1 天津市建筑材料科学研究院有限公司，天津 300381
2 北京建筑大学土木与交通工程学院，北京 100044
将可再分散沥青粉末(EAP)、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物(VAE)乳胶粉、苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(SBA)乳液作为外加剂分别掺入水泥砂浆，通过热处理前后的吸水率测试、胶砂强度测试和微观形貌分析，研究了不同聚合物对水泥砂浆在70 ℃的耐热老化性能的影响。结果表明：试验采用的聚合物均可降低砂浆吸水率，且吸水率随聚合物掺量的增加而降低。SBA乳液的成膜性能优于粉体聚合物，因此SBA改性砂浆的表面防水效果最佳；两种可再分散聚合物粉末对比，同期热老化后EAP对砂浆防水改性效果优于VAE。经热老化后，沥青组分高温下具有一定的黏流性，EAP改性砂浆热老化后抗压强度降低，随EAP掺量增加，抗折强度先升高后降低，其强度变化主要体现为沥青组分在高温下的作用特点，VAE改性砂浆及SBA改性砂浆热老化初期聚合物膜结构阻碍水分迁移，热老化后期柔性的聚合物膜结构破坏造成强度高于热老化前的强度，其强度变化主要体现为传统聚合物改性砂浆的特点。
聚合物 水泥砂浆 耐热老化性能 沥青粉末 polymer cement mortar heat aging resistance emulsified asphalt powder VAE VAE SBA SBA
1 青海省海西公路总段,德令哈 817099
2 长安大学材料科学与工程学院,西安 710061
为更好地促进小粒径钢渣在薄层沥青混合料中的应用,采用V-S(volumetric mix)法设计SMA-5沥青混合料的集料掺配比例; 等体积替换掺加1.18~2.36 mm、2.36~4.75 mm两种粒径钢渣于SMA-5沥青混合料中,分析其对沥青混合料试件的粗集料间隙率VCAmix、最佳沥青用量的影响; 借助车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验与浸水马歇尔试验对钢渣沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性与水稳定性进行评价。结果表明: 掺入钢渣降低了集料间的骨架结构效应,提高了混合料沥青用量; 复掺钢渣降低了沥青混合料的高温稳定性,但随着钢渣掺量增加,各掺配方案下沥青混合料的低温性能均降低,水稳定性、高温稳定性均提升; 推荐SMA-5钢渣沥青混合料中2.36~4.75 mm粒径钢渣掺量75%为最优配比。
道路工程 沥青混合料 钢渣 路用性能 粗集料间隙率 road engineering asphalt mixture steel slag SMA-5 SMA-5 road performance percent voids in coarse mineral aggregate
1 兰州理工大学土木工程学院，兰州 730050
2 江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 211103
3 东南大学交通学院，南京 210018
为探究灌注式复合路面中水泥基灌浆料-沥青胶凝体系界面微尺度粘附行为的作用机制，根据实际界面形成过程设计了实验室界面成型工艺，采用拉拔试验探究了环境温度、水泥基灌浆料类型和沥青类型对水泥浆-沥青界面粘结特性的影响。利用扫描电子显微镜、能谱仪和Fourier红外光谱仪研究了水泥浆-沥青界面过渡区的微观形貌与结构特征，采用接触角分析仪评价了水泥基灌浆料与沥青的浸润能力，揭示了水泥浆-沥青界面粘附行为的作用机制。结果表明：水泥浆-沥青界面的粘结强度随温度升高而降低；硫铝酸盐水泥基灌浆料与沥青在25~35 ℃时的界面粘结强度为1.03~1.98 N/mm2，比硅酸盐水泥基灌浆料与沥青的界面粘结强度提高了10%以上，硫铝酸盐水泥与沥青的界面强度在60 ℃时为0.32~0.38 N/mm2，比硅酸盐水泥与沥青的界面粘结强度提高了80%以上；水泥基灌浆料对沥青有微乳化作用，促使更多自由沥青转变为结构沥青，提高了水泥浆-沥青界面的粘结强度；水泥与沥青界面的粘附力主要为硬化水泥浆与沥青之间的机械作用力，水泥浆-沥青界面的粘附失效实际上是结构沥青与自由沥青之间的破坏。明确水泥-沥青界面粘附行为的作用机制可以解决水泥-沥青复合材料界面粘附性问题，为减少灌注式复合路面开裂破坏奠定理论基础。
灌注式复合路面 水泥-沥青复合材料 水泥浆-沥青界面 粘结特性 cement grout asphalt composite cement asphalt composite cement-asphalt interface bonding strength
1 武汉理工大学资源与环境工程学院, 武汉 430070
2 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室, 武汉 430070
