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平衡设计法热再生混合料动态模量试验分析

中国科技论文 2023年第6期18卷 608-615页

作者：肖庆一吴康威张恒苏刚龚芳媛河北工业大学土木与交通学院天津300401

为了提高热再生沥青混合料中沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的掺量,解决传统设计方法得到的大掺量热再生料路用性能较差的问题,以动态模量试验验证平衡设计法作为提高RAP掺量的有效路径。通过沥青混合料性能试验机测试... 详细信息

为了提高热再生沥青混合料中沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的掺量,解决传统设计方法得到的大掺量热再生料路用性能较差的问题,以动态模量试验验证平衡设计法作为提高RAP掺量的有效路径。通过沥青混合料性能试验机测试4组不同RAP掺量的平衡设计法沥青混合料和1组马歇尔设计法沥青混合料的动态模量和相位角。结果表明:采用平衡设计法的沥青混合料,高RAP掺量在低频/高温条件下保持良好弹性状态,高频/低温条件下保持与普通热拌料相近的黏弹性,实现了大掺量RAP热再生混合料力学指标感温性的降低;基于路面材料病害能量原理分析,采用平衡设计法的大掺量RAP热再生混合料高温情况下具有更高的抗车辙因子,中温条件下具有更低的疲劳耗散因子,即混合料具有更好的抗车辙和抗疲劳性能。综合分析,针对大掺量RAP热再生混合料采用平衡设计法,能有效满足各方面性能要求,实现大掺量RAP热再生混合料均衡设计,为提升RAP高效再生提供有力的设计手段。

关键词：热再生沥青混合料平衡设计法动态模量抗车辙因子疲劳耗散因子

厂拌热再生混合料平衡设计法与马歇尔设计法的对比研究

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公路交通科技 2022年第11期39卷 26-35页

作者：肖庆一宇锦涛龚芳媛张恒苏刚河北工业大学土木与交通学院天津300401 天津市交通工程绿色材料技术工程中心天津300401 山东高速路用新材料技术有限公司山东济南250000

平衡设计法是近年来提出的一种新颖的沥青混合料设计理念,其为突破大掺量厂拌热再生混合料的性能瓶颈提供了重要的技术途径。为了探究平衡设计法在厂拌热再生沥青混合料配合比设计中所发挥的效能,采用第3类平衡设计法对不同RAP掺量的厂... 详细信息

平衡设计法是近年来提出的一种新颖的沥青混合料设计理念,其为突破大掺量厂拌热再生混合料的性能瓶颈提供了重要的技术途径。为了探究平衡设计法在厂拌热再生沥青混合料配合比设计中所发挥的效能,采用第3类平衡设计法对不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料进行了配合比设计,完成了路用性能分析。以3大指标和135℃布氏黏度为指标,对再生沥青结合料性能进行分析,确定了再生剂最佳掺量。以湿热耦合下沥青抗变形性能为设计沥青含量上限,以半圆弯拉抗裂性能为设计沥青含量下限,对5种不同沥青含量的再生混合料开展了性能研究,综合确定了最佳沥青含量。对平衡设计法下各RAP掺量的混合料进行性能测试,验证了平衡设计法对混合料配合比设计的影响以及RAP掺量对再生材料性能的影响。结果表明:相比于马歇尔设计法,平衡设计法在低RAP掺量下可主动降低配合比沥青含量,使材料具备更好的高温稳定性,而低温性能略逊于马歇尔设计法,空隙率稍大;在高RAP掺量下,基于抗裂性能需求,主动增加沥青用量能更好地保证再生沥青混合料的抗裂性,适当降低高温性能指标。平衡设计法能够有效降低RAP掺量增加带给再生材料性能的负面影响,比马歇尔设计法更注重抗裂性能以及水稳定性能指标波动范围的均衡,使材料具备更好的低温性能、更稳定的水稳定性能以及耐久性,有力地推动了厂拌热再生混合料配合比设计方法的技术进步。

关键词：道路工程热再生混合料高低温性能厂拌热再生混合料平衡设计法沥青路面回收材料

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高旧料掺量下平衡设计法与马歇尔设计法对比

科学技术与工程 2023年第33期23卷 14379-14387页

作者：王珊珊苏刚张文武周海防肖庆一龚芳媛山东高速集团有限公司济南250000 山东高速路用新材料技术有限公司济南250000 河北工业大学土木与交通学院天津300401 河北工业大学天津市装配式建筑与智能建造重点实验室天津300401

