基于細觀力學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、重載情況的加劇，瀝青混凝土路面的早期破壞現(xiàn)象突出，而且路面的實際使用壽命也大大低于設(shè)計壽命。目前，針對瀝青路面材料性質(zhì)的研究主要采用經(jīng)驗與試驗相結(jié)合的研究方式，這種傳統(tǒng)的研究方式費時費力，且很難通過宏觀指標來揭示混合料內(nèi)部復雜的細觀力學行為。因此有必要從細觀層次角度，對瀝青砂漿、瀝青砂漿-骨架顆粒界面、集料級配特征參數(shù)進行研究，并與宏觀室內(nèi)混合料性能試驗結(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、施工與養(yǎng)護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觀特性為主線，首先，對瀝青砂漿進行應力-應變抗壓與抗剪試驗，分析不同材料、級配及凍融條件的砂漿力學性能；并以砂漿試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，建立模擬瀝青砂漿-骨架顆粒界面細觀損傷特性的內(nèi)聚力損傷模型，對界面砂漿損傷特性進行分析；其次，以表征主導骨架結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)——主導骨架顆粒接觸百分比（cnDS）為切入點，對不同級配混合料進行路用性能、力學性能及疲

3、勞性能的試驗研究，分析主導骨架顆粒接觸百分比與各性能的關(guān)系，并結(jié)合四點彎曲疲勞試驗與數(shù)字圖像相關(guān)方法（DIC），從細觀層面分析混合料的疲勞損傷機理，定量分析不同級配特征參數(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砂漿的力學性能的影響，分別對砂漿進行抗壓與抗剪應力-應變力學試驗，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，并增強其力學耐久性能；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度，改善其抗變形能力，并增強砂漿的水穩(wěn)定性。
　?。?）由砂漿界面細觀內(nèi)聚力損傷模型計算結(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，其細觀損傷區(qū)域較小，且強度退化程度明顯減??；同時，凍融后砂漿界面相較于未凍融的砂漿界面，其細觀損傷區(qū)域較大，且強度退化程度明顯增大。
　?。?）由不同級配混合料的室內(nèi)試驗結(jié)果

5、可知：動穩(wěn)定度隨著cnDS的增加，呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；抗剪強度計算值隨著cnDS的增加，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；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。
　　（4）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、抗剪強度及抗疲勞性能的相關(guān)性最好。試驗亦表明，cnDS范圍值為11.0％~13.6％時，高溫性能、抗剪性能及抗

6、疲勞性能均較佳。
　?。?）結(jié)合四點彎曲疲勞試驗與數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，提出了定量評價混合料細觀損傷狀態(tài)的疲勞損傷因子與評價細觀骨架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的主導骨架顆粒平動角與轉(zhuǎn)動角。由不同損傷評價節(jié)點獲取的定量評價參數(shù)可知，cnDS合理范圍內(nèi)的瀝青混合料，細觀結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，抗疲勞性能更好，進一步從細觀層面驗證了cnDS推薦范圍的可靠性。
　　（6）基于 cnDS的范圍值，提出了用于判定混合料細觀疲勞損傷狀態(tài)的參數(shù)值，即對于不同損傷評價節(jié)點，疲