3 湖北大江环保科技股份有限公司, 黄石 435005
为研究铜渣尾矿作为填料对沥青混合料性能的影响, 分析了铜渣尾矿的物理化学性质, 通过马歇尔稳定度试验确定沥青混合料的最佳配合比, 开展车辙试验、劈裂试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验来评价沥青混合料的路用性能, 对铜渣尾矿沥青路面进行检测, 并通过微观形貌分析铜渣尾矿与沥青的黏附特征。结果表明: AC-25C、AC-20C、AC-16C、AC-13C沥青混合料中铜渣尾矿掺量分别为4%、3%、3%、2%(质量分数), 其对应沥青用量为38%、4.2%、4.5%、4.6%(质量分数)时, 沥青混合料性能最佳。与石灰石沥青混合料相比, 铜渣尾矿沥青混合料的高温稳定性、抗裂性、水稳定性得到明显的提升。铜渣尾矿沥青路面性能良好, 其渗水系数为62 mL/min, 摩擦系数为90, 压实度为964%, 均符合规范标准, 铜渣尾矿与沥青形成的沥青胶浆具有良好的黏结性能。
铜渣尾矿 沥青混合料 填料 配合比设计 路用性能 copper slag tailing asphalt mixture filler proportion design road performance
1 中国地质大学(武汉)工程学院, 武汉 430074
2 山东省高速养护集团有限公司, 济南 250032
发展高早强和低能耗的新型绿色道路建筑材料对我国公路建设与养护具有重要意义。本文采用地聚物稳定100%的废旧沥青混合料, 制备了地聚物稳定冷再生混合料(GCRM), 研究了矿渣掺量、水玻璃模数、激发剂用量以及地聚物掺量对GCRM劈裂强度的影响及其时变规律, 通过扫描电子显微镜和EDS能谱分析了混合料的微观形貌及结构组成。结果表明, GCRM的早期强度发展较快, 相较于水泥乳化沥青稳定冷再生混合料提升明显。当矿渣掺量为30%(质量分数)、水玻璃模数为1.0、激发剂用量为50%(质量分数)、地聚物总掺量为8%(质量分数)时, GCRM具有最佳的早期强度, 7 d劈裂强度可达1.7 MPa。微观结构分析表明, GCRM破坏界面处裂缝易出现在地聚物反应程度偏低的位置。此外, 水化硅铝酸钙(C-A-S-H)层状凝胶结构的形成更有利于混合料力学性能的发展。
废旧沥青混合料 地聚物 冷再生混合料 道路工程 强度发展 微观结构 recycled asphalt mixture geopolymer cold recycled mixture road engineering strength development microstructure
红外与激光工程
2022, 51(9): 20220611
低QI(原生喹啉不溶物)含量的软沥青(SCTP)是制备煤系针状焦的优选原料, 研究其在成焦过程中的结构变化有助于高品质针状焦的研制。 基于样品的X射线衍射(XRD)数据, 利用Smarsly团队开发的CarbX软件对其全谱拟合, 定量出SCTP在不同炭化温度(400, 500, 600, 800, 1 000, 1 200和1 400 ℃)下的微晶结构参数, 进而在纳米尺度下研究SCTP的热致结构变化情况。 结果表明, 随炭化温度升高, 微晶堆垛的石墨烯层大小La从初始沥青的10.3 Å逐步增大到1 400 ℃的47.9 Å, 但在500 ℃前La增加缓慢, 只有当温度超过800 ℃后, La才显著增大, 这表明需要800 ℃以上的高温才能使交联石墨烯层内的原子重组, 进而导致微晶长大。 然而, 石墨烯碳网的C—C键长lcc受温度的影响很小, 在1.41~1.42 Å范围内变化。 由于SCTP在液相炭化成半焦过程中存在中间相转化, 导致微晶堆垛高度Lc在500 ℃前逐步增大, 在500 ℃时达到最大(Lc=31.1 Å), 随后由于半焦进一步热解缩聚, 使Lc逐步减小, 在1 000 ℃时达到最低点(Lc=15.4 Å), 超过1 000 ℃后又开始增大。 与Lc的变化趋势相同, 堆垛的石墨烯层数N从原始沥青的2.66层增加到500 ℃的约9.05层, 随后减小到1 000 ℃的4.55层, 超过1 000 ℃后又开始增大。 由于500 ℃前样品仍处于沥青态, 所以此阶段微晶的石墨烯层间距a3都较大, 约为3.50 Å。 当在500 ℃变为半焦后, a3迅速减小至3.44 Å。 随后温度升高, a3在1 000 ℃达到最小(a3=3.39 Å), 1 000 ℃后又开始增大, 这表明焦炭经历了收缩再膨胀过程。 通过CarbX软件拟合样品的XRD数据, 除了可得到样品炭微晶的主要尺寸(La, Lc, N, a3)信息外, 还可获得这些参数的分散性(ka, kc, σ3, ε3)以及堆垛的取向性(q)、 均匀性(η)和无序碳含量(cun)等信息, 有利于深入了解样品的微观结构, 有助于优质针状焦的生产。
