鋼橋面鋪裝用熱固性環(huán)氧瀝青混凝土壓實機理研究.pdf

1、環(huán)氧瀝青混凝土在壓實過程中不但會發(fā)生瀝青與礦粉間的浸潤作用、瀝青砂漿內部的粘滯作用、瀝青砂漿與集料間的黏附作用以及集料之間的接觸作用等，還包括環(huán)氧瀝青特有的熱固化反應。鋼橋面鋪裝特殊的設計要求和施工條件下，環(huán)氧瀝青混合料會發(fā)生由過度固化、固化不均勻、混合料離析等特殊工況導致的壓實質量問題?；诖?，本文開展鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混凝土的壓實機理研究。從現有研究來看，在多尺度研究方面，二維數字圖像處理技術缺乏對小粒徑、細級配混合料的針對性，宏

2、觀方法與細觀方法的銜接不夠緊密;在力學分析方面，基于連續(xù)介質假設的有限元方法難以適用，而基于離散介質假設的方法在不規(guī)則集料的生成、砂漿建模、熱態(tài)混合料的接觸模型等方面還有待發(fā)展;在現場施工研究方面，主要采用室內外宏觀試驗研究方法，鮮有涉及環(huán)氧瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝特殊工況的壓實施工研究以及材料固化特性對壓實質量影響的細觀作用機理研究。為此，本文主要從鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混凝土壓實特征的多尺度研究、壓實的細觀摩擦學機理、離散元仿真分析以及

3、現場壓實特殊工況分析四個方面進行了研究。
　　首先，采用旋轉粘度試驗、基于動態(tài)剪切流變試驗平臺的膠漿粘度試驗以及旋轉壓實試驗，分別研究了環(huán)氧瀝青、膠漿和混合料在100℃、110℃、120℃三種溫度下的熱固化特性以及宏觀壓實特征。利用雙Arrhenius粘度模型分析了等溫熱固化反應的三個階段，根據鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混凝土的壓實曲線劃分了其設計壓實階段，提出了設計壓實功參數，建立了設計壓實功與容留時間的二次函數關系。
　　在此

4、基礎上，采用切片光學掃描方法獲得了環(huán)氧瀝青混凝土壓實試件內部細觀圖像，開發(fā)了一種自適應極值抑制算法，依據距離變換結果進行分層灰度極值抑制，再將其與最大類間方差二值化、形態(tài)學重構填充和分水嶺算法進行優(yōu)化組合，形成了一套適用于粒徑較小、細顆粒較多瀝青混合料的切片圖像分割識別技術，有效地解決了環(huán)氧瀝青混凝土圖像識別中的顆粒粘連、過度分割等問題，并分析了集料顆粒的傾角和分布特征，由此構成了環(huán)氧瀝青混凝土壓實特征的多尺度研究方法。
　　其次

5、，分析了瀝青混合料的固體-流體-固體細觀接觸結構，提出了集料接觸面積比率、平均接觸角度以及鄰近區(qū)域砂漿膜厚度三個細觀結構特征參數，設計了一種基于邊界像素窗口搜索算法的參數提取方法，得到了壓實荷載持續(xù)作用下細觀結構參數的變化規(guī)律，建立了環(huán)氧瀝青（環(huán)氧膠漿）粘度與設計壓實功、集料接觸面積比率、砂漿膜厚度等宏、細觀參數之間的關系，并引入Stribeck曲線理論，揭示了砂漿粘度影響細觀接觸潤滑狀態(tài)從而改變宏觀壓實特征的作用機理，得到了鋼橋面鋪裝

6、用環(huán)氧瀝青混凝土最易壓實的瀝青粘度區(qū)間為100cP～300cP，膠漿粘度區(qū)間為100Pa·s～200Pa·s。
　　第三，采用基于球體隨機頂點生成方法和中面內切球體填充方法按級配分檔生成了不規(guī)則集料顆粒集合，拓展集料顆粒尺寸生成了砂漿裹覆集料的混合料顆粒，再由重力沉積法生成瀝青混合料松散堆積離散元模型。此外，設計了一種由平行粘結模型和Burgers黏彈模型組成的兩階段離散元細觀接觸模型，通過仿真試算和神經網絡參數反演得到了不同固化

7、程度松散熱態(tài)環(huán)氧瀝青混凝土的細觀接觸模型參數值，并利用旋轉壓實仿真試驗研究了混合料顆粒移動、孔隙分布以及顆粒受力特征。
　　最后，分析了鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混凝土壓實施工出現的混合料壓實質量不穩(wěn)定、結團、松散以及表層泛油等特殊現象，通過建立現場壓實的離散元仿真模型，得到了在輪碾作用下環(huán)氧瀝青混凝土顆粒的速度、位移、受力特征;通過改變細觀接觸模型參數，混合料分區(qū)沉積等方法，模擬了混合料在過度固化、不均勻固化、顆粒離析等條件下的現場壓