2019年, 第32卷, 第4期 刊出日期:2019-04-20
  

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  • 中国公路学报. 2019, 32(4): 0-0.
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  • 综述
  • 中国公路学报. 2019, 32(4): 0-0.
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    随着社会文明进程的持续发展以及道路工程建设水平的不断提高,人们对道路的认识和功能需求日益提升,对道路服役功能、绿色建造以及安全保障等要求更加迫切。进入21世纪以来,新型功能性材料的涌现和交叉学科的发展为设计和建造各类环境友好的功能性路面提供了有力支撑,进一步拓宽了路面材料的研究领域。为此,建造环境友好的功能性路面,拓展道路基础设施的服务功能,提升道路的生态效益,进一步改善路域环境,成为道路工作者和研究者面临的重要挑战,也是道路工程材料学科发展的前沿方向。当前,国家及交通运输部相关规划和政策明确强调要加强绿色公路建设,而环境友好功能性路面材料的研发与应用是引领绿色公路建设的核心内容,是转变交通运输发展方式的重要途径,也是实现交通运输与资源环境和谐发展的重要内涵。
    为了及时总结功能性路面材料科学研究与工程应用的最新成果,引领功能性路面材料发展方向,推动功能性路面材料的设计优化与技术创新,《中国公路学报》编辑部邀请哈尔滨工业大学谭忆秋教授牵头组约国内相关研究领域知名专家学者的稿件,出版一期功能性路面材料专刊。本专刊组稿专家还包括:长安大学沙爱民教授、汪海年教授,同济大学肖飞鹏教授、李辉教授,哈尔滨工业大学王大为教授(我刊副主编)、徐慧宁教授。本期专刊共组约稿件70余篇,经编辑部组织专家审稿,最终录用21篇。
    专刊主要包括以下4个方面内容:
    (1)综述。梳理、总结国内功能性路面最新成果,探讨功能性路面未来的研究方向和发展趋势。内容包括主动除冰雪路面融雪化冰特性及路用性能研究综述、蓄盐沥青路面研究进展、沥青路面抗滑性能研究现状及展望、智能路面发展与展望、橡胶沥青路面降噪技术原理及研究进展、汽车尾气路面净化材料研究进展与思考、德国不限速高速公路路面平整度评价方法综述等。
    (2)环境友好路面。内容包括汽车尾气降解材料开发及性能评价、沥青路面集中排水影响分析与响应识别研究、沥青路面压电输出的数值模拟与试验研究、基于热管技术的机场道面融雪性能试验研究、透水铺装雨水入渗模型研究、新型高性能聚氨酯透水混合料关键性能研究等。
    (3)功能性材料。内容包括等离子体微表处理胶粉改性沥青工艺条件优化分析、浆体流变特性对透水混凝土性能的影响研究、沥青路表纹理磨光行为分析、路用多孔页岩陶粒表面修饰优化研究等。
    (4)生物沥青。内容包括生物油再生沥青胶结料路用性能分析、SBS/橡胶粉复合改性SH型混合生物沥青工艺及机理、废食用油脱硫胶粉改性沥青组分与黏弹性研究、生物油再生沥青自愈合机理分析等。
    功能性路面基础理论和应用技术的创新发展与工程实践,是中国建设交通强国的重要支撑。《中国公路学报》将继续关注相关领域的最新研究成果,以期为广大专家、学者及工程技术人员提供一个学习、交流的平台,促进中国公路交通行业安全、绿色与可持续发展。
  • 谭忆秋, 张驰, 徐慧宁, 田东
    中国公路学报. 2019, 32(4): 1-17. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.001
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    为了进一步推进路面主动除冰雪技术的发展,综述了国内外路面主动融雪化冰方法的研究进展。首先,介绍了不同类型路面主动除冰雪技术的融雪化冰机理,并基于此将主动除冰雪路面划分为自应力弹性铺装路面、低冰点路面和能量转化型路面3类;然后,分别对3类主动除冰雪路面的路用性能及融雪化冰特性进行了梳理,在路用性能方面主要包括沥青混凝土路面高温性能、低温性能、水稳定性、黏附性能和耐久性等,以及水泥混凝土路面抗拉、压性能等,而在融雪化冰特性方面主要包括路面抗摩擦性能、冰-路界面黏结性能、破冰性能、融雪速率、适用温度范围及长期稳定性等;进而归纳了材料组成、结构类型、外界环境及系统运行条件等对主动除冰雪路面工作性能的影响规律;此外,为了便于主动融雪化冰路面技术选型,从融雪化冰效果、经济成本及节能环保等方面对比分析了不同路面主动除冰雪技术的优缺点;最后建议路面主动除冰雪系统应与冰雪灾害评估系统及冰雪预警系统相结合。
