对AH-90基质沥青及PG70-28改性沥青分别进行了室内旋转薄膜烘箱老化、压力老化及室外光氧老化试验,采用针入度、针入度指数、延度、软化点等指标分析考察了室内热氧老化对沥青高温稳定性、低温开裂性及温度敏感性能的影响。结果表明:老化降低了沥青的低温抗裂性能,改善了沥青的抗高温变形性能和对温度的敏感性,改性沥青的抗老化性能明显优于基质沥青。采用粘温指数法、老化指数法分别考察了光氧老化及热氧老化沥青的感温性能和抗老化性能。结果表明,粘温指数法和针入度指数法具有较好的相关性,总辐射能为10.5 kJ/cm2的室外紫外光照射对沥青感温性能和路用性能的影响比PAV老化严重,在内蒙古强紫外线地区沥青路面设计时需充分考虑光老化带来的危害。

采用动态模量试验和间接拉伸疲劳试验研究了聚酯纤维沥青混凝土(纤维掺量为0.25%)的动态模量特性和疲劳性能,分析了聚酯纤维对沥青混凝土粘弹特性和疲劳性能的影响。结果表明,聚酯纤维掺入后能降低沥青混凝土低温时的脆性,提高其高温时的劲度。同时,聚酯纤维沥青混凝土的损耗模量降低,其抵抗疲劳开裂的能力增强。间接拉伸疲劳试验也表明,聚酯纤维能提高沥青混凝土的疲劳寿命,且在低应力的情况下改善效果更加明显。

采取长时间浸水马歇尔试验和多循环冻融劈裂试验方法,对掺加了水泥、抗剥落剂的安山岩集料沥青混凝土水稳定性能进行研究。结果表明,水泥和抗剥落剂均可以提高沥青混凝土抗水损害能力。在联合使用时,安山岩集料沥青混凝土的抗水损害能力提高显著。

介绍了贝雷法被用来作为检验Superpave沥青混合料级配效果的依据。比较了通辽至下洼高速公路Super-pave25,Superpave19和Superpave12.5这3种级配,选取其中具有代表性的配合比进行级配特性研究。

采用ATB-25沥青稳定碎石作为高速公路柔性基层的方法,并对施工方法及注意事项进行分析,探讨了沥青稳定碎石技术应用于西部高寒地区高速公路的可行性。

随着我国道路建设的迅速发展,人们对沥青混凝土路面提出了更高的要求。沥青混凝土路面不仅要达到一定的力学性能,而且要具有优良的路用性能。通过对Superpave级配与AC型级配进行的路用性能试验对比表明,基于沥青混合料性能设计的Superpave级配具有优良路用性能及较好的经济和社会效益。

介绍了无核密度仪的检测原理,论述了核子密度仪测试结果同现场取芯结果的对应性,并讨论了温度与压实度随碾压遍数的变化规律。

通过有限元模拟计算分析,揭示了桥面铺装各结构层的受力特性,并在此基础上确定了各结构层的力学分工。分析结果对桥面铺装材料的设计和选材具有一定的指导意义。

离析现象是沥青路面施工过程中经常出现的问题,严重的离析会导致沥青混合料的各种力学性能和使用性能的下降,严重影响路面的施工质量,并造成路面的破坏,缩短路面的寿命。对沥青混凝土路面施工中的级配离析、温度离析和碾压离析现象的原因进行分析和讨论,并提出了相应的改进工艺措施和防治技术。

分别采用动态剪切试验、马歇尔试验、车辙试验等方法研究了混杂纤维沥青胶浆的流变特性以及沥青混合料的马歇尔试件性能、路用性能,并将其与掺加单一纤维的情况进行比较。结果表明,随着混杂纤维体系中聚酯纤维比例的增加,纤维沥青胶浆的复合剪切模量增大。同时随着混杂纤维体系中木质素纤维比例的增加,沥青混合料的最佳沥青用量增加,密度下降,空隙率和马歇尔稳定度呈减小趋势。混杂纤维的掺加能显著提高沥青混合料的路用性能,且在一定程度上,混杂纤维的增强效果比单一木质素纤维更加显著。