平衡设计法秉持混合料性能平衡的理念,为增强就地热再生混合料性能提供了配合比设计领域的新方向。为探究平衡设计法在就地热再生领域所发挥的效能,采用就地热再生平衡设计流程对3种高旧料掺量(reclaimed asphalt pavement,RAP)的热再... 详细信息

平衡设计法秉持混合料性能平衡的理念,为增强就地热再生混合料性能提供了配合比设计领域的新方向。为探究平衡设计法在就地热再生领域所发挥的效能,采用就地热再生平衡设计流程对3种高旧料掺量(reclaimed asphalt pavement,RAP)的热再生沥青混合料进行配合比设计,并与马歇尔设计法进行对比,完成路用性能分析。以流变学性能指标确定了最佳再生剂掺量,以沥青混合料高低温性能试验确定了最佳沥青含量,以多类型路用性能试验研究了两种设计法在就地热再生技术中的适用性。结果表明:平衡设计法的最佳沥青含量在各RAP掺量下均高于马歇尔设计法;平衡混合料的路用性能均可满足规范要求;马歇尔混合料在70%~80%RAP掺量的低温性能不满足规范要求。虽然平衡设计法对混合料高温性能造成削弱,但RAP掺量越高,该影响越低;且比马歇尔设计法更能保证混合料的低温、疲劳与水稳定性能,显著增强了就地热再生混合料的综合性能。因此平衡设计法比马歇尔设计法更适用于就地热再生技术。

关键词：就地热再生平衡设计法马歇尔设计法性能试验对比

基于平衡设计法的沥青混合料骨架结构及性能研究

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基于平衡设计法的沥青混合料骨架结构及性能研究

作者：杨明长沙理工大学

学位级别：硕士

传统沥青混合料设计方法一般都是根据体积特性来定义的,如马歇尔设计法与Superpave设计法。影响混合料性能的重要指标之一就是沥青用量,使用过量的沥青会导致混合料容易发生车辙,而沥青含量不足则会导致开裂、剥落或其他耐久性问题。传... 详细信息

传统沥青混合料设计方法一般都是根据体积特性来定义的,如马歇尔设计法与Superpave设计法。影响混合料性能的重要指标之一就是沥青用量,使用过量的沥青会导致混合料容易发生车辙,而沥青含量不足则会导致开裂、剥落或其他耐久性问题。传统沥青混合料设计方法采用的体积参数等指标与路用性能之间缺乏很好的联系,平衡设计法能更好地兼顾抗车辙与抗开裂性能逐渐成为研究热点。本文选用AC-13作为设计级配,分别通过马歇尔设计法、Superpave设计法以及平衡设计法进行沥青混合料配合比设计。对三种不同设计方法下沥青混合料的CT扫描图像进行数字图像处理;研究平衡设计法和传统沥青混合料设计方法的空隙分布规律和骨架结构特征;对不同设计方法下的试件进行水稳定性试验和单轴压缩动态模量试验,并构建动态模量主曲线,研究平衡设计法和传统沥青混合料设计方法下沥青混合料的性能,主要研究结论如下:(1)分别用三种设计方法进行配合比设计发现:平衡设计法、马歇尔设计法和Superpave设计法得到的最佳油石比分别为5.0%、5.2%和5.7%。偏重沥青混合料的密度和孔隙特性的分析是马歇尔设计法的特点,可以确保混合料有合适的体积比例;Superpave设计法中沥青混合料试件是使用旋转压实仪完成的,可以比较真实的模拟沥青路面施工中实际的压实情况;平衡设计法更加注重规范对路用性能的要求,得到的最佳油石比相对较小。(2)通过数字图像处理研究三种设计方法下的沥青混合料骨架结构特征,结果表明:试件空隙率沿纵向呈“W”形曲线分布;通过CT扫描测得的试件空隙率均比室内试验测得的试件空隙率要高;平衡设计法下沥青混合料试件的平均配位数在0.8～1.1之间,相对于其他两种设计方法,平衡设计法所设计的沥青混合料骨架结构比较稳定。(3)通过三种不同设计方法下的混合料试件水稳定性对比分析发现,传统沥青混合料设计方法与平衡设计法下试件冻融劈裂强度比都超过80%,在我国规范允许的范围内,其中Superpave设计法下沥青混合料水稳定性相对较好。(4)单轴压缩动态模量试验结果表明,温度升高后动态模量显著减小;而加载频率增大会导致动态模量呈现上升趋势。在低温时Superpave设计法下沥青混合料动态模量相对较大;而35℃和50℃下平衡设计法下沥青混合料的动态模量要相对较大;在低频荷载和高频荷载作用区域动态模量随频率的增长相对较慢;在中间频率作用区域动态模量随频率的增长相对较快。在低频荷载作用区域,平衡设计法下沥青混合料的动态模量比马歇尔设计法下沥青混合料动态模量要大,而Superpave设计法所设计的沥青混合料的动态模量明显小于另外两种设计方法。在中频荷载作用区域,三种设计方法下沥青混合料的动态模量差距较小。在高频荷载作用区域,马歇尔设计法下沥青混合料动态模量最大。