  • 刘状壮, 沙爱民, 蒋玮
    中国公路学报. 2019, 32(4): 18-31,72. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.002
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    寒冷环境下,路表积雪、结冰容易导致严重的交通事故并带来巨大的经济损失。蓄盐沥青路面是一种具有融雪抑冰能力的功能性路面,能够在寒冷环境下保障路表抗滑和道路通行能力。作者系统综述了蓄盐沥青路面的工作机理、盐化物材料、沥青混合料及其性能与评价方法研究进展。首先按照材料形态和盐分包裹材料,对盐化物材料进行分类,对比了几种常用的融雪抑冰沥青混合料设计方法,从填料特性与级配干扰的角度分析了盐化物材料掺入后沥青混合料级配参数的变化规律。在综述蓄盐后沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、耐久性以及吸湿性和抗滑性等研究结论的基础上,分析了盐化物导致沥青混合料路用性能劣化的作用机制。最后介绍了常见的融雪抑冰性能评价与测试方法。在对现状综述的基础上,针对盐化物材料设计、沥青混合料改进、路用性能劣化机理以及融雪抑冰性能评价等关键内容,展望了蓄盐沥青路面技术的未来发展方向。
  • 黄晓明, 郑彬双
    中国公路学报. 2019, 32(4): 32-49. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.003
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    作为未来道路交通荷载的主流形式,车辆的行驶稳定性与路面抗滑性能存在着直接关系,而且随着时间变化,沥青路面的抗滑性能受各种不确定性因素的影响。为了明确国内外沥青路面抗滑性能的研究现状,对胎-路接触力学模型和路面附着特性、动摩擦因数的计算方法、不确定性影响因素、抗滑性能评价指标和衰变模型以及抗滑性能在无人驾驶车辆安全性中的应用等热点问题研究进展进行了综述与总结,对比分析了现有沥青路面与橡胶轮胎的接触力学模型,探讨了设计、施工及运营阶段中的不确定性因素,归纳了现有沥青路面抗滑性能评价指标及衰变模型,最后论述了沥青路面抗滑性能的发展方向。分析结果表明:基于路表分形理论的Persson迟滞摩擦理论更适用于沥青路面动摩擦因数的计算要求,计入了橡胶对表面粗糙度的有关尺度变形响应及滑动摩擦的温度依存性;考虑路表峰值附着系数时变性的摩擦因数-滑移率(μ-s)曲线附着系数估算方法更能反映路面实际附着特性;当前沥青路面抗滑性能研究在胎-路相互作用机理、评价指标、衰变模型等方面研究不足,需要从时变性、统一性及车辆抗滑需求感应参数等方面进一步深入研究。推行基于时间效应的抗滑评价指标是沥青路面抗滑层设计与抗滑性能评价发展的必然趋势,也是提高中国沥青路面全寿命周期内服役水平的重要方法。
  • WANG Linbing, 王含笑, 赵千, 杨海露, 赵鸿铎, HUANG Baoshan
    中国公路学报. 2019, 32(4): 50-72. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.004
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    为了促进智能路面的发展,综述了智能路面各项技术的研究进展和发展趋势。首先提出了智能路面的定义,在此基础上明确了智能路面的体系架构,包括路面信息感知获取层、信息集成处理层、综合服务层和能量供给层;重点介绍了智能路面信息采集技术、信息管理与分析技术、能量收集与利用技术、自我调节技术和基于智能路面的车路协同技术等关键技术的发展现状,讨论了智能路面的设计和建造方法;最后提出了智能路面现有研究存在的问题和不足,并对其今后的发展做出展望。研究结果表明:智能路面是由特定的结构材料、感知网络、信息中心、通信网络和能源系统组成,具有多种智能,并且能够为人、车、环境提供服务的道路路面;智能路面的发展将有助于充分发挥道路自身潜力和适应未来的交通工具;在路面信息的采集过程中,传感器在耐久性和实用性等方面存在的技术难题仍需进一步解决;智能路面的各种能量收集和自我调节技术应着重解决低成本和高性能的问题;物联网、大数据、云计算和各种人工智能方法在智能路面的监测和管理过程中具有广阔的应用前景;智能路面作为一种新型的道路路面,其设计和施工可以结合建筑信息模型(BIM)、模块化施工、3D打印和智能压实技术,集合成一套新的建造工艺。