采用熔融插层法制备了有机化累托石(OREC)改性沥青,利用X射线衍射(XRD)表征了OREC改性沥青的微观结构,研究了OREC用量对改性沥青物理性能和粘度的影响,并通过薄膜烘箱(TFOT)和压力老化(PAV)对基质沥青和改性沥青老化性能进行了比较。结果表明:OREC可与沥青熔融插层形成剥离型纳米复合结构;OREC与沥青熔融共混后,沥青的软化点和粘度均增大;与普通沥青相比,经TFOT和PAV老化后,OREC改性沥青的软化点增量和粘度增加率显著减小,表明OREC可有效改善沥青耐老化性能。

为了对采用胶粉改性沥青铺筑的实体依托工程防水层有直观的分析,使用有限元软件对桥面板、防水层和铺装层组成的结构体系进行模拟,比较在不同的防水材料弹性模量E和泊松比μ的情况下,结构体系的最大剪力。

采用熔融共混法制备了有机化蒙脱土(OMMT)改性沥青,通过薄膜烘箱老化试验(TFOT)和压力老化(PAV)试验,研究了OMMT对改性沥青老化性能的影响。结果表明,OMMT可显著减小沥青TFOT和PAV老化后粘度的增大、软化点的升高和针入度的降低,有效改善沥青的短期老化和长期老化性能;OMMT对沥青耐老化性能的改善作用随其用量的增加而增大,但当OMMT用量超过3%时,其对沥青耐老化性能的提高已较小。

SMA4.75沥青混合料在薄表层应用中具有相当优良的使用性能,在各类预防性维护项目中具有良好的前景。对SMA4.75沥青混合料进行配合比设计试验,着重从原材料试验、集料规范、混合料体积设计和最佳油石比设计等方面进行研究,并最终将其应用于西部高寒地区高速公路。

通过对不同离析程度混合料的级配及沥青含量的理论分析与试验研究表明,离析在一定范围内对混合料的性质没有太大影响,当离析超过一定限度时,混合料质量恶化。离析对路面空隙率有直接影响,当空隙率超过一定限度时,对路用性能影响很大。

采用熔融插层法制备了蒙脱土改性沥青,利用XRD分析了蒙脱土在沥青中的分散结构,研究了不同蒙脱土(钠基蒙脱土、有机化蒙脱土)对不同产地沥青物理性能的影响。结果表明:钠基蒙脱土(Na-MMT)可与沥青形成插层型纳米复合结构,而有机化蒙脱土(OMMT)与沥青形成了剥离型纳米复合结构。Na-MMT和OMMT均可增大沥青的软化点和粘度,明显提高沥青的耐高温性能,但OMMT改善效果更为显著。蒙脱土对不同沥青(盘锦-90#沥青、SK-70#、TZ-70#)的改性效果有明显差异,对盘锦-90#沥青的改性效果最好。蒙脱土掺量在2%—3%之间时,沥青的性能变化最大。

压实空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度等体积参数对沥青混合料的力学性能、施工性能和路用性能有重要影响,三者之间也存在着相互制约关系。通过研究分析体积参数之间的相互作用机理、影响体积参数的因素、体积参数与混合料质量的关系,提出了工程应用中施工参数的变化范围。

通过溶液共聚法制备了不同接枝率的马来酸酐接枝SBS(MAH-g-SBS),采用红外光谱(FTIR)对MAH-g-SBS的结构进行了表征。以不同接枝率的MAH-g-SBS为改性剂,制备了MAH-g-SBS改性沥青灌缝材料,研究了MAH-g-SBS的接枝率对改性沥青灌缝材料性能的影响。结果表明,在SBS分子链上已接枝上MAH,MAH-g-SBS可以明显提高改性沥青灌缝材料的粘结强度、拉伸强度、断裂伸长率和低温柔韧性,且改性效果随接枝率增大而提高。

根据Superpave推广应用现状,简要介绍了该技术的特点及优势,并结合Superpave技术在内蒙古自治区内应用研究的成果,论证了该技术在穿沙高速公路建设中的广阔应用前景。

将有机化蒙脱土(OMMT)与SBS改性沥青熔融共混,制备了OMMT/SBS改性沥青。利用X-射线衍射(XRD)分析了OMMT/SBS改性沥青的微观结构。通过长期热氧老化实验研究了OMMT对SBS改性沥青热氧老化行为的影响。XRD分析表明,OMMT/SBS改性沥青形成了剥离型纳米复合结构。热氧老化试验结果显示,OMMT可显著减少SBS改性沥青软化点和粘度的增加,提高其残留延度比和残留针入度比,明显改善了SBS改性沥青耐热氧老化性能。

