基于細(xì)觀力學(xué)的瀝青砂漿及骨架結(jié)構(gòu)瀝青混合料性能研究.pdf

1、隨著交通量增長(zhǎng)、重載情況的加劇，瀝青混凝土路面的早期破壞現(xiàn)象突出，而且路面的實(shí)際使用壽命也大大低于設(shè)計(jì)壽命。目前，針對(duì)瀝青路面材料性質(zhì)的研究主要采用經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)相結(jié)合的研究方式，這種傳統(tǒng)的研究方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且很難通過(guò)宏觀指標(biāo)來(lái)揭示混合料內(nèi)部復(fù)雜的細(xì)觀力學(xué)行為。因此有必要從細(xì)觀層次角度，對(duì)瀝青砂漿、瀝青砂漿-骨架顆粒界面、集料級(jí)配特征參數(shù)進(jìn)行研究，并與宏觀室內(nèi)混合料性能試驗(yàn)結(jié)果緊密結(jié)合，構(gòu)建新型瀝青路面材料的性能及疲勞破壞行為的分析理論體系

2、，為瀝青路面材料的設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)提供更加可靠的理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。
　　本文以瀝青混合料的細(xì)觀特性為主線，首先，對(duì)瀝青砂漿進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變抗壓與抗剪試驗(yàn)，分析不同材料、級(jí)配及凍融條件的砂漿力學(xué)性能；并以砂漿試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，建立模擬瀝青砂漿-骨架顆粒界面細(xì)觀損傷特性的內(nèi)聚力損傷模型，對(duì)界面砂漿損傷特性進(jìn)行分析；其次，以表征主導(dǎo)骨架結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)——主導(dǎo)骨架顆粒接觸百分比（cnDS）為切入點(diǎn)，對(duì)不同級(jí)配混合料進(jìn)行路用性能、力學(xué)性能及疲

3、勞性能的試驗(yàn)研究，分析主導(dǎo)骨架顆粒接觸百分比與各性能的關(guān)系，并結(jié)合四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)與數(shù)字圖像相關(guān)方法（DIC），從細(xì)觀層面分析混合料的疲勞損傷機(jī)理，定量分析不同級(jí)配特征參數(shù)混合料的疲勞損傷特性。最后，根據(jù)上述研究提出一種新型的骨架結(jié)構(gòu)瀝青混合料優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。論文主要得到了如下結(jié)論：
　?。?）考慮不同的配合比、瀝青基材料及凍融條件等因素對(duì)砂漿的力學(xué)性能的影響，分別對(duì)砂漿進(jìn)行抗壓與抗剪應(yīng)力-應(yīng)變力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果表明：選取合適的配合比能

4、夠提高砂漿的內(nèi)聚力，并增強(qiáng)其力學(xué)耐久性能；摻加添加劑的基質(zhì)瀝青與橡膠瀝青砂漿能夠提高其瀝青砂漿的強(qiáng)度，改善其抗變形能力，并增強(qiáng)砂漿的水穩(wěn)定性。
　?。?）由砂漿界面細(xì)觀內(nèi)聚力損傷模型計(jì)算結(jié)果可知：在荷載作用下，加入添加劑的砂漿界面相較于普通瀝青砂漿界面，其細(xì)觀損傷區(qū)域較小，且強(qiáng)度退化程度明顯減小；同時(shí)，凍融后砂漿界面相較于未凍融的砂漿界面，其細(xì)觀損傷區(qū)域較大，且強(qiáng)度退化程度明顯增大。
　?。?）由不同級(jí)配混合料的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

5、可知：動(dòng)穩(wěn)定度隨著cnDS的增加，呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)；抗剪強(qiáng)度計(jì)算值隨著cnDS的增加，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；抗疲勞性能隨著cnDS的增加，呈現(xiàn)先明顯增大后略微減小的趨勢(shì)。
　?。?）由灰熵分析可知，在空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、粗集料骨架間隙率、CA比、主導(dǎo)骨架結(jié)構(gòu)干擾因子及cnDS等參數(shù)中，cnDS與高溫穩(wěn)定性、抗剪強(qiáng)度及抗疲勞性能的相關(guān)性最好。試驗(yàn)亦表明，cnDS范圍值為11.0％~13.6％時(shí)，高溫性能、抗剪性能及抗

6、疲勞性能均較佳。
　?。?）結(jié)合四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)與數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，提出了定量評(píng)價(jià)混合料細(xì)觀損傷狀態(tài)的疲勞損傷因子與評(píng)價(jià)細(xì)觀骨架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)骨架顆粒平動(dòng)角與轉(zhuǎn)動(dòng)角。由不同損傷評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)獲取的定量評(píng)價(jià)參數(shù)可知，cnDS合理范圍內(nèi)的瀝青混合料，細(xì)觀結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，抗疲勞性能更好，進(jìn)一步從細(xì)觀層面驗(yàn)證了cnDS推薦范圍的可靠性。
　?。?）基于 cnDS的范圍值，提出了用于判定混合料細(xì)觀疲勞損傷狀態(tài)的參數(shù)值，即對(duì)于不同損傷評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)，疲