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低碳生态路面材料
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高掺量废胎胶粉改性沥青性能研究
徐光霁, 范剑伟, 马涛, 朱雅婧, 李树仁
材料导报
2022,36(16 ):21120239 -8. DOI:10.11896/cldb.21120239
摘要
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将废旧轮胎制成废胎胶粉用于制备橡胶沥青,可实现废旧轮胎的在路面中的资源化利用。本工作制备了不同芳烃油掺量、反应温度和反应时间下的高掺量废胎胶粉改性橡胶沥青试样,设计溶解度试验并结合扫描电镜(SEM)试验,研究了胶粉与沥青反应程度和所制备橡胶沥青存储稳定性的相关性。进一步测试了橡胶沥青的三大指标、弹性恢复、高温粘度指标在反应过程中的变化趋势,并与基质沥青、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青和不含芳烃油的中高掺量橡胶沥青对比,从而确定以芳烃油为助剂的高掺量橡胶沥青的制备参数。结果表明,添加芳烃油可有效提高35%(质量分数,下同)橡胶沥青的存储稳定性,保障施工和易性。相比于软化点差,车辙因子比更适合用于评价高掺量橡胶沥青的存储稳定性。所制备高掺量橡胶沥青的溶解度与其存储稳定性有明显的相关性。芳烃油的加入对35%橡胶沥青的高低温性能有不利影响,但当芳烃油掺量控制在5%~7.5%时,其高低温性能仍接近SBS改性沥青。高掺量废胎胶粉改性橡胶沥青的制备参数可确定为:剪切转速为800 r/min,废轮胎胶粉和芳烃油掺量分别为橡胶沥青总质量的35%和5%~7.5%,反应温度为230 ℃,反应时间为225 min。
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多维度评价
基于胶浆特性的透水混凝土强度及抗冻性研究
李辉, 杨洁, 付凯敏, 张毅, 张犁, 朱耀庭, 俞博
材料导报
2022,36(16 ):21110275 -8. DOI:10.11896/cldb.21110275
摘要
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透水混凝土的强度和抗冻性是影响其在重荷载交通道路和寒冷地区推广应用的关键性能。本工作研究了胶浆工作性能、强度、界面粘结性能及透水混凝土强度、抗冻性,并揭示了影响透水混凝土性能的主要因素。结果表明,通过最大浆集比可以评价胶浆和透水混凝土的工作性能,且当最大浆集比与设计浆集比接近时,透水混凝土的工作性能最佳。未改性胶浆界面冻融前后均发生粘结破坏。而改性胶浆未冻融时界面拉拔强度提升67%~156%,发生内聚破坏;冻融后界面拉拔强度显著降低,发生内聚、粘结混合破坏。工作性能良好的透水混凝土抗压强度为38.2~40.3 MPa,抗折强度为3.8~4.3 MPa,透水系数为2.85~2.92 mm/s。主成分分析结果表明,各因素对透水混凝土性能影响的占比依次为:界面性能、胶浆配合比、空隙特征共占44.8%,胶浆裹覆性能占27.5%,胶浆强度占20.0%。
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多维度评价
沥青胶浆-集料界面水盐侵蚀损伤规律研究
张吉哲, 王静, 李岩, 唐小丹, 许成虎, 王业飞, 苏纪壮, 张国扬, 何亮
材料导报
2022,36(16 ):22040097 -9. DOI:10.11896/cldb.22040097
摘要
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沥青路面的水盐侵蚀是导致其性能劣化、服役寿命缩短的主要原因之一,为研究沥青混合料的水盐侵蚀损伤规律,本工作以沥青胶浆、沥青胶浆-集料界面为研究对象,研究了填料的物理化学特性对沥青胶浆流变性能与渗透性的影响,分析了沥青胶浆-集料界面在不同侵蚀工况(静态浸水、压力浸水)下界面强度的衰减规律。结果表明:填料类型对沥青胶浆的复数模量影响不大,但是其孔隙状态与比表面积对沥青胶浆的相位角与渗透性影响显著。相比于普通浸水,盐溶液侵蚀对沥青胶浆-集料界面强度衰减有显著促进作用,而其衰减速率受集料和填料的物理(孔隙体积、比表面积、微观形貌)、化学(矿物组成、化学成分)特性的综合影响。水压力的作用会加速沥青胶浆-集料界面强度的衰减,表明行车荷载产生的动水压力会推动沥青路面的水损害进程。
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多维度评价
基于生态路面减排理念下的CeO
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柱撑蒙脱土改性沥青及其催化性能研究
金娇, 刘墨晗, 刘帅, 陈柏臻, 刘欣宇
材料导报