关键词：沥青混合料平衡设计法数字图像处理技术骨架结构力学性能

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沥青混合料平衡设计法研究综述

中外公路 2022年第1期42卷 226-232页

作者：肖庆一张恒孙立东范津苏刚河北工业大学土木与交通学院天津市300401

为改善中国路面开裂的现状、平衡道路车辙与开裂之间的关系,找到更优的沥青混合料设计方法,对国外沥青混合料平衡设计法进行了梳理研究。概述了马歇尔法和Superpave设计法的不足以及平衡设计法的设计机理、起源与发展,明确三类平衡设计... 详细信息

为改善中国路面开裂的现状、平衡道路车辙与开裂之间的关系,找到更优的沥青混合料设计方法,对国外沥青混合料平衡设计法进行了梳理研究。概述了马歇尔法和Superpave设计法的不足以及平衡设计法的设计机理、起源与发展,明确三类平衡设计法的概念与内涵;总结平衡设计法混合料试验评价方法和应用实践现状,得出结论:马歇尔法应用较多、实践较成熟;用平衡设计法设计的沥青混合料性能更优,能更好地兼顾抗车辙与抗开裂性能、延长道路使用寿命,但现阶段的平衡设计法存在开裂试验中裂缝标准不一、试件老化标准缺乏、忽视质量控制/质量保证(QC/QA)等问题。未来可借助平衡设计法优化中国现行的沥青混合料设计方法,引入QC/QA,制定相应的规范标准,解决车辙与开裂之间的矛盾,全面有效地提高中国路面的使用寿命。

关键词：平衡设计法综述沥青混合料车辙开裂性能测试

平衡设计法在厂拌热再生沥青混合料中的应用技术研究

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平衡设计法在厂拌热再生沥青混合料中的应用技术研究

作者：张恒河北工业大学

学位级别：硕士

路面材料循环利用是发展绿色交通建设的重点,沥青路面养护、翻修会产生大量废旧混合料,厂拌热再生技术可有效利用废弃旧料,但由于旧料性质差异大,高掺量RAP的热再生沥青混合料很难设计成功。国内现行的马歇尔设计法在设计沥青混合料时... 详细信息

路面材料循环利用是发展绿色交通建设的重点,沥青路面养护、翻修会产生大量废旧混合料,厂拌热再生技术可有效利用废弃旧料,但由于旧料性质差异大,高掺量RAP的热再生沥青混合料很难设计成功。国内现行的马歇尔设计法在设计沥青混合料时也存在诸多缺陷,不能有效地兼顾混合料的高温和低温性能。基于此,本文利用以性能平衡为目的的平衡设计法对不同RAP掺量的热再生沥青混合料进行应用设计,并于马歇尔设计法进行对比,以研究平衡设计法在厂拌热再生技术中的应用。通过比选平衡设计法的三种不同类型,选择完全基于性能试验的平衡设计法。确定50℃浸水汉堡车辙试验和25℃半圆弯曲试验作为本文平衡设计法采用的性能试验,并明确了性能试验的方法、评价指标和有效标准。测定RAP和原材料性质,设计研究试验方案,选用AC-13C型级配对0%、20%、40%、60%RAP掺量的热再生混合料进行级配组成设计,采用多种室内试验对平衡混合料性能进行综合评价,并与马歇尔设计法进行比较。选择再生剂掺加工艺,对再生沥青进行常规性能试验和PG性能分级试验,掌握回收沥青再生规律。研究发现,新沥青PG等级为64-22,旧沥青已不满足PG标准,再生剂的掺入可有效恢复再生沥青黏度、三大指标,降低疲劳因子、车辙因子和蠕变劲度,提高蠕变模量。选择9%作为再生剂最佳掺量,此时再生沥青PG等级恢复为70-22,红外光谱结果显示9%再生剂掺量可有效恢复再生沥青分子官能团数量。确定厂拌热再生沥青混合料的拌和工艺流程,利用平衡设计法对四种RAP掺量的热再生混合料进行设计,获得新沥青最佳用量。通过各类室内试验,分析不同RAP掺量下平衡混合料的路用性能。试验结果表明四种RAP掺量的平衡混合料路用性能良好,高低温性能均可有效兼顾;RAP高掺量时,平衡设计法能有目的的提高沥青含量,减小热再生混合料在动态模量高频率下低温性能的下降幅度。最后,利用马歇尔设计法对四种RAP掺量的热再生沥青混合料进行设计,得到的马歇尔混合料与平衡混合料进行试验对比。结果表明,平衡设计法设计的热再生混合料空隙率波动范围更大,逼近空隙率界限,零或低掺量RAP时,平衡设计法能在保证低温性能的情况下,设计新加沥青用量更少,节省经济成本;高掺量RAP时,平衡设计法能通过提高沥青含量确保热再生混合料的低温性能,更好地平衡车辙与开裂之间的关系,有效提高RAP的掺配比例。平衡设计法为热再生沥青混合料设计尝试了新的设计方法,丰富了再生沥青混合料性能提升的路径。

