六盘山地区沥青结合料气候适应性研究

为了给六盘山地区筑路施工选择合适的沥青品种和标号,在搜集、分析六盘山地区气象资料的基础上,借鉴美国SHRP沥青PG分级方法,采用SHRP公式将气温转换为位于路表以下20mm深处的平均最高温度作为高温设计温度;低温设计温度则采用路表温度,并根据六盘山地区的具体情况进行修正,然后提出了六盘山地区沥青路面气候分区、沥青路用性能PG分级及合理选择的沥青品种和标号,旨在为六盘山地区修筑沥青路面提供一定的技术支持．     

超硬质沥青改性结合料流变性能分析

为研究超硬质沥青(super hard asphalt,SHA)对超硬质沥青结合料的高、低温流变的影响效果,采用SHA作为改性剂对AH-90道路石油沥青进行改性,制备了不同质量分数（5%、6%、7%和8%）的SHA改性结合料,并进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验及小梁弯曲蠕变试验. 试验结果表明:其适用于时温等效原理;SHA的掺入会有效提高沥青结合料的车辙因子G^*/sin δ,沥青混合料的高温性能得到明显改善;随着SHA掺量的增加,沥青结合料的平均应变恢复率R逐渐升高,不可恢复蠕变柔量J_nr逐渐降低,掺加SHA有利于提高沥青结合料高温抗变形能力与变形恢复能力;随着SHA的掺入,沥青结合料的蠕变劲度S与蠕变劲度变化率m变化幅度不大,对沥青结合料的低温抗裂性能影响不大. SHA改性沥青结合料高温抗车辙性能优异,低温性能相对于基质沥青PG分级保持不变.     

沥青结合料疲劳失效定义与失效准则

为了更好地理解沥青结合料的疲劳失效特性,以黏弹连续介质损伤力学为分析手段,通过加速疲劳试验和传统时间扫描疲劳试验系统研究了基质沥青和改性沥青在不同加载条件下的疲劳失效行为.研究发现,基于虚应变能理论提出的将最大存储虚应变能指标作为沥青加速疲劳试验中的疲劳失效新定义,与现象学指标相位角峰值有着很好的等效性,并和时间扫描试验中的疲劳失效定义保持了一致,进而依据疲劳失效定义建立了虚应变能释放率和材料疲劳寿命之间的特性关系准则.该特性准则与试验方法和加载条件无关,可作为统一的疲劳失效准则运用于沥青结合料的疲劳性能预测.     

超薄磨耗层沥青混合料使用性能试验研究

通过试验比较了密级配AC-13C、半开级配Novachip Type C、开级配OGFC-13这3种磨耗层的抗滑、渗水、构造深度等使用性能。以SBS改性乳化沥青及改性乳化沥青NovabondTM为粘层材料,AC-13C、Novachip Type C、OGFC-13作为磨耗层,AC-20C为中面层,制作10cm复合型车辙试件,采用路面结构层材料剪切试验仪对试件进行直剪试验,分析了粘层种类、用量、磨耗层类型对层间抗剪强度的影响。结果显示,不同面层类型存在粘层油最佳撒布量,此时层间抗剪强度达到最大。对同一种面层类型,改性乳化沥青NovabondTM较SBS改性乳化沥青粘结能力要好。在相同粘层油的最佳撒布量下,不同路面结构抗剪能力依次是Novachip Type C>AC-13C>OGFC-13。     

塔河油SBS 改性道路沥青的使用性能

针对沥青质含量较高的塔河原油, 采用适当的改性工艺并加入适当的稳定剂, 很好地解决了SBS 与基质沥青的相容性及稳定性问题, 开发出了符合JTG F40 -2004 技术要求的SBS 改性道路沥青。对所研制的SBS改性沥青采用常规及SHRP 方法进行了测试, 并与其它原油改性沥青作了比较。结果表明, 采用常规方法评价时, 塔河油SBS改性道路沥青其针入度指数大于1 , 粘弹区域达93 .06 ℃ , 当量软化点和当量脆点分别达到58 .08 ℃和-34 .98 ℃, 具有非常小的温度敏感性, 较宽的粘弹区间以及优良的高、低温性能。适用于更宽的使用温度范围。采用SHRP 方法评价时, 其性能等级达到了PG76 -34 , 而作为与其比较的其它两种改性沥青的性能等级为PG70-28,同样说明塔河油SBS 改性沥青具有突出的使用性能。     