2022,36(16 ):22040157 -7. DOI:10.11896/cldb.22040157
摘要
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路面耐久性提升及功能性开发是目前道路领域现阶段研究的热点。本工作采用液相沉淀法制备了Ce-MMT新型绿色复合材料,对改性前后的蒙脱土的结构组成和微观形貌等进行分析对比,发现CeO
2
成功进入蒙脱土层间形成柱撑结构,且新型复合材料在紫外光和可见光区域的吸收能力得到增强。此外,对不同掺量的Ce-MMT改性沥青的高低温性能、抗老化性能以及光催化降解尾气效率进行了探究。结果表明:在4%～6%(质量分数,下同)掺量范围内,Ce-MMT可以显著提高沥青的高温性能和抗老化性能,且6%掺量的改性沥青在模拟汽车尾气实验中反应120 min后,对NO的降解效率可高达50.8%。本研究基于功能型路面主动降解路域残余尾气能力的提升,旨在促进绿色道路领域新发展。
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多维度评价
泡沫沥青冷再生混合料界面黏附性提升原理与路用性能验证
周雯怡, 易军艳, 陈卓, 冯德成
材料导报
2022,36(16 ):21110120 -9. DOI:10.11896/cldb.21110120
摘要
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204
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泡沫沥青冷再生技术是沥青混合料回收再生利用的一种有效方式,为进一步提升泡沫沥青冷再生混合料的界面黏附性能,选取了三种材料对泡沫沥青冷再生混合料进行改性研究,从微观分子与宏观性能角度实现了对泡沫沥青冷再生混合料界面黏附性提升原理的分析与性能验证。首先,选取氧化锌、偶联剂与抗剥落剂作为增强泡沫沥青冷再生混合料界面黏附性的改性材料;其次,以扩散行为和剪切破坏强度为分析对象探究了泡沫沥青冷再生混合料界面黏附性的提升机制;最后,对改性泡沫沥青冷再生混合料路用性能进行了验证。结果表明,对泡沫沥青冷再生混合料界面黏附性提升效果最显著的是偶联剂,其可以有效改善泡沫沥青冷再生混合料的疲劳性能、低温性能和劈裂强度,还使混合料具有极佳的扩散能力与剪切破坏强度;抗剥落剂对混合料的提升效果较好,高温时混合料的剪切破坏强度高于前者,但扩散性能较差;从能量变化角度分析,氧化锌对混合料的提升效果最好,但氧化锌总体改性效果一般。
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多维度评价
高粘SBS改性乳化沥青就地冷再生混合料抗裂性能评价
虞将苗, 马远跃, 张园, 于华洋, 邹桂莲
材料导报
2022,36(16 ):22040412 -7. DOI:10.11896/cldb.22040412
摘要
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乳化沥青就地冷再生技术是显著地降低道路维养过程中的碳排放的理想技术方案。针对就地冷再生的技术需求及痛点,本工作实现了再生沥青混合料(RAP)的100%利用,以最佳油膜厚度来控制乳化沥青用量。同时,针对冷再生路面常见的疲劳开裂与低温开裂病害,选取了低温弯曲试验、冲击韧性试验、半圆弯曲试验、四点弯曲疲劳试验,测试分析对比高粘SBS改性乳化沥青与常规SBS改性乳化沥青两种胶结料的冷再生混合料的抗裂性能。各试验结果相符,与常规SBS改性乳化沥青相比,高粘SBS改性乳化沥青冷再生混合料表现出更好的韧性和抵抗开裂的能力。
参考文献
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多维度评价
水性环氧乳化沥青固化-破乳速率调控效能及作用机理
惠冰, 李扬, 张炎棣, 杨心怡
材料导报
2022,36(16 ):22050008 -6. DOI:10.11896/cldb.22050008
摘要
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183
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为研究水性环氧乳化沥青固化-破乳时间及固化产物粘结性能,采用拉拔试验和红外光谱试验,在10 ℃、25 ℃及40 ℃试验温度下,通过掺加促进剂调整水性环氧固化速率,分别测定水性环氧固化时间和乳化沥青完全破乳时间,研究温度、促进剂掺量、固化-破乳时间差对水性环氧乳化沥青粘结强度的影响,分析促进剂作用下水性环氧乳化沥青的红外吸收性质。结果表明,水性环氧树脂固化与乳化沥青破乳时间受温度影响显著,10 ℃、25 ℃和40 ℃水性环氧乳化沥青固化-破乳时间差分别为48 h、8 h及6 h,掺加促进剂可使时间差分别最大缩短42 h、10 h及8 h,实现水性环氧乳化沥青固化-破乳速率调控;各温度下水性环氧乳化沥青达到最大固化强度的固化-破乳时间差分别为36 h、2.5 h和2 h;将促进剂分别掺入水性环氧树脂和水性环氧乳化沥青中,均未产生新的红外特征峰,与未掺加促进剂的水性环氧树脂相比,相同养生时间下其固化程度更高,说明促进剂可有效加速环氧树脂固化反应。本研究可为水性环氧乳化沥青材料优化与施工控制提供参考。