关键词：平衡设计法厂拌热再生再生沥青 PG分级路用性能

基于层位特性的中面层沥青混合料平衡设计法初步研究

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基于层位特性的中面层沥青混合料平衡设计法初步研究

作者：毛琪武汉工程大学

学位级别：硕士

热拌沥青混合料配合比设计的核心任务和最终目的,是为给定的原材料及混合料类型确定级配和最佳沥青用量,使得沥青混合料性能得到最大限度的发挥。沥青路面的车辙病害与混合料的抗永久变形能力相关,裂缝与混合料的抗裂能力相关,而沥青含... 详细信息

热拌沥青混合料配合比设计的核心任务和最终目的,是为给定的原材料及混合料类型确定级配和最佳沥青用量,使得沥青混合料性能得到最大限度的发挥。沥青路面的车辙病害与混合料的抗永久变形能力相关,裂缝与混合料的抗裂能力相关,而沥青含量的多少直接影响混合料的这两种能力:沥青含量高,有利于混合料的抗裂能力;沥青含量低,有利于混合料的抗变形能力。也就是说,沥青混合料中沥青含量的高低,使其抗变形能力和抗裂能力相矛盾。既然是相矛盾的,就应该有个平衡点:即沥青混合料中的沥青含量应该存在一个值,当沥青含量为该值时,其抗变形能力和抗裂缝能力处于均衡状态,不偏不倚。另一方面,沥青路面结构是分层的,不同层位的受力特性不一样,因此各自的抗变形特点和抗裂缝特点也不一样。比如,对一个三层沥青层的路面结构,中面层对车辙的贡献率可能是最大的,而下面层对抗反射裂缝和抗疲劳裂缝的作用更为关键。因此,一个理想的混合料最佳沥青含量的确定方法,应该是在综合考虑路面结构不同沥青层的变形特性和开裂特性基础上,使沥青混合料的抗裂缝能力和抗变形能力相对平衡。目前沥青混合料配合比设计的方法有多种,比如Marshall法,Superpave法,Hveem法,法国LCPC法以及美国Texas洲的TxDOT法等。实际上,这些方法都是基于沥青混合料高温性能的试验设计方法,并没有很好的综合考虑沥青混合料的低温性能,而且,同样材料不同设计方法得出的最佳沥青含量相差很大。另外,目前的混合料配合比设计中最佳沥青含量的确定,基本上与路面结构无关,既不考虑路面结构的层位特性,更不考虑层厚问题,这就导致了目前沥青路面的结构设计与混合料的材料设计关联性差,难以充分有效地发挥各层沥青混合料的抗变形能力和抗裂缝能力。因此,在考虑沥青层层位特性、使得沥青混合料的抗裂缝能力和抗变形能力相对平衡的基础上,开发沥青混合料最佳沥青含量新的设计法,具有十分重要的意义。沥青混合料平衡设计法主要包括两个部分:i)均衡考虑抗车辙与抗开裂性能得到初选沥青含量范围;ii)考虑层位特性优化沥青含量范围。本文在均衡考虑沥青混合料抗车辙和抗开裂能力的基础上,首次提出基于层位特性的沥青混合料平衡设计法的基本概念,并对平衡设计法所需要用到的试验方法、评价指标、基本步骤进行了具体阐述,然后以高等级公路沥青路面的中面层为例,对该设计法的可行性进行了论证。在进行论证的过程中,以沥青中面层常用的AC-20沥青混合料为分析对象,通过汉堡车辙试验和OT试验分别评价其高温抗车辙与低温抗开裂性能,首先得到沥青含量的有效区域;另一方面,借助于VESYS车辙预估模型,通过试验获得沥青混合料的永久变形参数、通过沥青层顶面及层底的弯沉值计算得到车辙预估量,然后通过有限元模型计算出的车辙贡献率和中面层车辙容许深度值,进一步确定中面层沥青混合料的最佳沥青含量范围。初步研究结果表明,基于层位特性的沥青混合料平衡设计法具有可行性,能结合沥青层的层位特点相对均衡地发挥各层沥青混合料的抗车辙能力和抗裂缝能力,值得进一步深入研究。