以通鲁一级公路沥青混合料设计为依托,对沥青混合料Superpave与马歇尔设计方法进行比较和分析。采用Superpave方法成型旋转压实试件,进行混合料设计,确定混合料级配和沥青用量,再按照确定的级配制作马歇尔试件,获取2种方法的体积指标以进行对比。结果表明,旋转压实得到的试件毛体积密度较大,空隙率和矿料间隙率较小,同样的沥青用量下其沥青饱和度较大。旋转压实较接近实际的现场压实功,能反映公路交通荷载的实际情况,因此应该进一步推广应用。

进行了粗、细集料不同类型组合、不同成型压力、不同旋转压实次数比较等试验,研究了辉绿岩作为高速公路沥青表面层的可行性。

研究普通及纤维沥青混合料各项路用性能及力学性能。结果表明,添加纤维能显著改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性能,并且能有效增加混合料的整体性与柔韧性,适于作为路面铺装材料。同时针对赤通高速公路路面铺筑,研究了纤维沥青混合料的施工控制。

为了研究防水层界面抗剪工作特性及不透水性,通过正交试验设计方法,利用剪切试验机及抗渗试验设备进行了防水层界面抗剪试验和不透水性能试验。结果表明,环境温度对防水粘结层抗剪强度影响最明显,设置保护层(撒布碎石)且厚度为1.5 mm的防水层防水效果最好,在防水性能方面,胶粉改性沥青有较大优势,且能满足抗渗要求。最佳防水层设置方案为厚度为1.5 mm,撒布粒径为5—10 mm碎石保护层的胶粉改性沥青防水层。

采用熔融插层法制备了有机蒙脱土(OMMT)/SBS改性沥青,利用XRD和荧光显微镜表征了OMMT/SBS改性沥青的微观结构,研究了OMMT对SBS改性沥青物理性能和老化性能的影响。结果表明:OMMT与SBS改性沥青形成了剥离型纳米复合结构,并且OMMT可起到交联中心的作用,有利于SBS交联网络在沥青中的形成;OMMT可有效提高SBS改性沥青的粘度和软化点。与SBS改性沥青相比,在PAV老化后,OMMT/SBS改性沥青粘度增加率小、残留针入度比高,表现出优良的耐老化性能。

从水泥基材料耐久性出发,引出了水分传输的重要性,研究了水泥砂浆和混凝土的一维水分传输。结果表明:只有结合毛细吸收和扩散2种传输过程才能很好地表征水泥基材料内部的水分传输过程,材料内部孔隙结构对水分传输的动力学过程有很大的影响。该研究结果为水泥基材料耐久性评价和寿命设计提供了更精确的理论基础。

水泥基路面材料在使用过程中常会发生明显的体积收缩趋势,在结构中引起收缩裂缝,降低路面结构耐久性。主要研究利用某些工业废弃物(粉煤灰、矿渣等)和适量的无水石膏,基于钙钒石的形成而引起的膨胀势能,制备一种用于道路混凝土的收缩补偿水泥添加剂。试验结果表明,质量百分比10%以上的此种添加剂可以成功地抵消混凝土的自生体积收缩,达到收缩补偿的目的。

测试了钒渣的理化性能,针对低等级公路的底基层和基层材料的强度要求对水泥灰土稳定钒渣进行了研究,并探讨了钒渣基层的强度发展特点。结果表明,水泥石灰土稳定钒渣可用作路面基层材料,其中水泥的加入明显提高了钒渣基层材料的早期强度,当钒渣用量为60%时,掺入3%的水泥即可达到基层材料的强度标准。

薄壁墩因结构特殊,受外界气温影响明显,施工时容易产生温度裂缝。通过大量试验,以混凝土抗裂性能为评价指标,优化混凝土配合比组成,成功配制出了适用于西部大温差地区某桥梁薄壁墩结构的高性能混凝土,为混凝土施工提供了有力的保障。

探讨利用废弃水泥砂浆的有效再生利用途径。经400—800℃热处理后,水泥砂浆形成水泥水化产物的脱水相和砂子的混合物。根据水泥水化产物脱水相具有再水化能力的特点,结合粉煤灰、磷石膏等矿物材料的化学反应特性,组成一个新的胶凝材料体系。在少量化学和矿物助剂的作用下,利用该胶凝材料体系和原砂浆中的砂子可直接制成满足使用要求的建筑干混砂浆。

