交通運(yùn)輸工程

摻外加劑瀝青砂漿的力學(xué)性能

牛冬瑜，韓森，李星，等

摘要：目的：傳統(tǒng)瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是一種局限于現(xiàn)象學(xué)的經(jīng)驗(yàn)方法，以大量室內(nèi)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)瀝青混合料宏觀指標(biāo)（如空隙率、瀝青含量等）和路用性能指標(biāo)（如動(dòng)穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比等）進(jìn)行對(duì)比分析，并將宏觀指標(biāo)作為瀝青混合料設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。然而長(zhǎng)期實(shí)際工程應(yīng)用表明，基于經(jīng)驗(yàn)法的瀝青混合料及瀝青路面設(shè)計(jì)方法存在各方面問題。由于超載、交通量大幅增加、嚴(yán)酷環(huán)境等原因，瀝青路面的實(shí)際受荷載作用的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了經(jīng)驗(yàn)法模型的預(yù)測(cè)限度，經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)采用的宏觀指標(biāo)與實(shí)際路用性能存在差異，即使瀝青混合料的宏觀指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，瀝青路面仍可能出現(xiàn)過多早期病害，甚至嚴(yán)重的早期破壞，因此，本文的目的是為了提高我國(guó)瀝青路面服務(wù)水平，促進(jìn)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法由經(jīng)驗(yàn)法向以力學(xué)方法為基礎(chǔ)的精確性轉(zhuǎn)變，其具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。方法：應(yīng)用壓縮試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析了常規(guī)條件與凍融條件下，70#瀝青、90#瀝青、橡膠瀝青及其摻外加劑砂漿的應(yīng)力響應(yīng)規(guī)律、強(qiáng)度損失指數(shù)及影響砂漿力學(xué)性能的物理化學(xué)原因；并基于能量轉(zhuǎn)化原理及能量指標(biāo)，分析了壓縮過程中六種瀝青砂漿的破壞本質(zhì)及力學(xué)耐久性能。結(jié)果：結(jié)果表明：常規(guī)條件下，加入外加劑的橡膠瀝青砂漿、70#瀝青砂漿及90#瀝青砂漿的最大應(yīng)力峰值分別為1.345 MPa、1.218 MPa及1.186 MPa，分別為對(duì)應(yīng)未摻外加劑砂漿的112%、118%及130%。而其加入外加劑砂漿的能量釋放系數(shù)的增量值分別為0.152 MPa－1·J－1、0.067 MPa－1·J－1、0.054 MPa－1·J－1，分別為對(duì)應(yīng)未摻外加劑砂漿的68.8%、78.8%及41.9%，加入外加劑的砂漿能夠提高其抗壓強(qiáng)度，改善其力學(xué)耐久性能；凍融條件下，加入外加劑的橡膠瀝青砂漿、70#瀝青砂漿及90#瀝青砂漿的最大應(yīng)力峰值分別為1.311 MPa、1.170 MPa及1.083 MPa，分別為對(duì)應(yīng)未摻外加劑砂漿的122%、111%及 106%。而其加入外加劑砂漿的能量釋放系數(shù)的增量值分別為 0.221 MPa－1·J－1、0.070 MPa－1·J－1、0.073 MPa－1·J－1，分別為對(duì)應(yīng)未摻外加劑砂漿的 61.7%、72.9%、65.2%，使用了外加劑的砂漿能夠改善其水穩(wěn)定性，減少凍融損傷，確保凍融后砂漿的力學(xué)耐久性能。結(jié)論：論文研究成果包括兩個(gè)方面：（1）基于砂漿壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)與能量轉(zhuǎn)化原理，提出了反映其壓縮過程中破壞本質(zhì)的彈性能指標(biāo)及可反映不同瀝青基材料砂漿力學(xué)耐久性能的強(qiáng)度損失指數(shù)與能量釋放系數(shù)；（2）加入外加劑的砂漿，不僅能夠提高砂漿的強(qiáng)度，增強(qiáng)其力學(xué)耐久性能，而且改善砂漿的水穩(wěn)定性，減少凍融損傷，確保凍融條件下砂漿的力學(xué)耐久性能。該研究成果可改善瀝青路面的長(zhǎng)期使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命，提高表面層功能性作用，保證行車的安全、快捷、舒適，減少養(yǎng)護(hù)對(duì)交通的影響。這將為我國(guó)革新瀝青路面材料性能奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為更加科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)選擇材料和設(shè)計(jì)面層結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持。

