Asphalt Material Characterization, Accelerated Testing, and Highway Management pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9780784410424

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• Material Characterization
• Accelerated Testing
• Highway Management
• Pavement Engineering
• Transportation Engineering
• Materials Science
• Civil Engineering
• Infrastructure
• Pavement Performance

《道路建设材料精要：性能评估、耐久性研究与路面全生命周期管理》 本书是一部深入探讨道路建设核心材料的专业著作，旨在为工程技术人员、研究学者以及行业决策者提供一个全面、系统且富有实践指导意义的知识体系。本书重点关注构成现代公路与机场跑道的关键材料——沥青混合料的性能表征、加速老化测试方法，以及如何基于这些科学评估，实现对路面工程全生命周期的精细化管理。 第一部分：沥青混合料性能表征的基石 本部分将沥青混合料的性能表征置于首要地位，详细阐述了理解其行为特性的必要性与关键方法。沥青混合料作为一种复杂的多相材料，其性能受到沥青粘度、集料特性、矿粉含量、级配设计以及生产与施工工艺等多种因素的共同影响。精确的性能表征是优化设计、预测服役行为、保障路面耐久性的前提。 1. 沥青材料的微观结构与宏观性能关联： 沥青粘度的精细分析： 深入解析沥青粘度随温度和剪切速率的变化规律，介绍不同粘度等级沥青（如PG等级）的选定原则，以及粘度对混合料早期和长期性能的影响。讨论了动态剪切流变仪（DSR）和压入式粘度计（PPG）等关键测试设备的工作原理、数据解读及其在沥青性能评估中的地位。 沥青组成与性能的关系： 探讨沥青的化学组成，如饱和分、芳香分、胶质和沥青质的比例，如何影响沥青的粘结性、延展性、抗流变性和抗老化性能。介绍化学分析方法（如色谱分析、红外光谱）在揭示沥青微观结构与宏观性能之间的桥梁作用。 集料的岩性、表面特性与粘结机理： 详细分析不同岩性集料（如玄武岩、花岗岩、石灰石）的物理力学性质（如吸水率、压碎值、磨耗值），以及集料表面粗糙度、形状和纹理对沥青与集料之间粘附强度的影响。介绍接触角测量、表面能分析等方法，以量化评估集料表面特性对沥青粘附性的贡献。 矿粉的作用与机理： 阐明矿粉作为填料在沥青混合料中的重要作用，包括提高早期强度、改善感温性、增强体积稳定性等。介绍不同来源矿粉（如石灰石粉、硅酸盐粉）的矿物学成分和细度模数对混合料性能的影响。 2. 沥青混合料的力学性能评估： 抗车辙性能的精细化测试： 详细介绍轮迹车辙试验（PPT）、动稳定度试验、大型直剪试验等在评估混合料抗车辙能力方面的原理与应用。深入探讨混合料设计参数（如沥青用量、空隙率、矿料级配）与车辙系数之间的定量关系，并提供改进混合料抗车辙性能的设计建议。 抗裂性能的全面解析： 重点关注混合料在重复荷载作用下产生的疲劳开裂现象。详细介绍梁式弯曲疲劳试验、半圆形试件弯曲疲劳试验等方法，分析应力-应变行为、损伤累积模型与疲劳寿命预测。介绍抗拉强度、劈裂强度等指标在评估混合料早期抗裂性能中的作用。 路面结构行为模拟： 介绍沥青混合料作为路面结构层时，其弹性和塑性变形行为的评估。解析应力-应变响应，介绍弹性模量、泊松比等关键参数的测试与应用。探讨沥青混合料在不同温度、荷载频率和应力水平下的动态力学行为，以及其在有限元分析等数值模拟中的应用。 触变性与松弛行为： 深入研究沥青混合料在不同加载速率下的触变性（随时间变化的粘度）和应力松弛行为，理解其在交通荷载下的瞬时和长期响应，对于准确预测路面变形尤为重要。 3. 混合料设计理论的演进与实践： 传统设计方法回顾： 梳理并分析基于经验的沥青混合料设计方法，如马歇尔稳定度设计法、丹佛设计法等，介绍其适用范围、局限性及其在特定工程中的应用经验。 性能化设计方法（PG Design）的应用： 详细介绍基于性能的沥青混合料设计方法（Performance Graded Design），包括如何根据气候条件和交通荷载等级选择合适的沥青粘度等级（PG等级），以及如何通过室内试验验证混合料在预期服役条件下的性能。 先进设计理念： 探讨新一代沥青混合料设计理念，如超级pave（Superpave）设计系统的原理与应用，及其在提升沥青混合料性能方面带来的突破。介绍基于能量耗散、损伤力学等理论的新型设计方法。 第二部分：加速老化测试与耐久性研究的科学前沿 本部分聚焦于沥青混合料在服役过程中发生的各种老化现象，并介绍一系列科学的加速测试方法，以模拟并预测其长期耐久性。材料的老化是导致路面性能衰退、寿命缩短的主要原因，因此，深入理解老化机理并掌握有效的测试手段至关重要。 1. 沥青老化机理的深入剖析： 氧化老化： 详细阐述空气中的氧气与沥青中的不饱和烃类发生化学反应，导致沥青分子量增大、粘度升高、脆性增加的过程。分析温度、紫外线辐射、金属离子等因素对氧化速率的影响。 热老化： 探讨高温对沥青分子链的破坏，以及挥发性组分损失导致沥青性能硬化、 brittle（易碎）化的现象。