交通运输工程

掺外加剂沥青砂浆的力学性能

牛冬瑜，韩森，李星，等

摘要：目的：传统沥青混合料设计方法是一种局限于现象学的经验方法，以大量室内试验为基础，对沥青混合料宏观指标（如空隙率、沥青含量等）和路用性能指标（如动稳定度、冻融劈裂强度比等）进行对比分析，并将宏观指标作为沥青混合料设计的主要依据。然而长期实际工程应用表明，基于经验法的沥青混合料及沥青路面设计方法存在各方面问题。由于超载、交通量大幅增加、严酷环境等原因，沥青路面的实际受荷载作用的复杂程度远远超过了经验法模型的预测限度，经验法设计采用的宏观指标与实际路用性能存在差异，即使沥青混合料的宏观指标满足设计要求，沥青路面仍可能出现过多早期病害，甚至严重的早期破坏，因此，本文的目的是为了提高我国沥青路面服务水平，促进我国沥青路面设计方法由经验法向以力学方法为基础的精确性转变，其具有重大学术价值与社会经济效益。方法：应用压缩试验应力-应变数据，分析了常规条件与冻融条件下，70#沥青、90#沥青、橡胶沥青及其掺外加剂砂浆的应力响应规律、强度损失指数及影响砂浆力学性能的物理化学原因；并基于能量转化原理及能量指标，分析了压缩过程中六种沥青砂浆的破坏本质及力学耐久性能。结果：结果表明：常规条件下，加入外加剂的橡胶沥青砂浆、70#沥青砂浆及90#沥青砂浆的最大应力峰值分别为1.345 MPa、1.218 MPa及1.186 MPa，分别为对应未掺外加剂砂浆的112%、118%及130%。而其加入外加剂砂浆的能量释放系数的增量值分别为0.152 MPa－1·J－1、0.067 MPa－1·J－1、0.054 MPa－1·J－1，分别为对应未掺外加剂砂浆的68.8%、78.8%及41.9%，加入外加剂的砂浆能够提高其抗压强度，改善其力学耐久性能；冻融条件下，加入外加剂的橡胶沥青砂浆、70#沥青砂浆及90#沥青砂浆的最大应力峰值分别为1.311 MPa、1.170 MPa及1.083 MPa，分别为对应未掺外加剂砂浆的122%、111%及 106%。而其加入外加剂砂浆的能量释放系数的增量值分别为 0.221 MPa－1·J－1、0.070 MPa－1·J－1、0.073 MPa－1·J－1，分别为对应未掺外加剂砂浆的 61.7%、72.9%、65.2%，使用了外加剂的砂浆能够改善其水稳定性，减少冻融损伤，确保冻融后砂浆的力学耐久性能。结论：论文研究成果包括两个方面：（1）基于砂浆压缩试验的应力-应变数据与能量转化原理，提出了反映其压缩过程中破坏本质的弹性能指标及可反映不同沥青基材料砂浆力学耐久性能的强度损失指数与能量释放系数；（2）加入外加剂的砂浆，不仅能够提高砂浆的强度，增强其力学耐久性能，而且改善砂浆的水稳定性，减少冻融损伤，确保冻融条件下砂浆的力学耐久性能。该研究成果可改善沥青路面的长期使用性能，延长其使用寿命，提高表面层功能性作用，保证行车的安全、快捷、舒适，减少养护对交通的影响。这将为我国革新沥青路面材料性能奠定基础，同时为更加科学、合理、经济选择材料和设计面层结构提供技术支持。

来源出版物：交通运输工程学报, 2016, 16(3): 8-16

入选年份：2016

施工关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响

薛永超，钱振东

摘要：目的：环氧沥青混凝土作为一种施工敏感性高的热固性材料，环氧沥青中各组分的质量比、油石比、集料级配、混凝土成型时间、混凝土成型温度及压实功等施工中容易出现偏差的关键因素，对环氧沥青混凝土的路用性能影响较大，相对于普通沥青混凝土，环氧沥青混凝土对施工控制体系的要求更高。文章在室内进行多指标正交试验，并使用改进灰色局势决策、极差及方差分形方法对试验结果进行分析，研究施工过程中各关键因素的变化对环氧沥青混凝土路用性能的影响程度，以期确定环氧沥青混凝土施工中各关键环节的控制方法，从而对施工工艺提出改进措施。方法：通过模拟环氧沥青混凝土施工过程中关键因素的变化，在室内进行多指标正交试验，关键因素主要包括环氧沥青中A、B组分质量比（A组分为环氧树脂，B组分为石油沥青与固化剂组成的匀质合成物）、油石比、集料级配、混凝土成型时间、混凝土成型温度与压实功，多指标主要包括：高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、渗水性、抗滑性与水稳定性，利用改进灰色局势决策计算正交试验中每种局势的路用性能与最优局势的灰色综合关联度，并通过SPSS软件进行极差与方差分析。结果：分析结果表明：局势4的灰色综合关联度为 0.9437，与局势 3的灰色综合关联度相差 0.0811，较大的差值说明不同的局势与最优局势的联系紧密程度相差较大，根据各局势的灰色综合关联度排序得出18种制作试件方案的优劣排序；成型时间的极差为2.857，集料级配的极差为1.555，两者相差1.302，说明不同的关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响程度不同，根据各关键因素的极差大小得出6个关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响程度由大到小依次为成型时间、油石比、A、B组分质量比、压实功、成型温度与集料级配；比较每个关键因素的各水平的灰色综合关联度均值，可以得出最佳的施工方案为A、B组分质量比取1∶2.9，油石比取6.5%，集料级配取2.36 mm筛孔通过率设计中值，成型时间取 55 min，成型温度取120℃，压实功取轮碾24次；方差分析中各关键因素的F检验值均大于临界值 19，具有良好的显著性。结论：采用改进灰色局势决策可以有效评估不同施工方案下环氧沥青混凝土路用性能，并可以结合极差分析确定施工过程中各关键因素对环氧沥青混凝土路用性能的影响程度与最佳的施工方案。

来源出版物：交通运输工程学报, 2016, 16(3): 17-27

入选年份：2016