采用压汞法对比研究了标准养护条件下和干燥大温差气候下混凝土的孔结构。研究表明,干燥大温差气候下混凝土的孔隙率提高,平均孔径和临界孔径变大,孔体积分布曲线偏向于大孔径段,且孔隙中有害孔和多害孔所占的百分比显著提高。孔结构的劣化造成宏观性能的降低,表现为强度的损失。

研究了水胶比、粉煤灰掺量、砂率和陶粒预湿时间对高强轻集料混凝土力学性能的影响。结果表明:水胶比与强度之间呈反比关系,强度的增长存在一上限,接近上限时,提高陶粒自身强度是提高混凝土强度最有效的方法;而对于粉煤灰掺量和砂率,存在一个最优的砂率和粉煤灰掺量;陶粒预湿时间对强度影响较大,强度与预湿时间呈正比关系,预湿时间超过1 h后强度增长不大。

针对国内外对于水泥粉煤灰稳定碎石材料的力学性能研究不够完善、系统,力学参数不够合理、材料无法推广应用等问题,通过系统研究粉煤灰对水泥稳定碎石材料的早期强度、长期强度、劈裂强度以及回弹模量等力学性能的影响,探讨了粉煤灰对水泥稳定碎石材料的力学性能影响规律,为水泥粉煤灰稳定碎石材料的改性机理研究、合理力学设计参数研究提供了必要的基础。

在新拌混凝土制备过程中,因混凝土内部的微泌水效应和宏观泌水作用会对处于不同位置的骨料周围区域内产生水分的不均匀分布,进而影响界面过渡区的均匀性。利用显微硬度测试技术研究了混凝土界面过渡区的不均匀特性。结果表明,单骨料上、下以及侧面等不同界面处显微硬度值存在较大差别,其中上界面显微硬度值最大。表层骨料周围界面过渡区宽度略大于内部骨料界面过渡区;硅灰的掺加能明显改善混凝土界面过渡区的不均匀性。

采用标准稠度需水量,初、终凝时间,抗压强度,水化程度和XRD测试,研究了高温处理后旧水泥浆体(w/c=0.5)的再水化胶凝特性。结果表明:随着处理温度的提高,旧水泥浆的标准稠度需水量显著增大,初、终时间逐渐缩短,抗压强度呈上升趋势,在800℃左右达到最大值;热处理后旧水泥浆的再水化程度发展很快,1 d水化程度达到60%,28d水化程度接近90%。因此,热处理后旧水泥浆体的再水化胶凝特性与热处理温度有关,温度不同导致处理后旧水泥浆物理性能和脱水相化学组成存在差异,从而使其再水化胶凝特性表现出温度依赖性。

利用生石灰和磷石膏研制出改性生石灰,并对磷渣-碎石复合集料进行了配制,然后对改性生石灰稳定磷渣-碎石复合集料进行了强度研究。结果表明:改性生石灰不但可以降低粉磨能耗,提高磷石膏细度,增强活性,而且还能降低环境污染;磷渣取代1/2石屑量时,改性生石灰稳定磷渣-碎石复合集料强度最高。

水泥稳定基层材料的收缩系数大,加之内蒙古地区气候干燥,温差大,当地水泥稳定基层的开裂严重。为了解决此问题,在赤通高速进行了水泥粉煤灰路面基层工程实验研究。结果表明:水泥粉煤灰路面基层材料强度高,达到和水泥稳定基层相同的强度可节省水泥用量15%,水泥粉煤灰稳定基层外观致密不离析,基层整体性抗裂性好,相对于水泥稳定碎石具有明显的技术经济指标。

研究了0—4.75 mm颗粒的比例,粗集料最大粒径以及9.5—4.75 mm颗粒在粗集料中的比例对多孔混凝土透水基层抗压强度的影响。研究表明:即使多孔混凝土透水基层的水泥用量仅150 kg/m3,当4.75 mm通过率控制为10%—15%的条件下,所配制的多孔混凝土透水基层不仅具有较高的强度,还具备了良好的透水性能;最大粒径增加,强度降低,透水性增加;粗集料的9.5 mm通过率控制在20%左右时,颗粒粒子之间基本没有干涉,配制的多孔混凝土透水基层强度最大。

级配碎石的研究和应用,主要在于通过取得高质量的碎石,获得高密度的良好级配以及良好的施工压实手段来提高级配碎石的强度和稳定性。分析了级配碎石物理性能指标和影响级配碎石性能的因素,从材料选择、级配设计、不同机械组合及碾压方式方面入手,研究了级配碎石施工的压实特性和提高压实强度的方法,并通过具体试验路段进行了验证,总结了级配碎石的压实特性。

