老化瀝青混合料粘彈性疲勞損傷特性研究.pdf

1、瀝青路面具有優(yōu)越的使用性能,在道路工程中得到了廣泛應(yīng)用。疲勞開裂是瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要破壞形式之一,研究瀝青混合料在特定交通與環(huán)境條件下的疲勞性能非常重要,這項(xiàng)工作一直受到各國(guó)道路工作者的重視。有些路面在開放初期就出現(xiàn)了疲勞破壞,這與瀝青及瀝青混合料的老化密切相關(guān)。到目前為止,世界各國(guó)的瀝青路面設(shè)計(jì)中均未能準(zhǔn)確考慮瀝青混合料老化問題,從而在瀝青路面疲勞壽命的研究中也就不能準(zhǔn)確考慮瀝青混合料老化的影響。
　　 SHRP提出的瀝青混合

2、料短期老化和長(zhǎng)期老化試驗(yàn)方法是室內(nèi)模擬瀝青混合料在施工和使用期老化的有效方法。由于疲勞破壞一般發(fā)生在路面的使用期,此時(shí)路面已經(jīng)經(jīng)歷了短期老化和一定的長(zhǎng)期老化,即疲勞試驗(yàn)應(yīng)在不同的長(zhǎng)期老化狀態(tài)下進(jìn)行。SHRP提出的長(zhǎng)期老化(LTOA)試驗(yàn)方法是延時(shí)烘箱加熱法,但其試驗(yàn)條件是固定的,即烘箱溫度為85℃、老化時(shí)間為5d,模擬的是實(shí)際路面6～9年的老化程度,這個(gè)試驗(yàn)條件對(duì)疲勞試驗(yàn)是不合適的,因?yàn)槠谄茐牟灰欢ǘ荚诼访媸褂?～9年內(nèi)發(fā)生,有可能在

3、路面使用初期,也有可能在路面使用后期。本文在不同老化程度的確定時(shí)選取未老化0d、以及老化時(shí)間分別為1、3、5、7d的5個(gè)不同老化程度,以期能夠較真實(shí)地模擬疲勞破壞時(shí)的路面實(shí)際不同老化狀態(tài)。
　　 常規(guī)的強(qiáng)度(靜載強(qiáng)度)試驗(yàn)其試驗(yàn)條件一般是固定的,即在固定的加載速率和波形下進(jìn)行,而試件在實(shí)際疲勞試驗(yàn)時(shí)由于加載的應(yīng)力幅值(或應(yīng)力水平)不同,導(dǎo)致加載速率的不同,則與此對(duì)應(yīng)的疲勞動(dòng)載強(qiáng)度也不相同,尤其對(duì)瀝青混合料這種粘彈性材料其差別會(huì)更

4、大,這就必然導(dǎo)致疲勞損傷演化規(guī)律的不同,因此即使靜載強(qiáng)度的離散性小也會(huì)給疲勞試驗(yàn)結(jié)果帶來大的離散性。
　　 瀝青混合料試件疲勞破壞時(shí)材料所受到的全部損傷中包含兩部分,一部分是疲勞損傷,另一部分是靜載損傷,這導(dǎo)致了瀝青混合料的臨界疲勞損傷度均小于1。根據(jù)損傷力學(xué)理論和S-N疲勞方程建立了瀝青混合料的疲勞損傷方程,求出了損傷函數(shù)、損傷演化方程,利用該疲勞損傷方程反推得到了與疲勞加載波形、速率一致的一次荷載作用下疲勞動(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算模型和

5、實(shí)際的初始應(yīng)力水平計(jì)算模型；利用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的合理性。
　　 通過損傷力學(xué)與粘彈性力學(xué)相關(guān)理論,定義耗散能為損傷變量,建立了基于Burgers模型的老化瀝青混合料粘彈性疲勞損傷模型,通過直接拉伸試驗(yàn)確定了瀝青混合料的粘彈性參數(shù),求出了損傷函數(shù)、損傷演化方程,提出了一種考慮疲勞過程中老化程度對(duì)疲勞損傷影響的累積疲勞損傷計(jì)算的理論與方法,為瀝青混合料在不同老化過程下的疲勞壽命預(yù)估提供依據(jù)。根據(jù)疲勞損傷模型推導(dǎo)出的瀝青混合料疲勞

6、壽命計(jì)算公式對(duì)疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)估,預(yù)估精度滿足要求,從而驗(yàn)證了粘彈性疲勞損傷模型的合理性；
　　 根據(jù)第三章的結(jié)論,基于實(shí)際應(yīng)力水平建立了老化瀝青混合料S—N疲勞方程,該疲勞方程能夠進(jìn)行后延,即能表征極端加載情況下的加載破壞情況,這為瀝青路面抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)的正確計(jì)算提供了方法,彌補(bǔ)了設(shè)計(jì)規(guī)范在該方面的不足,這同時(shí)也是第三章疲勞損傷模型的一個(gè)具體應(yīng)用；
　　 同時(shí)根據(jù)所作的疲勞試驗(yàn)得到了老化瀝青混合料勁度模量、耗散角、能