來源出版物：交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2016, 16(3): 8-16

入選年份：2016

施工關(guān)鍵因素對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土路用性能的影響

薛永超，錢振東

摘要：目的：環(huán)氧瀝青混凝土作為一種施工敏感性高的熱固性材料，環(huán)氧瀝青中各組分的質(zhì)量比、油石比、集料級(jí)配、混凝土成型時(shí)間、混凝土成型溫度及壓實(shí)功等施工中容易出現(xiàn)偏差的關(guān)鍵因素，對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土的路用性能影響較大，相對(duì)于普通瀝青混凝土，環(huán)氧瀝青混凝土對(duì)施工控制體系的要求更高。文章在室內(nèi)進(jìn)行多指標(biāo)正交試驗(yàn)，并使用改進(jìn)灰色局勢(shì)決策、極差及方差分形方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，研究施工過程中各關(guān)鍵因素的變化對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土路用性能的影響程度，以期確定環(huán)氧瀝青混凝土施工中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制方法，從而對(duì)施工工藝提出改進(jìn)措施。方法：通過模擬環(huán)氧瀝青混凝土施工過程中關(guān)鍵因素的變化，在室內(nèi)進(jìn)行多指標(biāo)正交試驗(yàn)，關(guān)鍵因素主要包括環(huán)氧瀝青中A、B組分質(zhì)量比（A組分為環(huán)氧樹脂，B組分為石油瀝青與固化劑組成的勻質(zhì)合成物）、油石比、集料級(jí)配、混凝土成型時(shí)間、混凝土成型溫度與壓實(shí)功，多指標(biāo)主要包括：高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞性、滲水性、抗滑性與水穩(wěn)定性，利用改進(jìn)灰色局勢(shì)決策計(jì)算正交試驗(yàn)中每種局勢(shì)的路用性能與最優(yōu)局勢(shì)的灰色綜合關(guān)聯(lián)度，并通過SPSS軟件進(jìn)行極差與方差分析。結(jié)果：分析結(jié)果表明：局勢(shì)4的灰色綜合關(guān)聯(lián)度為 0.9437，與局勢(shì) 3的灰色綜合關(guān)聯(lián)度相差 0.0811，較大的差值說明不同的局勢(shì)與最優(yōu)局勢(shì)的聯(lián)系緊密程度相差較大，根據(jù)各局勢(shì)的灰色綜合關(guān)聯(lián)度排序得出18種制作試件方案的優(yōu)劣排序；成型時(shí)間的極差為2.857，集料級(jí)配的極差為1.555，兩者相差1.302，說明不同的關(guān)鍵因素對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土路用性能的影響程度不同，根據(jù)各關(guān)鍵因素的極差大小得出6個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土路用性能的影響程度由大到小依次為成型時(shí)間、油石比、A、B組分質(zhì)量比、壓實(shí)功、成型溫度與集料級(jí)配；比較每個(gè)關(guān)鍵因素的各水平的灰色綜合關(guān)聯(lián)度均值，可以得出最佳的施工方案為A、B組分質(zhì)量比取1∶2.9，油石比取6.5%，集料級(jí)配取2.36 mm篩孔通過率設(shè)計(jì)中值，成型時(shí)間取 55 min，成型溫度取120℃，壓實(shí)功取輪碾24次；方差分析中各關(guān)鍵因素的F檢驗(yàn)值均大于臨界值 19，具有良好的顯著性。結(jié)論：采用改進(jìn)灰色局勢(shì)決策可以有效評(píng)估不同施工方案下環(huán)氧瀝青混凝土路用性能，并可以結(jié)合極差分析確定施工過程中各關(guān)鍵因素對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土路用性能的影響程度與最佳的施工方案。

來源出版物：交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2016, 16(3): 17-27

入選年份：2016