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多维度评价
就地热再生沥青混合料的材料组成波动及控制策略
姚玉权, 仰建岗, 高杰, 何亮, 许竞
材料导报
2022,36(16 ):22030098 -10. DOI:10.11896/cldb.22030098
摘要
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就地热再生沥青混合料(Hot in-place recycling asphalt mixture, HIRAM)施工过程中材料组成波动对沥青路面施工质量、耐久性有重要影响。为控制HIRAM材料组成波动,本工作针对HIRAM材料组成设计阶段提出材料组成波动控制策略。为此,分析了HIRAM材料组成类别,构建了不同材料之间的关系模型,并从精细化控制角度提出就地热再生养护路段施工单元划分策略。此外,通过沥青混合料回收料(Reclaimed asphalt pavement, RAP)材料组成与外加热拌沥青混合料(Hot mix asphalt, HMA)比例关系模型,从控制HIRAM材料组成波动范围角度,结合Fréchet相似度与K-Means聚类理论,提出了HIRAM材料组成波动范围控制策略。在此基础上,依托江西省德昌高速大中修工程论证了控制策略的可行性。结果表明:通过HIRAM材料组成控制策略,在RAP材料组成、外加HMA比例具有显著差异的情况下可以有效地控制HIRAM材料组成波动范围,使其满足设计/规范要求。研究结果可为就地热再生施工过程中HIRAM材料组成控制提供一种新的途径,保障就地热再生施工质量。
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多维度评价
冻融循环作用下乳化沥青冷再生混合料空隙特性
杨彦海, 王汉彬, 杨野
材料导报
2022,36(16 ):21110128 -7. DOI:10.11896/cldb.21110128
摘要
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为探究冻融作用下乳化沥青冷再生混合料的空隙特性变化规律、揭示混合料内部空隙演化行为,基于工业CT和数字图像处理技术,本工作对干燥与真空饱水状态下乳化沥青冷再生混合料经历0次、10次、20次冻融循环作用下的空隙率、空隙体积(Volume3d)、等效直径(EqDiameter)、形状因子(Shape-3d)等参数进行研究。结果表明,冻融循环作用后,干燥和真空饱水试件空隙率均增长,且饱水试件空隙率增加幅度显著大于干燥试件;干燥试件的空隙体积与数量均随冻融循环次数的增加而增大,说明冻融循环作用下干燥试件主要表现为新空隙产生和空隙扩大,空隙连通较少;真空饱水试件的小型、中型空隙数量随冻融循环次数的增加先增大后减小,而空隙平均体积和大型空隙的数量均只随冻融循环次数的增加而增大,说明冻融循环作用下真空饱水试件空隙表现为新空隙产生、空隙扩大和空隙连通;冻融循环作用下,空隙的形状因子均发生小幅变化,说明空隙的区域形态基本保持不变。冻融循环作用使乳化沥青冷再生混合料内部空隙发生改变,水相变产生的冻胀力使空隙显著变化,导致混合料损伤加剧。
参考文献
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多维度评价
废旧轮胎在道路工程中的应用研究进展
岳红亚, 毕玉峰, 徐 润, 张常勇, 丁婷婷, 李怀峰, 刘晓威, 宋修广
材料导报
2022,36(16 ):22040129 -11. DOI:10.11896/cldb.22040129
摘要
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近几年废旧轮胎的产生量和堆存量持续攀升,大量堆积的轮胎不仅占用土地资源,而且会引发环境污染等问题,废旧轮胎产生的“黑色污染”问题备受关注。废旧轮胎具有轻质、高强、耐高温、耐腐蚀等性能,且具备协同利用其他固废的技术优势,被认为是可用于道路工程建设的理想材料。本文通过总结国内外相关文献,概述了废旧轮胎的结构组成、力学性能和蠕变特性,介绍了废旧轮胎在路面、路基和地基加固处治工程中综合利用技术的研究进展,总结了各项资源化利用技术的工作机理和路用性能,最后对废旧轮胎在道路工程中的综合利用技术未来发展趋势和重点研究方向进行了展望。
参考文献
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多维度评价
基于风积沙特性的固化剂组成设计及其固化机理研究
陈潇, 卢亚磊, 王稷良, 杜新宇
材料导报
2022,36(16 ):21110087 -8. DOI:10.11896/cldb.21110087
