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考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

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中国公路学报 2022年第12期35卷 36-46页

作者：田中男张争奇刘恒彬石杰荣杨新红长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064 陕西交通控股集团有限公司陕西西安710009

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料,其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性,采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics,MD)从原子分子层次的作用... 详细信息

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料,其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性,采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics,MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析,模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO_(2)、CaCO_(3)不同晶面的静态界面相互作用,并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明:CaCO_(3)各晶面表现出比SiO_(2)更强的表面能和表面浸润性,并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强,但CaCO_(3)晶面各向异性明显,性能稳定性不及SiO_(2)。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供,由于矿物界面静电作用及浸润特征,交互区水分子聚集,氢键作用明显,同时水分子与Ca^(2+)、Na+进行配位形成水合离子,有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长,增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中,地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段:第1阶段(0 nm<界面位移d<0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用,第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制,为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。

关键词：道路工程地聚物混凝土分子动力学界面交互拉伸模拟表面各向异性

基于层间模量比变化的沥青路面结构受力特性研究

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公路 2023年第8期68卷 22-28页

作者：罗要飞张苛张争奇郑州航空工业管理学院土木建筑学院郑州市450046 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室西安市710064 阜阳师范大学信息工程学院阜阳市236041

为阐明不同材料结构层组合对半刚性基层沥青路面受力协调性的影响,选取典型的两层式沥青路面结构,以材料动态模量表征材料的刚度特征,计算分析基层与面层、基层与底基层、底基层与土基模量比变化情况下沥青路面的力学响应,探讨不同受力... 详细信息

为阐明不同材料结构层组合对半刚性基层沥青路面受力协调性的影响,选取典型的两层式沥青路面结构,以材料动态模量表征材料的刚度特征,计算分析基层与面层、基层与底基层、底基层与土基模量比变化情况下沥青路面的力学响应,探讨不同受力指标的变化特征及模量比变化对其的影响,并对比分析面层-基层层间接触条件改变前后沥青路面的力学响应。结果表明:面层-基层层间接触条件由完全连续状态劣化为光滑状态,沥青混合料层层底拉应变明显增大,而其他受力指标值则减小,不同于材料参数为静态模量时的路面结构力学响应。层间接触条件为完全连续状态时,半刚性基层沥青路面的受力协调性与不同结构层模量搭配密切相关,其中基层与底基层、底基层与土基模量比变化显著影响沥青路面结构内沥青混合料层层底拉应变、路基顶面竖向压应变和半刚性基层层底拉应力,而基层与面层模量比变化对沥青路面各受力指标的影响相对较小。基层与底基层、底基层与土基模量比过小易导致路面沥青混合料层发生裂缝、路基产生变形病害,模量比过大易导致半刚性基层发生裂缝、沥青混合料产生车辙病害;考虑沥青路面力学响应与受力协调性,两层式半刚性基层沥青路面基层与面层模量比宜在1.2~1.5之间、基层与底基层模量比宜在2.0~7.0之间、底基层与土基模量比宜在50.0~175之间。

关键词：道路工程沥青路面受力特性模量比动态模量半刚性基层

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沥青混合料高温性能设计参数研究

中国公路学报 2009年第1期22卷 23-28页

作者：张争奇陶晶杨博长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064 长安大学电子与控制工程学院陕西西安710064

首先分析了沥青路面车辙病害的形成机理和高温下沥青混合料的强度构成原理,探讨了间接拉伸(IDT)试验原理及其与沥青用量的关系;其次在不同试验条件下对AC-16和克拉玛依70#基质沥青构成的沥青混合料进行了IDT试验,分析了IDT强度的变化规... 详细信息

首先分析了沥青路面车辙病害的形成机理和高温下沥青混合料的强度构成原理,探讨了间接拉伸(IDT)试验原理及其与沥青用量的关系;其次在不同试验条件下对AC-16和克拉玛依70#基质沥青构成的沥青混合料进行了IDT试验,分析了IDT强度的变化规律与影响因素;最后对IDT强度数据与车辙试验结果进行了相关分析。结果表明:可以采用IDT强度取代马歇尔稳定度和流值作为沥青混合料的高温性能设计参数;将试验温度为40℃、加载速率为50 mm.min-1作为IDT试验的测试条件较为合适。

关键词：道路工程沥青混合料间接拉伸试验车辙高温性能

水泥路面水性环氧稀浆下封层与半刚性基层间的黏结性能研究

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2022年第6期41卷 79-86页

作者：杨建华方滢张争奇长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064

为了探究水泥路面水性环氧稀浆下封层与半刚性基层间的黏结性能,首先通过原材料的选取和混合料配合比设计,成型“半刚性基层+水性环氧稀浆封层+水泥混凝土板”组合试验试件。在此基础上,借助具有竖向荷载的直接剪切试验,对比分析不同稀... 详细信息

