Nanomodified沥青路面力学响应和结构优化

文摘

纳米材料广泛应用于制备改性沥青,因为他们可以改善基质沥青的高温性能,取得了良好的工程效果。然而,现有的研究主要集中在材料分析和公式的发展nanomodified沥青和尚未参与nanomodified沥青路面结构的力学响应。机械响应包含水平拉应力和垂直压应力SiO₂修改后的沥青路面。无法提出匹配的路面结构组合的独特nanomodified沥青的材料特性,导致路面疾病的可能性的增加和材料浪费。因此,考虑到半刚性的基础是在中国使用最广泛的基本类型,建立了两种不同结构模型的nanomodified沥青路面根据当前的规范。路面厚度的影响、材料类型和路面设计参数对nanomodified沥青路面的力学响应进行了分析,然后采取最佳力学性能的原理和nanomodified沥青路面结构的最佳组合。

1。介绍

近年来,纳米技术已广泛应用于沥青改性,提高沥青的高温性能有明显的影响(1- - - - - -5]。卡普托等人介绍了纳米粒子的特性在一个容易审查使用沥青和沥青制备二氧化硅,陶瓷,粘土,其他氧化物,无机纳米粒子和讨论的框架用于沥青和沥青准备各种范围(6]。李等人发现,纳米材料的加入可以显著提高沥青材料的属性如viscoselasticity、高温性能、和电阻老化、疲劳、和水分7]。太阳等人研究了改善基础沥青在高温和低温性能和聚合物复合纳米材料修饰符来解决基础沥青粘结剂的低温性能(8]。马等人开车TiO₂纳米粒子应用到路面和现在的一个实验调查的表演和汽车尾气净化沥青及其混合nano-TiO修改₂(9]。胡等人制定热变色沥青混合料(协会)混合掺杂热变色粉和/或nano-TiO₂分散在不同浓度成传统的沥青混合料(10]。胡锦涛等人调查TiO的可行性₂水性环氧树脂作为雾密封和排气退化材料在沥青路面通过添加一个商业锐钛矿和金红石混合相位nano-TiO₂(11]。李等人研究了物理上的基团,无机纳米粒子的影响纳米氧化锌和沥青的中空玻璃的耐紫外老化性能以及微观结构的粘结剂(12]。Karahancer等人研究了一种新型沥青改性的氧化铝(Al₂O₃)纳米颗粒,与沥青混合三个百分比,提高沥青的性能和热拌沥青(协会)13]。Sarkar等人的物理和力学性能改善open-graded摩擦课程(大)上瘾的组合nanosilica (NS)材料和耐碱玻璃纤维(AR) (14]。李等人使用了两个纳米微波吸收剂称为碳纳米管(碳纳米管)和字母改善微波加热和微波辐照下愈合性能的沥青15]。Patchai基于等人研究了适当的混合方法来提高沥青属性使用常规和微波加热方法利用NFC沥青改性剂和混合沥青的NFC (16]。产生nanocarbon Jeffry等人从椰子壳灰(NCA)作为沥青改性剂(17]。阿克巴里等人研究了热拌沥青(协会)的疲劳响应包含纳米黏土和nanoalumina改性沥青及其与表面自由能的关系(技术参数(18]。侯赛因等人发现良好的全国大会党分散在沥青矩阵通过XRD模式和扫描电子显微镜(SEM) NCP-modified沥青(NCPMB) [19]。施等人分析了16个沥青的流变特性和不同内容的nanosilica和青川岩沥青通过单变量分析和方差分析20.]。任等人评价沥青性质的影响,温度和水分损失的广告/公司沥青、乳香、砂浆和调查耐久性和间接抗拉强度之间的关系(其)粘合剂的混合物和广告/公司间接拉伸测试和Cantabro损失测试(21]。江等人提出了一个新颖的方法来描述砂浆膜厚度分布在沥青混合料通过图像处理技术(22]。

然而,现有的研究主要集中在材料分析和公式的发展nanomodified沥青和没有参与nanomodified沥青路面的结构力学22- - - - - -27]。事实上,因为独特的nanomodified沥青的材料特性,其在路面结构力学作用必然会完全不同与传统的沥青混合料(28- - - - - -31日]。有必要进行系统的路面结构的力学分析nanomodified沥青路面和分析材料设计参数和路面结构参数的影响在nanomodified沥青路面的力学响应。因此,nanomodified沥青路面的路面结构组合匹配,提出了防止路面病害和材料浪费、提高nanomodified沥青路面的服务质量。因此,考虑到半刚性的基础是在中国使用最广泛的基本类型,建立了两种不同结构模型的nanomodified沥青路面根据当前的规范。路面厚度的影响、材料类型和路面设计参数对nanomodified沥青路面的力学响应进行了分析,然后采取最佳力学性能的原理和nanomodified沥青路面结构的最佳组合。