摘要
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风积沙颗粒细小均匀,呈圆球状,表面光滑,难以压实且与固化剂之间的胶结作用弱,因此其固化难度大,收缩严重。通过研究矿渣粒径与掺量、碱激发剂模数与碱当量、SO
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含量对固化风积沙强度与收缩性能的影响规律,开发适用于风积沙的专用固化剂,并采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、固体核磁共振(NMR)以及压汞法(MIP)等微观测试手段揭示其作用机理。结果显示,通过掺入磨细矿渣、引入碱激发体系、提升 SO
3
掺量能显著提升固化风积沙强度,降低其干燥收缩。与普通 P.O42.5 水泥相比,采用专用固化剂固化风积沙,其28 d无侧限抗压强度提升73.8%,28 d干燥收缩应变降低40.8%。微观测试结果表明专用固化剂对风积沙的固化机理在于:采用磨细矿渣充填风积沙之间孔隙,改善了固化风积沙孔隙结构;采用水泥-碱激发矿渣双胶凝材料体系,增强了固化剂胶凝性能,改善了固化剂与风积沙之间界面;引入SO
3
,促进了AFt晶体生成,填充了固化风积沙内部孔隙以补偿收缩。
参考文献
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多维度评价
老化对废机油再生沥青流变特性的影响及机理
刘芳, 王旗, 张翛, 彭义军, 刘晓东
材料导报
2022,36(16 ):22040405 -6. DOI:10.11896/cldb.22040405
摘要
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沥青再生技术以降低环境污染、节约资源和提高成本效益等优点在路面工程中被广泛应用。诸多研究集中于再生沥青是否能恢复其初始性能,而对再生沥青二次老化过程中的性能变化关注较少。因而本工作分别对原沥青、老化沥青和废机油再生沥青进行不同时间段的老化模拟,借助动态频率扫描和傅里叶红外光谱试验,对比分析三种沥青在不同老化时间下的流变性能、低温抗裂性能、化学官能团的变化规律,探索其性能变化与官能团变化间的内在联系。发现再生沥青在老化过程中的流变性能、抗裂性衰减过程与原沥青类似,均在老化初期衰减较快,老化后期衰减较慢,且再生沥青的流变性能和抗裂性衰减幅度均大于原沥青;再生沥青与原沥青的抗裂性在老化初期相差较小,随着老化时间的延长两者的抗裂性差距逐渐增大,且再生沥青的抗裂性逐渐接近于老化沥青;老化沥青的流变性能和抗裂性在老化过程中衰减较缓慢;再生沥青与原沥青的羰基指数均随老化时间的延长先快速增长后缓慢增长,但两者之间的羰基指数差值逐渐增大,而老化沥青的羰基指数随老化时间的延长呈近似线性增长;三种沥青在不同老化时间下的
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常数与羰基指数有较好的相关性,但沥青种类不同,两者之间的关系式不同,且沥青经历的老化条件不一样,其关系式也不相同。结果表明,在老化过程中再生沥青中的再生剂挥发和氧化完后,其老化程度逐渐接近于老化沥青,其流变性能和抗裂性能优势不再体现。
参考文献
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多种湿法橡胶改性沥青的综合性能评价与改性机理研究
姚 震, 张凌波, 梁鹏飞, 王仕峰, 颜川奇
材料导报
2022,36(16 ):21120124 -7. DOI:10.11896/cldb.21120124
摘要
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本工作拟对普通橡胶沥青、Terminal Blend(TB)橡胶沥青和脱硫橡胶沥青三种橡胶沥青的高温抗车辙、中温抗疲劳、低温抗裂以及流动施工性能进行综合评价,并从化学官能团和流变特性角度研究其改性机理。采用车辙因子、零剪切粘度、不可恢复蠕变柔量等指标,从增粘和增弹两个角度对沥青的高温性能进行评价;采用时间扫描试验和线性振幅扫描试验对沥青的中温抗疲劳性能进行评价;采用低温弯曲流变仪和135 ℃布氏粘度对沥青的低温抗裂性能与施工和易性进行评价;最后,基于模量-温度扫描试验、改进的Arrhenius方程拟合和红外光谱试验,从流变和化学角度对不同橡胶沥青的改性机理进行了研究。研究表明:普通橡胶沥青中的橡胶分子团聚最明显,弹性与力学性能最优,但粘度也最大,普通橡胶沥青在高温下展现出明显的橡胶态平台区和非牛顿流体行为。TB橡胶沥青中的橡胶颗粒降解度最高,橡胶分子与沥青分子完全混溶,粘度接近基质沥青,低温性能优异。脱硫橡胶沥青所采用的胶粉降解程度介于两者之间,改性效果较为均衡,是具有前景的废旧轮胎固废回收利用手段。
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