  • 肖飞鹏, 王涛, 王嘉宇, 苏宁义, 侯向导, 陈军, 刘继
    中国公路学报. 2019, 32(4): 73-91. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.005
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    为了有效降低交通噪声对人类健康的危害,促进橡胶沥青降噪路面的推广应用,对橡胶沥青路面降噪技术原理及研究进展进行了综述。介绍了路面噪声的产生及增强原理,对橡胶沥青路面的隔音与降噪功能及机理进行了重点评述;同时,总结了多种因素对橡胶沥青路面降噪效果的影响,并分析了橡胶沥青路面降噪特性;最后,总结了橡胶沥青降噪技术工程应用的最新研究进展。综合分析表明:橡胶沥青路面降噪的主要原理是由于橡胶粉或橡胶颗粒的阻尼及高弹性,使得路面具有较高的吸收振动和冲击的性能,从而达到较好的减振降噪的效果;而橡胶粉掺量与目数、路表纹理状况、长期服役行为是影响橡胶沥青路面降噪性能的3个关键因素。适当增加橡胶颗粒的掺量,增大橡胶颗粒的粒径,采用开级配橡胶沥青混合料并且保证路面养护能够长效增加橡胶沥青路面的减振降噪性能;在对橡胶沥青路面降噪特征分析方面,多种噪声测试方法的利用为评价噪声声品质提供了可能;而关于橡胶沥青路面降噪技术的工程应用主要集中在3个方面:骨架密实型橡胶沥青混合料路面、大孔隙橡胶沥青混合料路面和新型外加剂的使用。其中骨架密实结构和大孔隙结构的应用较为成熟。研究结果表明:橡胶沥青路面降噪技术的研究正符合当前功能性路面材料在安静路面的需求,将为进一步发展和应用安静路面提供理论和应用支持。
  • 裴建中, 王彦淞, 朱春东, 李阳, 吕磊, 李蕊, 张久鹏
    中国公路学报. 2019, 32(4): 92-104. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.006
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    汽车尾气的排放严重影响空气质量,危害人类身体健康。为了减少尾气排放,汽车领域做了很多努力,包括机内净化与机外净化。作为尾气排放后最近的接触源,从道路角度切入进行治理,也被认为是行之有效的途径,近年来一直是国际上研究的热点领域。为了深入了解汽车尾气路面净化材料的发展,系统地梳理并回顾了汽车尾气净化过程中使用的催化材料的研究进展、面临的问题以及应用前景。催化材料主要包括二氧化钛基催化剂、贵金属催化剂、ABO3钙钛矿结构催化剂、介孔材料催化剂以及其他催化剂,分析了不同催化剂的作用机理以及优缺点。由于道路实际的开放条件、尾气净化材料与尾气接触不够充分、易于达到自身净化极限等问题,从梳理高效路面尾气净化材料的改善技术出发,提出了路面汽车尾气净化材料研究的发展方向,即降低贵金属用量、开发新型稀土复合氧化光催化材料,以及多元化、功能化发展等。这一领域的研究,显示出路面尾气净化技术的光明应用前景。
  • 王大为, 王宠惠, STEINAUER Bernhard, 谭忆秋, OESER Markus
    中国公路学报. 2019, 32(4): 105-113,129. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.007
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    平整度是衡量路面质量、评价行车舒适度的重要指标。德国拥有12.993万km的高速公路,其中约2/3的路段没有速度限制,因此德国交通管理部门对路面的功能性和安全性提出了极高的要求。针对上述课题,首先介绍中国"超级公路"的建设背景和需求,强调德国路面的平整度指标对中国道路建设的重要借鉴意义;然后回顾国内外道路平整度的评价和预测等研究手段与方法,介绍德国基于功率谱密度曲线的平均不平整指数(AUN),分析将功率谱密度曲线转化为高度-波长曲线的优点,叙述考虑人车振动反应的有效平整度指数(LWI),简述加权纵断面评价方法(WLP)的思路和步骤;最后总结德国路面平整度评价体系的发展趋势和对于中国道路平整度研究的借鉴与应用前景。