2。计算模型

2.1。路面结构和计算指数的选择

2.1.1。选择加载和计算点

“高速公路沥青路面设计规范(JTG d50 - 2017)”在中国规定,路面结构设计采用双圆圈均匀分布垂直荷载的有效载荷的计算。加载圆半径是10.65厘米,轮胎压力为0.707 MPa。应力计算点的分布如图1。在XOY水平面图1点的坐标一个(0,−15.975),点的坐标B(0,−5.325),点的坐标C(0,0),点的坐标D(0,−2.6625)。的最大值点一个,点B,点C,点D力学响应分析。方向X行驶方向。

2.1.2。设计指数和机械响应的位置

根据6.2.1“公路沥青路面设计规范(JTG d50 - 2017),“人行道的设计指标与不同结构如表所示1。同时,根据6.2.2,机械响应和垂直位置对应于每个设计指数如表所示2。

2.2。Nanomodified沥青路面结构的计算

科学分析计算结果和减少测试,这个项目使用正交试验方法来计算和分析nanomodified沥青路面结构。

根据实际使用的干线公路在中国,两个不同的工作条件设置:工作条件(表层nanoasphalt混合物+底层的SBS改性沥青+半刚性的基础层+半刚性底基层层),和工作条件II(表层nanoasphalt混合物+底层的SBS改性沥青+半刚性的基础层+底基层层的颗粒)。通过改变不同的层的厚度和模量的影响路面结构参数对路面力学响应(见表1)用于路面结构设计提供了依据和提出建议的路面结构组合形式的原则优化机械响应。I和II措辞的正交试验条件如表所示3和4,分别。

根据中国标准”为高速公路沥青路面设计规范(JTG d50 - 2017),“SiO的模量₂改性沥青混凝土与标称最大粒度的13.2毫米7310 MPa, 16毫米的公称最大粒径是10750 MPa。因此,冲浪者层的模量是选为7310 MPa, 9030 MPa(平均值),和10750 MPa。

3所示。数据和讨论

工作条件的范围直方图如图2。根据半刚性的基础和半刚性底基层的结构组合,两个控制指标,即底层无机结合料稳定层的拉伸应力和永久变形的沥青混凝土层,选择。

由于nano-SiO₂改性沥青混凝土的模量是通过实验室测试,测试中采用表层,表层的模量不被认为是在这项研究中。选择其他层的模量是按照中国标准“高速公路沥青路面设计规范。”

如图2(一个),较低的层的厚度和模量基本层的底部有一个显著的影响层拉应力的无机结合料稳定层,其次是基本层的厚度。如图2 (b)基本层的模量和底基层层模量对底部层拉应力更大的影响力的无机结合料稳定底基层层,其次是基本层的厚度。如图2 (c)表层的厚度有显著影响沥青混凝土表层的永久变形。如图2 (d),表层的厚度有显著影响底层的永久变形层沥青混凝土。

图3(一)表明,潜在的层的厚度的增加,基本层的厚度,和基础模量层,底层无机结合料稳定基本层的拉伸应力降低。基本层的厚度的增加从5厘米至7厘米有更重要的影响在底层无机结合料稳定基本层的拉伸应力比的基本层的厚度增加7厘米至9厘米。当基极层的厚度从30厘米增加到36厘米,底层无机结合料稳定基本层的拉伸应力下降缓慢,当基极层的厚度从36厘米增加到40厘米,底部层拉应力的无机粘结剂层下降相对较快地稳定基础。基本层的模量有一个更加统一的影响底层无机结合料稳定基本层的拉伸应力。如图3(b),随着基地层模量的增加,底层无机结合料稳定底基层层的拉伸应力先增加然后减少。基本层的模量和基本层的厚度增加,底层无机结合料稳定底基层层的拉伸应力相应减小。当基地层模量的增加,从9000年到11500 MPa,减少底层无机结合料稳定基本层的拉伸应力小于增加底层无机结合料稳定底基层层的拉应力,当基地层模量的增加,从9000年到14000 MPa。底基层层的模量从7000 MPa提高到8500 MPa,和底部层拉应力稳定底基层层的变化缓慢。基本层的厚度更均匀影响底层无机结合料稳定底基层层的拉伸应力。图3(c)显示,随着表层的厚度增加,永久变形的表层沥青混凝土层先增加然后减少。图3(d)显示,随着表层的厚度增加,潜在的永久变形层的沥青混凝土层减少一致。

总之,加上经济效率,推荐的路面结构如下:表层厚度4厘米+基地+基本层厚度7厘米层厚度36厘米+底基层层厚15厘米。基地层模量的值应该是中等高,底基层的模量层,该值应尽可能高,表层的模量,应尽可能高的价值。表层的模量可以根据项目的实际情况灵活选择。条件的范围图2图所示4。