降水对沥青结合料组分影响的化学机制分析

采用人工模拟周期浸泡法进行降水对沥青结合料化学影响的试验模拟,结合试验现象,通过沥青中不同组分与水的物理化学和化学作用分析沥青路面水损害中降水对沥青的软化作用.发现水对沥青组分的影响体现在几个方面:沥青中的强极性组分羧酸类和酚类等含氧化合物遇水会发生溶解和电离;亚砜类则可直接与水发生化学反应而提高介质酸性;沥青酸与集料中的碱金属氧化物和盐类反应生成的低价高级有机酸盐属低价皂类化合物,在有水存在的条件下会充当乳化剂,具有增溶作用;水中含有氢离子时,氢离子会与不溶于水的二价和其他高价有机酸盐类物质反应,置换其中的金属离子,生成新的沥青酸,这些酸类又会与低价碱金属化合物反应,生成加剧增溶作用的乳化剂.沥青与矿料之间的粘附是以沥青和矿料中的化学成分为物质基础的,沥青中存在有较多的极性物质时能良好地润湿矿料,水分使沥青变软、粘附性降低的作用与沥青组分在水作用下的变化有关.     

回收料掺量对温拌再生沥青混合料性能的影响

为了解决沥青路面回收料（reclaimed asphalt pavement,RAP）在级配碎石中应用的问题,研究了RAP对骨架密实型级配碎石性能的影响.在室温（22℃）条件下,采用UTM-100对纯碎石及掺加RAP的骨架密实型级配碎石进行了动态模量、抗剪强度和永久变形对比试验.依据试验结果,分析了RAP对级配碎石性能的影响.研究表明,掺加RAP后,骨架密实型级配碎石动态回弹模量显著增大,平均增幅9.3%,模量增幅受围压和偏压围压比不同程度的影响,其中偏压围压比的影响较围压更为显著.抗剪强度有所减小,且应力软化阶段应力下降速率较慢.在发生剪切破坏时,与不掺加RAP的级配碎石具有相似的剪胀特征.轴向永久变形随RAP的加入显著增大,表明抵抗永久变形能力有所下降.

     

基于神经网络的沥青混凝土路面使用性能预测

阐述了应用BP神经网络进行沥青混凝土路面使用性能预测的可行性，以环境因素，即交通量、降雨量、温度等3个直接使路面性能发生变化的主要因素作为BP神经网络的输入层，以沥青混凝土路面的破损率、平整度、弯沉值、摩擦系数等4项性能指标作为输出层，采用MATLAB语言中的BP神经网络模块进行自学习，得出环境因素与路面使用性能之间的关系。研究了基于神经网络的沥青混凝土路面使用性能预测模型的分析和计算方法，通过实例验证了该方法的实用性。     

沥青混合料回收料变异性

为了控制沥青混合料回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的变异性,保证再生沥青混合料的性能,通过现场取料,测试了不同来源RAP的矿料级配、沥青含量和沥青性能,分析了各项指标的变化规律和差异性;结合普通热拌沥青混合料质量控制要求,提出了厂拌热再生沥青混合料RAP最大添加比例控制模型;分析了RAP中油石比与粒径的分布特性;最后建立了混合沥青针入度波动范围模型.结果表明:RAP的矿料级配、油石比和沥青性能变异性均较大;计算得到的RAP最大添加比例能有效保证再生混合料矿料级配和油石比的质量要求;RAP中的油石比与粒径呈指数分布,粒径越小,油石比越大;混合沥青的针入度波动范围与旧沥青的油石比和针入度密切相关,且RAP添加比例越大,波动范围越大.     