  • 环境友好路面
  • 徐世法, 李思童, 李书飞, 李智, 李俊忠, 牛延军
    中国公路学报. 2019, 32(4): 114-121. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.008
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    在路面中使用光催化材料可以降解汽车尾气中的有害气体,雾封层和含砂雾封层为该材料经济有效的载体,但降解材料与载体之间相容性差导致的离析问题制约了该技术的应用。针对这一问题,基于自主研发的氮掺杂二氧化钛基降解材料,研制了具有聚丙烯酰胺链接枝的纤维素高分子聚合物稳定剂,并提出了稳定性评价方法和评价指标。检测结果表明:稳定剂可显著提高降解材料与载体之间的相容性和稳定性,在2%掺量和180 h存储时间下,稳定系数不大于5.5%,满足了工程应用的要求,与此同时,降解效果明显改善,其中尾气中NOx,HC和CO的降解率分别提升了20%、11%和7%以上。
  • 马耀鲁, 陈先华, 耿艳芬, 卢艳坤, 祁颖智
    中国公路学报. 2019, 32(4): 122-129. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.009
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    如何通过路侧排水口将路面径流快速排出是路面集中排水设计需要解决的关键问题。为了分析路面宽度和坡度变化对集中排水的影响,准确识别集中排水条件下排水口泄流能力与影响范围,基于水动力学理论得到路面二维浅水方程,考虑降雨、地形、流体阻力等因素对路面径流变化的影响作用,建立路面径流运动变化分析模型,并采用实际观测数据对模型参数进行验证。结合实际工程建立路面数字高程模型,在设计降雨条件下,分析路幅宽度增加和坡度变化对路面径流深度分布和路面集中排水能力的影响作用,对比不同坡度组合下的路面排水量,并识别路侧排水口影响范围。研究结果表明:路面排水量、路面径流流速、路面径流汇流时间是路面集中排水研究需要考虑的重要方面;采用路缘石开口进行集中排水时,路侧缘石对路面径流的汇流过程具有明显的拦阻作用,路肩范围内出现壅水现象;较低的路缘石高度可以减少路侧壅水对外侧行车道的不利影响,进而提高路面行车安全;对于模拟条件下(横坡2%)的固定排水口布置形式,存在相应的排水最优路面纵坡值范围(1%~1.2%);路面径流的汇流方向与路面合成坡度方向不一致,当路面宽度增加时,路面汇流路径增长显著,路宽24.5 m时,路面径流没有就近从排水口流出,汇流路径沿道路纵向超过70 m。
  • 纪小平, 陈云, 何创, 甄逸康
    中国公路学报. 2019, 32(4): 130-136,169. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.010
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    基于ABAQUS建立了沥青路面压电输出(电压)的数值模拟方法,系统地研究了压电换能器属性及铺设参数、路面结构与温度、轴载等对沥青路面压电输出的影响,为优化设计沥青路面压电能收集系统提供参考。通过车辙试验测试了压电式沥青混合料的电压,并与数值模拟结果进行对比,验证数值模拟方法的可靠性。结果表明:路面模型平面尺寸大于5.0 m×5.0 m可保证模拟精度;压电材料PZT-5X具有相对较低的弹性模量和最高的压电参数,因此电压最高,其分别是PZT-4与PZT-5H的1.77倍与1.97倍;长方体与圆筒形状压电换能器的压电基本一致,均为柱形的1.40倍;优先推荐使用内径0.8 cm、外径1.6 cm、高0.2 cm的圆筒PZT-5X压电换能器;电压随轴载与路面温度的增加而增大、随埋置深度的增加而降低,柔性路面结构比半刚性结构的电压大。室内车辙板试件表面和距路表1 cm处的压电换能器的实测电压与数值模拟结果的误差在3.9%之内。
