基于細(xì)觀力學(xué)的導(dǎo)電瀝青混凝土力學(xué)性能及導(dǎo)電機(jī)理研究.pdf

1、冬季瀝青混凝土路面的積雪結(jié)冰嚴(yán)重影響道路交通安全性和行車舒適性，給人們出行帶來了很多不便。融雪化冰研究已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外瀝青混凝土路面領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，導(dǎo)電瀝青混凝土是一種用于融雪化冰較為可行且效果較好的方法。目前，導(dǎo)電瀝青混凝土的大多數(shù)力學(xué)性能和導(dǎo)電性能都是通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行分析的，而并沒有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行深入的理論研究和機(jī)理研究。因此，本文基于細(xì)觀力學(xué)預(yù)測(cè)導(dǎo)電瀝青混凝土彈性模量及電導(dǎo)率，研究導(dǎo)電瀝青混凝土路面導(dǎo)電后力學(xué)性能的變化，進(jìn)一步探

2、索導(dǎo)電瀝青混凝土的內(nèi)在導(dǎo)電機(jī)理，提出真正適用于導(dǎo)電瀝青混凝土路面的導(dǎo)電機(jī)理，對(duì)于將導(dǎo)電瀝青混凝土應(yīng)用于具體實(shí)際工程中具有重要指導(dǎo)意義。
　　細(xì)觀力學(xué)理論中Voigt-Reuss上下限可以較好的預(yù)測(cè)導(dǎo)電瀝青混凝土有效彈性模量的范圍，比較各種細(xì)觀力學(xué)方法，選取廣義自洽法和纖維簡(jiǎn)化理論得到的模型可以較好的預(yù)測(cè)導(dǎo)電瀝青混凝土的彈性性能。
　　借鑒導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理，滲流模型只能預(yù)測(cè)導(dǎo)電顆粒體積分?jǐn)?shù)大于滲流閾值時(shí)的電導(dǎo)率。有效介質(zhì)

3、EMT模型采用一種平均場(chǎng)理論，因此預(yù)測(cè)的滲流閾值往往高于試驗(yàn)的滲流閾值，電導(dǎo)率預(yù)測(cè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于試驗(yàn)值?；跐B流理論和有效介質(zhì)理論的GEM模型，可以較好地預(yù)測(cè)具有不同顆粒形狀和分布的兩相導(dǎo)電復(fù)合材料的電導(dǎo)率，但是其滲流閾值仍然需要通過試驗(yàn)來確定，存在一定的局限性?？紤]到導(dǎo)電顆粒與絕緣基體之間存在較大的電導(dǎo)率差異性，提出了簡(jiǎn)化GEM模型。
　　Hashin-Shtrikman(H-S)模型只能給出電導(dǎo)率的大致范圍，并不能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)電

4、導(dǎo)率。依據(jù)導(dǎo)電顆粒形狀，利用扁平橢球夾雜和多邊形夾雜的Eshelby張量，我們可以采用自洽模型分析含有隨機(jī)分布的不同形狀導(dǎo)電顆粒的導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。由于自洽模型滲流閾值和試驗(yàn)值有較大的偏差，借鑒GEM模型，在滲流理論和自洽理論基礎(chǔ)上，建立修正自洽模型?？紤]到鱗片狀石墨顆粒屬于六方晶系，因此選取導(dǎo)電顆粒為六邊形夾雜更符合實(shí)際，同時(shí)不需要預(yù)先假定滲流閾值，因此具有更廣的普適性。分析比較各種導(dǎo)電機(jī)理，提出基于細(xì)觀力學(xué)的導(dǎo)電機(jī)理能夠更好的

5、解釋導(dǎo)電瀝青混凝土的導(dǎo)電行為。
　　利用彈性模量預(yù)測(cè)值進(jìn)行導(dǎo)電瀝青混凝土力學(xué)性能有限元數(shù)值模擬，計(jì)算在不同導(dǎo)電顆粒含量并考慮標(biāo)準(zhǔn)軸載和超載情況下，導(dǎo)電瀝青混凝土路面的彎沉、導(dǎo)電層層底拉應(yīng)力及層間剪應(yīng)力，從而得出導(dǎo)電瀝青混凝土路面力學(xué)性能與導(dǎo)電顆粒含量的關(guān)系。進(jìn)一步，利用電導(dǎo)率預(yù)測(cè)值進(jìn)行導(dǎo)電瀝青混凝土導(dǎo)電性能有限元數(shù)值模擬，研究在不同環(huán)境溫度、輸入功率、風(fēng)速及導(dǎo)電顆粒含量等因素的影響下，導(dǎo)電瀝青混凝土路面融雪化冰的效果及其輸入的功率