煤系针状焦 煤沥青 微晶结构 X射线衍射 Coal-based needle coke Coal-tar pitch Microcrystalline structure XRD 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1979
1 内蒙古工业大学，内蒙古自治区土木工程结构与力学重点实验室，呼和浩特 010051
2 内蒙古工业大学土木工程学院，呼和浩特 010051
3 内蒙古大学创业学院，呼和浩特 010070
4 内蒙古交通设计研究院有限责任公司，呼和浩特 010010
5 广州敏捷投资有限公司，广州 511495
通过弯曲梁流变(BBR)试验、接触角测量及原子力显微镜(AFM)测试等方法，从宏观和微观角度对老化前后温拌胶粉改性沥青(WCR)低温抗裂性及其与集料黏附性的变化规律进行研究，并以热拌胶粉改性沥青(HCR)作为对比。结果表明：随着老化程度的加深，HCR、WCR的蠕变速率（m）和弯曲蠕变劲度（S）的比值(m/S)减小，低温抗裂性能变差，WCR的低温抗裂、抗老化性能均优于HCR；老化前后HCR、WCR与三种集料的黏附性能大小依次为石灰岩＞玄武岩＞花岗岩，WCR与集料的黏附性均优于HCR；老化前后两种沥青的微观Derjaguin-Muller-Toporov(DMT)模量与低温流变参数(m/S)呈良好线性关系，且基于Johnson-Kendall-Roberts(JKR)力学模型得到的微观表面能、黏附功分别与基于表面能理论得到的宏观表面能、黏附功呈较强相关性。
温拌胶粉改性沥青 宏微观方法 长短期老化 低温抗裂特性 表面能 黏附性 warm mix crumb rubber powder modified asphalt macro and micro method long-term and short-term aging low temperature crack resistance surface energy adhesion
1 重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074
2 重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆 400074
3 河北交通职业技术学院土木工程系，石家庄 050091
4 河北迁曹高速公路开发有限公司，唐山 063200
为了研究钢渣沥青混合料微波加热自愈合性能，制备了全石型、粗石细钢型、粗钢细石型、全钢型4种沥青混合料，采用热常数分析仪和矢量网络分析仪测试了沥青混合料的热参数和电磁参数，利用热电偶温度传感器和红外测温仪测试了沥青混合料的温度分布，并对比分析了COMSOL软件数值模拟温度场与试验温度分布；最后，采用三点弯曲破坏试验评价了沥青混合料的自愈合性能。结果表明：4种沥青混合料具有不同的微波吸收性能和传热性能，会对沥青混合料的加热速率产生一定影响；钢渣的掺入大大提高了沥青混合料的微波加热性能，且3种钢渣沥青混合料中粗石细钢型表现出较好的加热均匀性；COMSOL软件能够较好地模拟沥青混合料在微波加热下的温度分布；相比于全石型沥青混合料，粗石细钢型、粗钢细石型、全钢型沥青混合料的自愈合性能分别提高了1.11倍、1.14倍、1.11倍，钢渣的掺入较好地提高了沥青混合料的自愈合性能。
道路工程 钢渣 沥青混合料 微波加热 数值模拟 自愈合性能 road engineering steel slag asphalt mixture microwave heating numerical simulation self-healing property
1 郑州工业应用技术学院建筑工程学院，郑州 451100
2 长安大学材料科学与工程学院，西安 710000
3 郑州航空工业管理学院土木建筑学院，郑州 450046
为改善钢渣沥青混合料(SAM)抗裂性能，并尽可能降低钢渣(SS)膨胀特性对混合料耐久性的影响，基于车辙试验、SPT动态模量试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验、弯曲疲劳试验、SEM试验等，对不同掺量玄武岩纤维(BF)对SAM高、低温性能和水稳定及疲劳性能的影响及增强机理进行研究。结果表明：BF可显著增强SAM高温抗变形能力，且对不同SS掺量SAM低温柔韧性均有一定的提高；随着冻融循环次数增加，玄武岩纤维-钢渣沥青混合料（BF-SAM）的水稳定性降低幅度较SAM明显减小；BF的加筋、阻裂作用提高了SAM的疲劳寿命。综合各项路用性能，BF-SAM的推荐掺量为0.4%(质量分数)的BF，45%~55%(质量分数)的SS。
钢渣沥青混合料 玄武岩纤维 组成设计 增强机理 路用性能 高低温性能 steel slag-asphalt mixture basalt fiber composition design reinforcement mechanism road performance high-and-low temperature performance