  • 谭忆秋, 张驰, 陈凤晨, 苏新, 徐慧宁
    中国公路学报. 2019, 32(4): 137-147. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.011
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    为准确分析基于热管技术的机场道面融雪系统工作性能,综合考虑地热能、机场道面、热管间的传热特性,建立了热管加热融雪道面足尺试验系统;基于长期实测数据对融雪系统的道面融雪性能、温度场分布特性及其影响因素进行了分析;并在此基础上,通过研究融雪系统地下土壤热源热量长期消耗及回补特性探讨了融雪系统的可持续性工作性能。研究结果表明:基于热管技术的机场道面融雪系统可在冬季不改变道面温度分布特性的基础上,自动提高道面温度约15℃,有利于抑制道面结冰并融化道面积雪;在热管道面融雪过程中,当道面无雪率超过40%后,道面融雪过程将进入加速期;减少热管与道面表面的竖直距离,降低相邻热管间的水平间距均可改善热管道面温度分布规律,并有效提高道面融雪效率,而热管直径的变化对道面融雪性能影响相对较弱;随着气温降低,热管道面融雪效率逐渐下降,且当气温低于-9℃时,热管道面融雪性能受到较大限制;积雪经过适当压实作用,可缩短热管道面融雪时间;冬季地下热管的取热作用使得地下土壤温度约降低10℃,而夏季地下土壤温度逐渐恢复,随时间大致呈周期性变化,表明地下土壤可为热管道面融雪系统长期提供热量,持续保障热管道面融雪性能,实现机场道面冬季安全运行。
  • 李辉, 李昊臻, 王雪峰, 张胜, 张萌瑶, 张恒基
    中国公路学报. 2019, 32(4): 148-157. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.012
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    为了更加准确快捷地预测透水铺装内部的雨水渗流过程,探究降雨参数与路面设计参数对其渗流性能的影响,提出透水铺装雨水入渗模型,并针对影响因素的相关性进行研究。首先,基于地区水文气象资料与路面材料渗透特性,利用数学模型对降雨阶段关键参数进行量化研究,并从降雨强度与材料渗透能力的角度对雨水入渗的物理过程进行分阶段刻画,最终建立透水铺装雨水入渗-储水-排空模型。其次,针对该模型的诸多输入参数,进行正交设计试验计算各参数与径流控制率的相关性,寻找关键控制指标;基于该结论拟定典型透水铺装结构组合,选择不同降雨重现期、降雨历时与时程雨型等模拟工况对水位高度、蓄水能力等进行验算与评价。结果表明:所建模型与文献数据具有较好的吻合性,NSE指数可达0.45以上;路基土的渗透系数与路面径流控制率显著相关,暴雨工况下随着路基土渗透系数的降低,地表径流占比达到30%以上,并且几乎丧失连续储水能力,而路基土饱和渗透系数的影响性较小;溢流管可有效减少地表径流量,降低溢流风险,在极端暴雨条件下设置溢流管的道路可削减60%的地表径流,并具有50%以上的连续储水能力;时程雨型对路面渗流特性的影响较为复杂,雨峰出现时间在控制地表径流与延缓径流峰值两方面呈现相反的规律,因而需要根据当地降雨资料与设计要求进行权衡。
  • 李添帅, 陆国阳, 王大为, 洪斌, 谭忆秋, OESER Markus
    中国公路学报. 2019, 32(4): 158-169. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.013
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    透水路面铺装是海绵城市道路建设的重要组成部分,由高性能聚氨酯透水混合料(PUPM)构筑的环境友好型透水路面铺装展现出了独特的应用价值。为进一步明确PUPM的路用关键性能,参照国家及行业现行标准和规范,采用室内试验的方式,基于力学性能、功能特性以及空隙细观特性探索了PUPM与多孔沥青混合料(PA)的差异性。通过单轴压缩试验、单轴动态蠕变试验、低温抗裂性能和水稳定性能试验,评价了其力学性能;通过透水性能试验、抗剥落性能试验和吸声性能试验,评价了其功能特性;采用X-ray CT技术,选用空隙率、空隙等效半径、有效空隙率以及迂曲度等空隙细观结构参数,评价了其细观结构特性。