微观尺度下生物再生剂?沥青的融合扩散特性

运用分子动力学方法构建生物再生剂?沥青模型,通过微观模拟探究再生剂?沥青的融合扩散行为. 首先采用FTIR试验结合SARA模型确定老化前后的12种沥青分子结构,选用动物废弃物生物再生剂的主要成分类固醇和羧酸,建立沥青?再生剂的扩散体系分子动力学模型. 采用密度、相容性指标验证分子动力学模型的可靠性,分析不同温度、老化状态下生物再生剂在基质沥青与老化沥青中的融合扩散行为. 结果表明:生物再生剂在老化沥青中的扩散系数高于在基质沥青中的扩散系数;在相同温度下类固醇的扩散性能优于羧酸;两种生物再生剂的扩散系数随着温度升高而升高,高温条件下体系动能更大,使体系分子更容易摆脱分子力的约束.     

再生沥青混合料试验研究

选取公路路面改造的废旧沥青混合料,通过破碎、筛分旧路材料,掺加到新沥青混合料中去。对再生沥青混合料进行配合比设计和再生试验,确定合适的再生剂含量和最佳油石比,最后对配合比进行检验,证实再生沥青混合料性能指标满足规范要求,具备路用性能。     

再生沥青胶体状态的研究

沥青的理化性质及使用性质不仅与沥青质、可溶质的相对质量分数或化学组成有关 ,而且在很大程度上决定于沥青质在可溶质中所形成胶体溶液的状态。采用针入度指数法与胶体不稳定指数法从不同角度评价了几种沥青再生后的胶体状态 ,同时考察了它们的感温性能与抗老化性能。结果表明 :沈大、沈铁再生后的沥青属于溶胶 -凝胶型沥青 ;北环、沈本、沈本全层 3种沥青再生后属于纯粘性的溶胶型沥青。 5种再生沥青胶体稳定顺序为 :沈铁 >沈大 >北环 >沈本全层 >沈本     

基于多应力蠕变回复试验的沥青结合料高温性能评价

为了更好地评价沥青结合料的高温路用性能, 基于动态剪切流变仪(DSR)的应用, 选用基质沥青和SBS改性沥青, 在通过震荡试验确定沥青PG高温等级的基础上, 采用多应力蠕变回复(MSCR)试验对比分析和评价了沥青结合料的高温抗车辙性能.结果表明, 现有规范中的震荡试验得到的车辙因子指标G^*/sinδ可以很好地评价基质沥青的高温性能(不适用于改性沥青);而MSCR试验得到的回复率R能很好地表征改性沥青的延迟弹性, 蠕变柔量J_nr则可以考虑取代车辙因子作为沥青结合料高温性能评价的新指标.此外, SBS改性沥青的应力敏感性问题比基质沥青更为显著.     

路用生物沥青研究进展

生物沥青是将由生物质快速热裂解制备提炼的生物质重油与石油沥青在一定条件下相溶合或者将生物质重油在一定条件下掺加其他外掺剂,制备而成的结合物。介绍比较了现有生物质重油炼制方法及生物沥青的制备工艺,对比分析了不同类型生物沥青结合料的性能表征及性状特点,指出了生物沥青化学改性机制的研究手段,阐述了生物沥青结合料与混合料研究过程中发现的问题及其成因,并对其下一步研究方向进行了展望。现有研究表明,生物沥青的高温性能较弱,其改性机制的定量评价仍不够全面系统。可以通过掺入聚合物、多聚磷酸、纳米粘土等外掺剂改善生物沥青的高温性能,基于数字图像方法的材料微观形态特征分析可为生物沥青化学改性机制的研究提供新的途径。     

生物沥青的研究进展

为研究生物沥青用作沥青再生剂的可能性,选用蓖麻油生物沥青为再生剂制备再生沥青,并通过试验研究了旋转薄膜烘箱(rolling thin film oven,RTFO)老化前后该种生物沥青掺量对再生沥青相关技术指标的影响.结果表明：随着生物沥青掺量的增加,再生沥青针入度增大,软化点降低,30%掺量的生物沥青可将老化沥青的针入度恢复到原样沥青水平.然而,生物沥青对延度的改善较差.此外,再生沥青135℃黏度、当量软化点和当量脆点降低,针入度指数PI和塑性温度范围逐渐增大,RTFO老化后残留针入度比减小,软化点增量、黏度老化指数逐渐增大.生物沥青的加入改善了再生沥青的感温性能和低温性能,对高温性能表现出不利影响.随着生物沥青掺量的增加,再生沥青抗老化性能逐渐减弱,但在30%掺量范围内,生物沥青再生沥青的抗老化性能仍不低于原样沥青水平.