为了探究水泥路面水性环氧稀浆下封层与半刚性基层间的黏结性能,首先通过原材料的选取和混合料配合比设计,成型“半刚性基层+水性环氧稀浆封层+水泥混凝土板”组合试验试件。在此基础上,借助具有竖向荷载的直接剪切试验,对比分析不同稀浆封层结合料条件下的封层级配、封层后期养生温度、封层成型温度和半刚性基层表面污染程度对稀浆封层和半刚性基层层间黏结性能的影响,并提出保证二者层间黏结性能的措施。试验结果表明:相比于基质乳化沥青和SBR改性乳化沥青,水性环氧-SBR改性乳化沥青稀浆封层与半刚性基层间的黏结性能明显较优;各因素对不同结合料的封层与半刚性基层间的黏结性能影响程度一致,均表现出封层级配、成型温度和污染程度对层间黏结性能影响较大,而后期养生温度对层间黏结性能影响较小的特点;建议采用细粒式封层,在20℃的成型温度下铺筑封层且在铺筑前清扫半刚性基层下承层的措施,以保证层间的黏结性能。

关键词：道路工程水泥混凝土路面水性环氧-SBR改性乳化沥青稀浆封层下封层黏结性能

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抗凝冰含砂雾封层的研发及性能分析

吉林大学学报（工学版） 2023年第12期53卷 3492-3500页

作者：张争奇路畅强亚奎郭寅川王东赵富强长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室西安710064 酒泉市交通运输局甘肃酒泉735000 陕西交通控股集团有限公司西安710009

为高效解决冬季路面积雪结冰问题,提出了在路面铺设抗凝冰含砂雾封层的方法。首先,明确了抗凝冰含砂雾封层的材料配比、抗凝冰机理和制备工艺;然后,设计了融冰雪、除冰和冻融循环试验以验证其抑冰融雪的效果,同时进行了抗渗性、抗滑性... 详细信息

为高效解决冬季路面积雪结冰问题,提出了在路面铺设抗凝冰含砂雾封层的方法。首先,明确了抗凝冰含砂雾封层的材料配比、抗凝冰机理和制备工艺;然后,设计了融冰雪、除冰和冻融循环试验以验证其抑冰融雪的效果,同时进行了抗渗性、抗滑性和耐磨性试验以评价其路用性能。结果表明:抗凝冰含砂雾封层通过构筑疏水表面和释放融雪剂达到抗凝冰效果,其中疏水剂和抗凝冰剂的最优掺量分别为8%和40%;该材料可使路表冰雪量显著减少,并且经冻融循环作用后仍能保持除冰性能,表现出良好的除冰雪效果和耐久性;此外,其具备良好的抗渗性和耐磨性,虽其使原路面抗滑性略有降低,但仍能满足技术要求。

关键词：道路工程抗凝冰含砂雾封层疏水改性除冰雪性能抗滑防渗性能

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沥青混合料汉堡车辙试验评价研究综述

材料导报 2017年第3期31卷 96-105页

作者：张争奇罗要飞张苛长安大学公路学院特殊地区公路工程教育部重点实验室西安710064 阜阳师范学院信息工程学院阜阳236041

为规范使用汉堡车辙试验(Hamburg wheel-track device,HWTD)评价沥青混合料的高温抗车辙性能和水稳性能,科学地指导试验操作程序、相关数据处理和评价指标计算等,总结和探讨了HWTD相关的试验条件、圆柱型试件影响因素、车辙深度预测模... 详细信息

为规范使用汉堡车辙试验(Hamburg wheel-track device,HWTD)评价沥青混合料的高温抗车辙性能和水稳性能,科学地指导试验操作程序、相关数据处理和评价指标计算等,总结和探讨了HWTD相关的试验条件、圆柱型试件影响因素、车辙深度预测模型、点位选取原则、评价指标的获取与计算方法等的现状和存在的问题,并展望了进一步的研究方向。研究结果表明,试验条件直接影响着混合料的性能评价,其试验温度、评价标准和荷载作用次数等的确定与选取应充分考虑沥青等级和环境气候的差异;并基于圆柱型试件拼接缝对混合料受力特性和车辙深度点位选取的影响,提出了相应的改善措施。相关评价指标计算模型的引入弥补了现有个别评价指标求取不明确的缺陷,为混合料性能的科学评价和区分提供指导,也为我国相关HWTD规范的制定奠定基础。