关键词：平衡设计法层位特性车辙裂缝中面层

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沥青混合料工作性能研究综述

中国公路学报 2024年

作者：季节于淼章王涵王玉果周艳东郑文华北京建筑大学北京市城市交通基础设施建设工程技术研究中心北京建筑大学北京节能减排与城乡可持续发展省部共建协同创新中心中交一公局集团有限公司北京建筑大学土木与交通工程学院中交一公局集团有限公司海外公司

为实现沥青混合料设计、施工与服役期间的性能一体化，本文引入沥青混合料工作性能指标，从黏聚性、黏附性、流动性、可压实性和均匀性5个方面分析其对混合料工作性能的影响特征。首先分别阐述了上述5个方面各自的评价方法与指标，总结... 详细信息

为实现沥青混合料设计、施工与服役期间的性能一体化，本文引入沥青混合料工作性能指标，从黏聚性、黏附性、流动性、可压实性和均匀性5个方面分析其对混合料工作性能的影响特征。首先分别阐述了上述5个方面各自的评价方法与指标，总结了现有评价体系的不足与未来研究方向；其次，综合分析了上述5个方面之间内在联系及其对混合料路用性能的影响规律。最后，基于沥青混合料的工作性能与路用性能，试图提出合理、便捷且极具代表性的沥青混合料工作性能综合评价方法及指标，并将该综合指标嵌入设计阶段，提出基于工作性能与路用性能的沥青混合料平衡设计法，以此来调整、优化设计沥青混合料，推动沥青混合料设计方法的完善与升级，促进沥青路面的可持续与高质量发展。

关键词：路面工程工作性能黏聚性黏附性流动性可压实性均匀性平衡设计法

基于平衡设计法理念确定最佳再生剂掺量技术研究

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公路 2024年第3期69卷 340-347页

作者：苏刚肖庆一龚芳媛徐筱筱山东高速路用新材料技术有限公司济南市250000 河北工业大学土木与交通学院天津市300401 河北工业大学天津市装配式建筑与智能建造重点实验室天津市300401 山东高速建材集团有限公司济南市250000

将平衡设计法应用到最佳再生剂掺量的确定流程中,致力于确定更加合适的最佳再生沥青,拓展平衡设计法的应用与再生沥青的整体性能。以流变学性能为最佳再生剂掺量确定指标,车辙因子确定上限,S值与m值确定下限,以此范围综合确定最佳再生... 详细信息

将平衡设计法应用到最佳再生剂掺量的确定流程中,致力于确定更加合适的最佳再生沥青,拓展平衡设计法的应用与再生沥青的整体性能。以流变学性能为最佳再生剂掺量确定指标,车辙因子确定上限,S值与m值确定下限,以此范围综合确定最佳再生剂掺量,并通过常规沥青试验、红外光谱等试验进行性能验证。结果表明:通过平衡设计法确定的再生沥青各项常规沥青指标符合规范要求;红外光谱试验表明再生沥青的沥青各组分与新沥青相近,扫描电镜试验表明再生沥青的流变性能明显改善。综上,平衡设计法理念能够应用到再生剂掺量的确定中,且再生沥青的性能能够达到新沥青的使用标准。

关键词：沥青再生再生剂掺量平衡设计法性能平衡微观试验