介绍热量积累与沥青体积变化的关联。 光老化（紫外线）： 分析紫外线辐射在引发沥青化学变化、加速氧化老化过程中的作用。介绍集料的光学特性如何影响混合料的光老化过程。 水损害（水稳性）： 深入研究水对沥青与集料粘附界面的破坏机理，包括沥青的水化、集料表面的亲水性变化以及水在混合料内部的渗透与迁移。介绍不同集料和沥青对水损害的敏感性。 2. 关键加速老化试验方法详解： 实验室模拟老化： 薄膜烘箱试验（TFOT）： 详细介绍TFOT在模拟沥青热氧化老化过程中的原理、操作规程、结果分析及其在沥青性能评估中的应用。 旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）： 介绍RTFOT相较于TFOT在模拟氧化老化过程中的优越性，以及其对沥青粘度和延度的影响评估。 压力老化罐试验（PAA）： 详细阐述PAA在模拟沥青混合料热储存过程中发生氧化反应的机理，以及其对混合料早期性能的影响。 模拟风化试验（UV Aging）： 介绍利用紫外线辐射模拟太阳光照射，加速沥青混合料表面老化，评估其抗紫外线性能。 加速水损害试验： 详细介绍饱和度、温度、浸泡时间等因素如何影响水损害试验的结果，以及多种标准试验方法（如TSR试验）的原理与应用，如干湿循环、冻融循环等。 动态车辙试验（DTT）与弯曲疲劳试验（FFT）的老化模拟： 探讨如何在这些力学性能测试过程中引入老化步骤，以评估混合料在长期服役后的力学性能衰减。 非接触式检测技术的老化应用： 介绍如热成像、高光谱成像等技术在无损评估路面老化程度方面的潜力。 3. 耐久性指标的量化与预测： 老化指数与性能衰减模型： 介绍如何通过量化测试结果，建立老化指数，并发展不同老化阶段混合料性能衰减的模型。 服役寿命预测： 结合加速老化试验数据与实测的服役性能数据，建立沥青混合料的服役寿命预测模型。探讨不同老化因素对预测模型精度的影响。 温拌沥青（WMA）与再生沥青（RAP/RAS）的耐久性： 关注新兴沥青材料的耐久性评估，分析其与传统热拌沥青（HMA）在老化行为上的差异，以及如何优化其性能以保证长期的耐久性。 第三部分：路面全生命周期管理：从设计到维护的智慧 本部分将沥青混合料的性能与耐久性研究置于更广阔的视角下，探讨如何将这些科学知识融入路面工程的全生命周期管理。路面全生命周期管理（Pavement Life-Cycle Management, PLCM）的目标是在确保路面服务功能的同时，最小化全寿命周期内的总成本（包括建设、养护、维修和报废成本）。 1. 路面性能指标体系的构建： 平整度（IRI）与抗滑性（SCR）的监测与评估： 详细介绍IRI和SCR作为评价路面服务性能的关键指标，以及相关的测试方法（如激光平整度仪、摆式摩擦系数测试仪）。探讨这些指标与沥青混合料性能之间的内在联系。 承载能力与结构完整性评估： 介绍落锤式弯沉仪（FWD）、静载式弯沉仪（LWD）等设备在评估路面承载能力方面的原理与应用。探讨层间结合、基层稳定性等因素对路面整体承载能力的影响。 路面病害的识别与诊断： 详细列举并分析路面常见的病害类型，如裂缝、坑槽、车辙、推挤、泛油等，阐述其成因、发展规律及其对路面性能的影响。 2. 基于性能的路面设计与施工优化： 生命周期成本分析（LCCA）： 详细介绍LCCA的基本原理、数据来源以及在路面设计决策中的应用。说明如何将初期投资、养护维修成本、用户成本等纳入综合考量，选择最优的建设方案。 适应性设计与材料选择： 强调根据路面使用环境（气候、交通量、荷载特性）选择合适的沥青混合料设计方案和材料，以最大化其使用寿命，降低全周期成本。 施工质量控制与性能保证： 讨论沥青混合料施工过程中温度控制、压实度控制、摊铺速度等关键环节对最终路面性能的影响，并提出相应的质量控制策略。 3. 智能路面养护与修复策略： 预测性养护： 利用数据驱动的方法，基于路面性能监测数据和老化预测模型，提前规划和实施预防性养护措施，避免小问题演变成大故障，从而延长路面寿命。 先进的修复技术： 介绍冷再生、热再生、微表处、罩面等多种路面修复技术，分析其适用条件、技术特点、优缺点以及对路面性能的恢复效果。 数据驱动的养护决策支持系统： 探讨如何构建集路面数据采集、分析、预测与决策于一体的智能系统，实现对海量路面数据的有效管理和利用，为养护决策提供科学依据。 4. 大数据与人工智能在路面管理中的应用： 路面监测数据的集成与分析： 介绍如何利用传感器网络、无人机、车载设备等多种手段，高效采集路面数据，并将其集成到统一的数据库中进行管理。 机器学习与深度学习在病害识别与性能预测中的应用： 探讨如何利用人工智能技术，自动识别路面病害，预测路面性能衰退趋势，并为养护修复提供智能化建议。 “数字孪生”理念在路面管理中的探索： 展望利用“数字孪生”技术，构建高精度的路面模型，模拟不同养护修复方案对路面性能的影响，实现对路面资产的精细化管理。 本书融合了深厚的理论基础、前沿的研究成果和丰富的工程实践经验，旨在为读者提供一个理解和掌握沥青材料性能、预测其耐久性并实现路面高效全生命周期管理的全面指南。通过对材料性能的精细表征、老化机理的深入研究以及先进管理策略的应用，本书为建设更耐久、更经济、更可持续的道路基础设施提供了坚实的技术支撑。

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