可靠性. 研究结果表明：层间黏结应力和层间摩擦系数由摩尔?库伦理论拟合直剪试验结果得到;沥青超薄罩面界面的切应力与剪切位移的关系分为切应力应变弹性强化、切应力应变软化及残余应力应变阶段;选择临界断裂能作为评价沥青超薄罩面层间失效行为的指标,该指标的数值随正向应力的增大而增加;数值模拟结果与试验结果一致度较高,验证了使用改进内聚力模型进行沥青超薄罩面层间剪切破坏行为研究的可行性.     

Road performances of mesoporous nano-silica modified asphalt binders

The objective of this paper was to find new modifier to improve the aging resistance and low temperature cracking resistance of asphalt. To investigate the aging resistance of modified asphalt binders, mesoporous nano-silica(doping Ti~(4+)) was used as a asphalt modifier. Some physical properties including penetration, ductility, and softening point of asphalt were analyzed with RTFO(Rotating thin film oven) aging and ultraviolet aging. Moreover, the performances of high and low temperature of modified asphalt binders with pressure aging were tested by dynamic shear rheometer(DSR) test and bending beam rheometer(BBR) test. These results showed that the penetration decreased, low temperature ductility, and softening point increased when adding mesoporous nano-silica to base asphalt. After ultraviolet radiation aging, the penetration loss and ductility loss of modified asphalt decreased than that of original asphalt, the increase of softening point was also significantly reduced than that of base asphalt. Furthermore, The test results of DSR and BBR showed that the G*sinδ and creep modulus‘s' of pressure aged asphalt decreased, but the creep rate ‘m' increased. It can be concluded that the aging resistance and cracking resistance of modified asphalt are improved by adding mesoporous nano-silica, especially the doping of Ti~(4+) could improve the aging resistance obviously.     

花岗岩矿料与沥青交互作用能力的研究

为了找出影响花岗岩沥青混合料水稳定性的主要因素,使花岗岩大规模应用于沥青路面,本文采用动态剪切流变仪(DSR),对不同花岗岩石粉、不同粉胶比条件下的沥青胶浆进行流变性能的研究,以此分析不同花岗岩与沥青交互作用能力.研究发现不同沥青与石粉产生的交互作用能力有所不同.因此,应用花岗岩时在材料选择方面应该注意与花岗岩的"配伍性"问题.通过冻融劈裂试验检验沥青混合料水稳定性与沥青和石粉交互作用能力之间的关系,发现花岗岩沥青胶浆的流变学性质与花岗岩沥青混合料水稳定性之间存在良好的对应关系.     

高温高湿盐环境下SBS改性沥青胶浆的高温性能

基于自行设计的室内盐蚀干湿循环试验,采用动态剪切流变仪,对SBS改性沥青胶浆进行温度扫描试验和多重应力重复蠕变恢复(MSCR)试验. 以3.2 kPa应力下的不可恢复蠕变柔量J_nr,3.2为胶浆高温流变性能评价指标,分析试验环境和干湿循环耦合作用对胶浆流变性能的影响. 采用灰色关联理论,探究J_nr,3.2与常规流变参数、干湿循环次数及试验环境之间的关联性. 结果表明,随着盐蚀干湿循环次数的增加,胶浆的复数切变模量、车辙因子及J_nr,3.2均呈增大趋势,相位角和蠕变恢复率呈减小趋势. 在同种试验条件下,硫酸盐环境对胶浆高温性能的影响最大. J_nr,3.2与改进型车辙因子、试验环境的灰色关联度最大,关联度系数均大于0.93. 建议采用日常清扫、定期洒水冲洗的方式来减小路面盐分的积累,提高高温高湿环境中沥青路面的抵抗变形的能力.     

Effects of Fibre Additive on the High Temperature Property of Asphalt Binder

Polyester fibre and floc xylogen fibre were used to prepare fibre-asphalt binder. An SHRP＇ s dynamic shear rheometer （DSR） was employed to inwtigate the rheology characteristics of fibre-asphalt binder, and the flow resistance of binder was revealed by combining the rutting parameter, G＂ / sinδ . The results indicate that both kinds of fibres remarkably improved the high temperature performance of asphalt binder. At the same time, the reinforcement mechanism of the fibres in the asphalt binder was also analyzed.     

基于高温和粘结性能的橡胶沥青胶浆性能研究

为了掌握橡胶沥青混合料的本质特性,采用锥入度试验和拉拔试验,研究了胶粉掺量和矿粉掺量对橡胶沥青胶浆抗剪强度和粘结强度的影响规律,发现胶粉对橡胶沥青胶浆粘结强度的影响大于矿粉,而对其剪切强度的影响不及矿粉。在此基础上,根据两者的交互作用提出了胶浆中胶粉和矿粉掺量的比例系数r∶f,进一步分析了r∶f对橡胶沥青胶浆高温性能、粘结性能的影响规律,推荐r∶f一般不宜小于0.4,且粉油比不宜过小或过大,胶粉内掺掺量范围宜为15%～21%。     

基于室内环境模拟的再生沥青混合料老化影响因素

为了解决不同环境因素对路面工程中未经压实的再生沥青混合料(recycled asphalt mixture,RAP)老化程度影响的问题,以松散的再生沥青混合料为研究对象,利用特制的室内模拟老化试验装置,通过控制温度、湿度、老化时间、氧气浓度等因素,对新制备密级配沥青混合料AC-13进行特定环境条件下模拟老化试验.结果表明:松散RAP混合料的老化程度随试验温度升高而增加,随空气湿度增加和氧气浓度下降而降低;不同试验温度下,沥青老化的成长速度和试验终值均不相同,表明老化过程中的化学反应因温度不同而有所差异;在通入纯氮气的试验中,沥青没有发生任何老化作用,表明沥青的老化只受氧化作用影响;环球法测软化点的试验结果对温度变化较为敏感,动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer,DSR)测定的动态复数剪切模量在表征沥青老化程度时存在一定迟滞效应;老化后沥青混合料低温性能出现衰减,主要原因是沥青长期老化作用导致.