如图4(一),基层的厚度对底部拉应力影响最大的无机粘结剂层,底层的厚度和模量的基层底部拉应力也有重大影响的无机粘结剂层,和其他四个控制指标没有影响无机粘结剂层底拉应力。如图4 (b),几乎没有差异的影响水平三的永久变形控制指标的表层沥青混合料层。如图4 (c)7控制指标中,表层厚度的影响,较低的层厚度,和基础模量较低的层沥青混合料的永久变形更加明显。

从图可以看出5(a),基层的厚度的增加和较低的层的厚度,无机粘结剂的底部拉应力稳定层减少,但是基层的厚度的影响在底部拉应力的递减趋势的无机粘结剂层更加均匀稳定,而较低的层的厚度对底部拉应力的递减趋势的无机粘结剂稳定层不均匀,当较低的层的厚度增加从5厘米到7厘米,底部拉应力的还原速度稳定层的无机粘结剂的1.843倍,当较低的层的厚度从7厘米增加到9厘米。增加的影响较低的层的厚度稳定层的底部拉应力高于无机粘结剂的,当较低的层的厚度是7 - 9厘米。与基础模量的增加,无机粘结剂的底部拉应力增加稳定层和基础模量的影响在底部拉应力的递减趋势的无机粘结剂层均匀稳定。从图可以看出5(b),表层厚度的增加,表面一层模量、和底基层模量、沥青混合料的永久变形表层先增加然后减少,而与较低的层厚度的增加,基本层厚度,基地层模量和底基层厚度,先增加,然后降低。其中,的影响趋势的增加较低的层的厚度和模量基本层的永久变形沥青混合料层的表层更相似,两者都是上半年的影响程度更大,和下半年几乎没有影响。增加的影响趋势基本层和底基层层的厚度的永久变形沥青混合料层的表层更相似,两者都是上半年的影响程度几乎没有影响,而后者更大一半。从图可以看出5(c),增加的表面在路面结构层厚度,表面的永久变形层沥青混合料层的逐渐减少,而且,当表层厚度增加从3米到4米,沥青混合料的永久变形速度减少表层是130.29倍,当表层厚度增加4厘米至5厘米(沥青混合料的永久变形表层基本上不改变当表层厚度增加4厘米至5厘米)。永久变形的表层沥青混合料层的逐渐增加,上半年增长迅速,在下半场几乎没有变化。当较低的层的厚度增加从5米到7米,沥青混合料的永久变形的增加率的表层是3.35倍的表层7厘米至9厘米。当基础模量从9000 MPa提高到11500 MPa,沥青混合料的永久变形的增加率表层的5.77倍,当基础模量从11500 MPa提高到14000 MPa。最后,结合经济、推荐的路面结构如下:表层的厚度是4厘米+较低的层的厚度是5厘米+基地层的厚度是40厘米+底基层层的厚度是20厘米,底部层的模量应该低,和底基层模量层和表层可以根据项目的实际情况灵活选择。

在分析数据2来4,我们看到,在不同的工作条件,影响的程度的七个相应的设计控制指标指数如表所示5。

整合后的力学响应分析结果和经济方面,建议在两个工作条件下路面结构如表所示6。

4所示。结论

通过改变不同的层厚度和模量,我们可以研究的影响nanomodified路面上沥青路面结构力学响应,然后提出建议nanomodified沥青的路面结构组合形式。

底层无机结合料稳定底基层层的拉伸应力大大影响底层的厚度层和基础模量层,其次是基本层的厚度。底层无机结合料稳定底基层层的拉应力是影响更大的基本层的模量和底基层模量层,其次是基本层的厚度。表层的厚度有显著影响沥青混凝土表层的永久变形,随着厚度的增加,永久变形先增加然后减少。表层的厚度有显著影响的永久变形底层沥青混凝土层,表层的厚度增加,永久变形均匀下降。

考虑到经济方面的推荐路面结构工作状态我如下:表层的厚度4厘米+垫层的厚度7厘米+基础层36厘米的厚度+底基层的厚度层15厘米。基地层模量的值应该是中等高,底基层层模量的值应该尽可能高,表层的模量可以根据项目的实际情况灵活选择。工况二世的推荐路面结构如下:表层的厚度4厘米+垫层的厚度5厘米+基地层40厘米的厚度+底基层的厚度层20厘米。基地层模量的值应该是低,和底基层的模量层,表层,它可以根据项目的实际情况灵活选择。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究的部分赞助由山东的高速公路建设科技项目有限公司有限公司(批准号qltd -弗兰克-威廉姆斯- 0036 - 2019),作者非常感激。

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