     

道路沥青老化后组成与使用性能关系的研究

采用正庚烷溶剂沉淀和 1%H2 O -Al2 O3 吸附色谱法将沥青分成饱和分、芳香分、胶质和沥青质 4个组分。通过对沥青老化后组成与使用性能的考察 ,得出了二者的变化关系。沥青老化时 ,饱和分减少且几乎不变 ,芳香分和胶质减少 ,沥青质明显增加 ,主要变化的组分是胶质和沥青质 ;同时 ,软化点近似呈线性形式上升 ,针入度近似呈指数形式下降 ,延度降低。沥青质含量高的沥青 ,软化点高 ,针入度小 ,延度低 ;胶质使沥青具有良好的塑性和粘附性 ,并提高延度 ;饱和烃和芳香烃影响沥青的低温延度和粘结性。可为高等级道路沥青分析、生产及其它工艺提供依据     

道路沥青老化后组成与使用性能关系的研究

采用正庚熔剂沉淀和1％H2O－AlO3吸附色谱法将沥青分成饱和分、芳香分、胶质和沥青质4个组分。通过对沥青老化后组成与使用性能的考察，得出了二者的变化关系。沥青老化时，饱和分减少且几乎不变，芳香分和胶质减少，沥青质明显增加，主要变化的组分是胶质和沥青质；同时，软化点近似呈线性形式上升，针入度近似呈指数形式下降，延度降低。沥青质含量高的沥青，软化点高，针入度小，延度低；胶质使沥青具有良好的塑性和粘附性，并提高延度；饱和烃和芳香烃影响沥青的低温延度和粘结性。可为高等级道路沥青分析、生产及其它工艺提供依据。     

再生剂对再生沥青感温性的影响

通过3种再生剂对老化沥青进行再生实验,用针入度指数和粘温指数对再生沥青感温性进行评价并讨论再生剂的影响规律。实验结果表明,再生沥青在低温和中高温区的感温性均好于原料沥青,其中再生剂C再生的再生沥青感温性较好;3种再生剂对再生沥青中温区的感温性影响无明显规律,再生剂增加了老化沥青的感温性;再生剂A对再生沥青的高温区感温性有所降低,而再生剂B和C则略有增加。结合再生剂组分分析数据得出饱和分能降低沥青的高温区感温性,而芳香分则增加沥青的高温区感温性。     

基于改性乳化沥青-水泥双胶结料的半柔性再生混合料性能研究

首先采用干燥条件和浸水条件下的劈裂试验研究了水泥加料顺序对半柔性再生混合料性能的影响,在此基础上提出击实试验法与修正的马歇尔试验法相结合,并基于性能评价的混合料配合比设计程序,包括材料选择、级配设计及性能评价。研究结果表明：先添加水泥的半柔性再生混合料具有密实的整体结构,且抗水损坏能力较强;半柔性再生混合料具有良好的高温抗车辙能力、低温抗开裂能力、抗水损害能力以及抗收缩能力。结合依托工程发现,基于改性乳化沥青-水泥双胶结料的半柔性再生技术是一种经济有效的路面大中修养护方式,有着良好的经济效益、社会效益和环境效益,具有重要的推广应用价值。     

植物油再生沥青的性能研究

为了解决矿物油再生技术再生率低、成本高等诸多问题,采用处理过的“地沟油”代替矿物油制备植物油基再生剂对老化沥青进行再生,并通过试验测试了老化沥青再生前后各项性能指标,确定了植物油沥青再生剂的最佳掺量,为再生沥青路面材料设计提供依据。性能试验结果表明：植物油基再生剂不仅可以有效降低老化沥青的黏度,也有利于改善沥青的低温性能,同时有效解决“地沟油”科学利用问题,并显著降低废旧沥青再生成本。