结果表明:PUPM在20℃条件下的单轴抗压强度为17~19 MPa,较PA具有更强的抵抗永久变形能力、抵抗低温开裂能力、抵抗低温荷载破坏能力和抵抗水损害的能力;PUPM的透水能力约为PA的4倍,在长时间磨光作用下展现出良好的抗剥落性能,同时具有良好的吸声性能;PUPM空隙率为28%~29%,空隙等效半径等空隙细观结构参数沿试件纵向呈现出不均匀分布状态;PUPM相较PA具有更大的空隙等效半径、有效空隙率及迂曲度。PUPM因其具有出色的力学性能和功能特性,在透水路面铺装方面具有更广阔的应用前景。
  • 功能性材料
  • 肖飞鹏, 宗启迪, 陈军, 刘继
    中国公路学报. 2019, 32(4): 170-176. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.014
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    为提高橡胶回收再利用效率,进一步改善胶粉改性沥青路用性能,采用等离子微表处理方法对胶粉进行活化处理。处理工艺条件(包括功率和时间)对胶粉改性沥青的性能影响较为关键,利用不同处理功率和处理时间分别制备了9组等离子微表处理胶粉的改性沥青,通过比较其针入度、软化点以及动态剪切试验结果,探究不同条件对胶粉改性沥青性能影响的规律,进而结合灰关联模糊评价模型确定等离子体微表处理方法的最佳工艺条件。研究结果表明:采用40目胶粉且其质量掺量为15%时,处理功率和处理时间与关联度值存在线性增长关系,且随着处理功率或时间的增加,均有胶粉改性沥青的针入度降低,软化点升高的趋势;在70℃温度下,等离子体活化胶粉的改性沥青车辙因子G*/sin(δ)值呈现增大趋势,表明等离子微表处理技术可有效改善胶粉改性沥青的高温稳定性,且性能受到功率和时间显著影响。灰色关联模糊评价方法分析结果显示:排序关联度值最大为0.920 8,可以确定等离子体处理方法最佳处理功率和处理时间分别为250 W和8 min。结合处理工艺条件与关联度值拟合结果可知,功率拟合线斜率比时间拟合斜率更大,与处理时间相比,处理功率对于胶粉改性沥青高温性能影响更大。
  • 陈潇, 王杰, 韩裕山, 陈谦, 朱国瑞
    中国公路学报. 2019, 32(4): 177-186. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.015
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    为研究浆体流变特性对透水混凝土力学与透水性能的影响规律,通过减水剂与增黏剂掺量的变化调配出5种不同流动度及6种不同塑性黏度的水泥浆体,并固定浆集比配置出对应的透水混凝土。采用光学显微镜图像分析透水混凝土中骨料颗粒表面浆体裹附层厚度,以水泥浆体的拉拔黏结强度表征浆体与骨料的黏结强度,在研究浆体流动度及塑性黏度对浆体拉拔黏结强度、骨料颗粒表面浆体包裹层厚度影响的基础上,进一步探讨了浆体流变特性对透水混凝土抗压、抗折强度、空隙率以及透水系数的影响规律,揭示出浆体流动度与塑性黏度对透水混凝土力学与透水性能的作用原理。研究结果表明:随着浆体流动度及塑性黏度的增加,透水混凝土力学性能呈现先提高后降低的趋势,而透水混凝土的透水系数则随着浆体流动度的增加逐渐降低,随着浆体塑性黏度的增加逐渐增加;结合浆体流变性能对浆体自身拉拔黏结强度及骨料颗粒表面浆体包裹层厚度的影响发现,浆体流变特性主要通过影响浆体自身黏结特性而作用于透水混凝土力学性能,通过影响骨料颗粒表面浆体包裹层厚度及其分布状态而作用于透水混凝土的透水性能;在进行透水混凝土配合比设计时,可以通过调控浆体的流变特性,达到兼顾透水混凝土力学性能与透水性能的目的。
  • 周兴林, 祝媛媛, 冉茂平, 肖神清, 黄晓明
    中国公路学报. 2019, 32(4): 187-195,242. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.016