研究了一种大掺量的具有缓凝微膨胀性的路面基层稳定专用水泥,分析了石膏掺量、粉煤灰掺量对该种水泥的强度和凝结时间的影响。研究表明:这种水泥具有凝结时间长的特点,随着石膏掺量的增加,水泥的凝结时间和强度都有一个最大值,石膏的用量控制在SO3含量4.0%左右为宜,粉煤灰掺量增加,水泥的凝结间延长,强度逐渐降低,当掺量大于50%后,水泥的水化过程明显延缓。这种水泥的胶砂强度比32.5级水泥略低,但采用这种水泥稳定粒料的强度比采用通用水泥稳定粒料的强度有明显提高,达到相同的设计强度可以节省水泥用量15%左右。

稳定土厂拌设备的标定是保证拌和混合料配比准确性和质量的前提,稳定土厂拌设备在生产前必需对计量装置进行静态和动态标定。介绍了稳定土厂拌设备的计量原理,在工程实践的基础上总结了一种行之有效的静态和动态标定稳定土厂拌设备的方法,分析了标定结果的误差和收敛性,同时对标定准备工作和注意事项也作了具体说明,对广大施工单位的稳定土厂拌设备的标定有一定的指导作用。

对目前实际施工中常用的调平系统进行了分类,并对各种调平基准的结构特点、工作原理和工作特性进行了分析和比较,说明了不同调平基准实际使用的范围。

机械设备的选型和匹配是优化机械设备合理组合、实现机械化高效施工的关键。研究了水泥稳定碎石基层施工机械的选型原则和配置要求,并通过工程实例研究了机械设备的选型与匹配,总结了适合水泥稳定碎石基层施工的施工机械设备匹配方法,得出了施工设备配置数量。

根据弯道变坡摊铺控制特性的理论研究,在工程实际中采用挂线法、横坡控制器和浮动均衡梁进行了不同输入激励函数下熨平板响应的试验研究,并通过对这3种摊铺设计方法的理论和试验数据的分析,提出了解决弯道变坡摊铺的具体措施。

针对沥青拌和设备生产运行过程中经常出现影响配料精度的溢料、待料、热料仓配料波动大等现象,通过对拌和设备冷料仓进行标定,得出集料产量曲线,找出产量、冷料仓料门高度和皮带转速之间的关系,并进行调节使之保持稳定,从而实现从冷料控制级配,使生产配合比能够更加接近目标配合比,这样就提高了沥青拌和设备的配料精度,确保了沥青混合料的质量。

以实地观测数据为基础,分别从温度、降水、土壤水分和风速等方面分析了内蒙古中西部高速公路小气候的基本特征,总结出了内蒙古中西部高速公路小气候的几点共性规律,以期为路域工程建设和路域生态恢复提供理论基础和数据支持。

通过拉拔试验测定土工合成材料与风积砂的界面摩擦特性。结果表明:在风积砂中设置土工合成材料,会使风积砂获得一定的粘聚力,粘聚力的大小与材料的自身性质有关;加入土工合成材料以后,填料的内摩擦角会有一定的减小,其减小的程度与土工合成材料自身的材料性质以及材料的几何形式有关。得出了不同种类的土工合成材料对填料产生的影响。

植被护坡是公路边坡防护的有效途径,为探讨黄土高原地区植被恢复效果,为道路边坡恢复与重建提供理论与技术依据,依托高速公路建设工程,遵循恢复生态学原理,研究了高速公路边坡植被恢复的生态效果。结果表明:植被护坡中,理想植物群落设计组合应该是草-灌混合群落;豆科植物在群落中所占比例是评价护坡群落生态效益的重要指标;护坡植被覆盖度控制在合理范围内,有利于本土植被侵入和群落演替;护坡群落由人工群落向自然群落演替是一个动态、长期的过程。

通过公路边坡坡度对坡面受水、太阳辐射及植物根系的影响,分析了坡面小气候与坡面生态修复之间的关系,并通过工程实践加以印证,得出坡面生态修复工程经验性结论。

针对加筋挡墙筋材与挡墙及墙后填土的相互作用机理,采用有限元方法对风积砂加筋挡墙进行力学分析,得到墙后填土路堤中筋材受力的特点,对加筋挡墙设计和施工有实践意义。