关键词：道路工程沥青混合料汉堡车辙试验车辙深度作用次数

不同类型温拌剂对沥青混合料路用性能影响及其效能评价

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江苏大学学报（自然科学版） 2022年第6期43卷 711-718页

作者：张争奇张天天王相友石荣杰长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064 浙江公路水运工程监理有限公司浙江杭州310004 陕西交通控股集团有限公司陕西西安710038

为评价不同类型温拌剂效能,并推荐其适用地区,选取PRLT、Sasobit、Aspha-min及HH-XⅡ等不同降黏机理的温拌剂,通过SGC旋转压实试验、热力学分析及路用性能试验,分析不同类型温拌剂对SBS改性沥青混合料降温效果、能源消耗及路用性能的影... 详细信息

为评价不同类型温拌剂效能,并推荐其适用地区,选取PRLT、Sasobit、Aspha-min及HH-XⅡ等不同降黏机理的温拌剂,通过SGC旋转压实试验、热力学分析及路用性能试验,分析不同类型温拌剂对SBS改性沥青混合料降温效果、能源消耗及路用性能的影响.同时,基于灰色关联分析法评价4种温拌剂的效能.试验结果表明:4种温拌剂均能降低混合料的拌和温度与压实温度,其中PRLT的降温节能效果最佳,并能大幅度降低能源消耗;Sasobit能够大幅提升混合料的高温稳定性,可用于高温重载地区;PRLT改善了混合料的低温抗裂性及水稳定性,但对高温稳定性不利,适用于季冻区沥青路面建设;Aspha-min沥青混合料的低温抗裂性最优,可用于严寒地区;HH-XⅡ对混合料的高温稳定性和低温抗裂性均产生不利影响,但对水稳定性有利,考虑用于降雨量大的地区;PRLT与混合料性能的关联度最大,综合表现最好.

关键词：沥青混合料温拌剂路用性能降温效果灰色关联理论

添加剂对含盐高湿环境沥青混合料水稳定性的影响

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功能材料 2015年第21期46卷 21128-21132页

作者：张争奇张苛长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室西安710064

采用玄武岩纤维、聚酯纤维、木质素纤维、抗剥落剂AMR、TJ-066和消石灰六种添加剂生产沥青混合料并成型试件,将试件在10%NaCl溶液中干湿循环15次以模拟含盐高湿环境的侵蚀作用,然后进行浸水马歇尔实验、冻融劈裂实验、动水压力冲刷劈裂... 详细信息

采用玄武岩纤维、聚酯纤维、木质素纤维、抗剥落剂AMR、TJ-066和消石灰六种添加剂生产沥青混合料并成型试件,将试件在10%NaCl溶液中干湿循环15次以模拟含盐高湿环境的侵蚀作用,然后进行浸水马歇尔实验、冻融劈裂实验、动水压力冲刷劈裂实验和浸水汉堡车辙实验。实验结果表明,掺加6种添加剂后,沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比和冲刷劈裂强度比均有不同程度的提高;不同添加剂均可以提高沥青混合料的破坏次数,延缓剥落现象的出现并降低剥落速率,减小混合料破坏时的车辙深度;玄武岩纤维改善沥青混合料水稳定性的效果最好,消石灰次之,两种抗剥落剂相对较差,建议在含盐高湿地区优先选择玄武岩纤维来提高沥青混合料的抗水损害性能。

关键词：道路工程含盐高湿环境添加剂沥青混合料水稳定性

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基于高温性能的沥青混合料级配设计方法

交通运输工程学报 2010年第6期10卷 9-14页

作者：李平王秉纲张争奇长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410076 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064

为设计嵌挤、密实、稳定的矿料级配,利用粗集料堆积密度试验分析了容器容积和撒铺方式对集料密度测试结果的影响,建立了基于MTS的粗集料贯入试验方法,对不同混合料进行了汉堡车辙试验,并提出利用贯入试验确定粗集料级配,利用贝雷法合成... 详细信息

为设计嵌挤、密实、稳定的矿料级配,利用粗集料堆积密度试验分析了容器容积和撒铺方式对集料密度测试结果的影响,建立了基于MTS的粗集料贯入试验方法,对不同混合料进行了汉堡车辙试验,并提出利用贯入试验确定粗集料级配,利用贝雷法合成粗细集料的混合料级配。试验结果表明:受到容器容积、集料洒落方式等的影响,国内外粗集料松装密度测试数据间存在6%的差距;按贝雷法设计的混合料无法保证其高温稳定性能;贯入试验可有效区分粗集料稳定性,同时与混合料车辙深度的线性相关系数达到0.71。可见,混合料级配设计方法可有效确保混合料高温性能。

关键词：道路材料沥青混合料级配设计贯入试验贝雷法汉堡车辙试验