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    为了多尺度表征沥青路表纹理磨光行为,揭示其表面纹理磨光演化机理,首先基于沥青表面纹理的自仿相似特性,引入高差自相关函数,将常维分形扩展至分段变维分形,建立了表面纹理分段变维评价模型。其次,分别选取高磨光值的玄武岩和低磨光值的石灰岩成型沥青混合料试件,对其进行岩相鉴定,借助平板磨光机进行室内加速磨光试验,测量了不同磨光状态下的动摩擦因数,同时采用三维激光扫描仪获取了表面纹理信息。最后分析了断面轮廓分段变维高差自相关特性,并与摩擦因数进行了对比分析。结果表明:路面在大尺度范围内有明显的分段变维特征,高差自相关函数可以多尺度量化沥青混合料表面微观至宏观纹理特征,2种路表宏微观纹理界限波长为0.4 mm左右;截止波长可以作为评价普通磨光和差异磨光的指标,其中水平截止波长表示路面平均微凸体尺寸,垂直截止波长表示骨料平均高度;随着磨光转数的增加,受2种磨光机制影响的试件(玄武岩)表面纹理的水平截止波长变化甚微,而受普通磨光机制作用的试件(石灰岩)表面纹理的水平与垂直截止波长均下降明显;在道路设计和施工过程中,选取矿物组成成分更多、粒径分布更广、矿物质间硬度相差较大的集料,更容易受到2种磨光机制的影响,从而有助于沥青路表保持足够的表面纹理水平,延缓路面抗滑性能衰减速率。
  • 王朝辉, 刘鲁清, 韩晓霞, 李天宇, 韩继国
    中国公路学报. 2019, 32(4): 196-206. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.017
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    为提高路用多孔页岩陶粒的路用性能并提升其阻热性能,优选3种有机处理剂,借助吸水率、筒压强度、控制筛孔通过率及磨耗值试验,确定了不同处理剂最佳修饰工艺;基于吸油率、表面孔隙封堵率与SEM试验,系统研究了修饰前后页岩陶粒表面孔隙封堵情况,对比评价了不同处理剂对页岩陶粒路用性能的影响规律,确定了页岩陶粒最佳处理剂;并在此基础上,全面评价了表面修饰对页岩陶粒混合料路用性能的影响。结果表明:苯基硅树脂的适宜浓度为25%,固化温度为160℃,硅丙乳液的适宜浓度为35%,成膜温度为30℃,助剂含量为3%,建筑防水剂修饰页岩陶粒的适宜浓度为35%,固化温度为85℃;其中苯基硅树脂对页岩陶粒表面封装效果最好,24 h吸油率最低,表面孔隙封堵率高达78%,且SEM图像也表明经表面修饰的页岩陶粒表面开口孔隙数量明显减少;3种处理剂均能不同程度地提高路用多孔页岩陶粒的路用性能,24 h吸水率的降幅在80.48%~94.5%之间,压碎值降幅在4.62%~17.52%之间,磨耗值降幅在5.33%~30.92%之间,黏附性等级提高0.5~2级;苯基硅树脂对页岩陶粒吸水率与黏附性等级改善效果最佳,硅丙乳液对压碎值与磨耗值改善效果最为明显,综合考虑所有评价指标,确定了页岩陶粒最佳处理剂为苯基硅树脂;且经苯基硅树脂表面修饰后的页岩陶粒混合料各项路用性能均有不同程度提高。
  • 生物沥青
  • 唐伯明, 曹芯芯, 朱洪洲, 曹雪娟
    中国公路学报. 2019, 32(4): 207-214. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.018
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    为研究生物油再生沥青胶结料的路用性能,分析比较了基质沥青与生物油再生沥青胶结料的流变性质与化学特性。首先通过三大指标与黏度测试确定生物油在老化沥青中的最佳掺量;之后重点分析最佳生物油掺量下再生沥青与基质沥青的高温与疲劳性能,高温性能通过多应力蠕变回复试验(MSCR)测试,疲劳性能通过DSR时间扫描测试;最后利用红外光谱(FTIR)和凝胶渗透色谱(GPC)测试分析2种沥青的化学特性。研究结果表明:10%生物油可恢复老化沥青针入度与延度至基质沥青水平;基质沥青与10%生物油再生沥青的PG分级分别为PG64-16与PG70-16;MSCR结果表明再生沥青相比基质沥青具有较好的高温性能;Nf50指标表明再生沥青的抗疲劳性能较基质沥青胶结料更好,因为2种沥青模量相近,再生沥青的弹性组分含量更高;FTIR结果表明生物油稀释了老化沥青中高极性的亚砜基;GPC结果表明生物油降低了老化沥青中的大分子和小分子含量,改善了老化沥青分子量分散度。生物油改善了老化沥青的路用性能和化学特性,是一种较有潜力的沥青再生剂。
  • 董泽蛟, 周涛, 栾海, 杨晨, 王鹏, 冷真
    中国公路学报. 2019, 32(4): 215-225. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.019
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    为探究复合改性技术提升混合生物沥青路用性能的工艺及机理,针对特定来源的SH型生物沥青,将其与石油沥青共混制备混合生物沥青后进行SBS/橡胶粉复合改性,研究改性顺序及改性剂掺量对复合改性沥青常规路用性能的影响、生物沥青掺量对改性剂溶胀特性与复合改性沥青高温及低温性能的影响,由此确定混合生物沥青复合改性工艺;利用多应力重复蠕变恢复(MSCR)、弯曲梁流变(BBR)和频率扫描(FS)试验评价复合改性沥青的流变特性;借助红外光谱(IR)化学官能团分析以及荧光显微镜(FM)和原子力显微镜(AFM)微观形貌观测分析揭示混合生物沥青复合改性机理。研究结果表明:SBS掺量为2.5%,橡胶粉掺量为18%(内掺)时,按照先SBS改性后橡胶粉改性的顺序制备的复合改性沥青的常规路用性能均较优;生物沥青掺量为15%时改性剂溶胀特性与复合改性沥青的高温及低温性能均较佳;SBS/橡胶粉复合改性在显著提升混合生物沥青弹性恢复率与m值的同时还降低了其不可恢复柔量与劲度模量,即改善了混合生物沥青的高温稳定性与低温抗裂性,且此结果与FS复数模量主曲线结果相一致;生物沥青可有效增溶聚合物改性剂并增强聚合物相网络结构,从而显著提升沥青复合改性效果;对混合生物沥青进行SBS/橡胶粉复合改性后未出现新的特征吸收峰,此复合改性过程属于物理变化;沥青厂生产的复合改性沥青性能优于实验室水平制备的复合改性沥青。
  • 董瑞琨, 梁文兵, 唐乃膨, 赵梦珍
    中国公路学报. 2019, 32(4): 226-234. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.020
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    为研究废食用油预脱硫胶粉(WRO)对沥青组分及黏弹性的影响,在不同掺量、加工温度和加工时间下分别制备了15组废食用油预脱硫胶粉改性沥青(WROMA)。基于四组分试验、DSR时间扫描试验、多应力蠕变回复试验分析了沥青组分及黏弹性变化的规律。结果表明:在组分方面,WRO中的橡胶烃主要补充沥青质,油分大部分补充饱和分,少部分补充芳香分;加工工艺与改性沥青中饱和分和胶质的含量线性相关性较弱,与芳香分及沥青质的含量线性相关性很强,且芳香分与沥青质含量主要受WRO掺量影响。在黏弹性方面,WRO掺量增加,改性沥青高温黏性降低,弹性增加。为保证改性沥青获得足够的高温弹性,WRO最佳掺量为30%,加工温度为160℃、加工时间为2 h。综合组分与黏弹性的分析结果可知:芳香分是影响WROMA高温黏性的主导因素,其含量越高沥青黏性越明显;沥青质和WRO中的橡胶烃是影响WROMA高温弹性的主导因素,两者含量越高,改性沥青弹性越明显。
  • 高新文, 刘朝晖
    中国公路学报. 2019, 32(4): 235-242. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.04.021
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    对再生沥青进行流变性能测试、微观结构表征、结构特性分析及宏观性能测试,研究生物油对老化沥青自愈合性能的影响,建立了再生沥青微观结构和宏观性能的构效关系。借助分子动力学软件及Wool-O'Connor自愈合模型计算得到最佳愈合温度时的最短愈合时间。研究结果表明:生物油再生沥青(BRA)的愈合行为包括黏性流动和弹性恢复,在高温(60℃和80℃)环境下,BRA的愈合行为取决于黏性流动,而在低温(20℃和40℃)环境下BRA的愈合行为取决于弹性恢复。在60℃的愈合试验温度、5%的疲劳应变条件下,BRA的最佳愈合时间为30 min,最短完全愈合时间为32 min;试验结果和模型计算结果相近,自愈合模型可较好地分析BRA的完全愈合时间。老化3年、5年、10年的BRA在其最佳愈合温度时的最短愈合时间分别为32,52,78 min,表明生物油可在一定程度上提高旧路面老化沥青的部分自愈合性能。