鋼橋面鋪裝用熱固性環(huán)氧瀝青混凝土壓實(shí)機(jī)理研究.pdf

1、環(huán)氧瀝青混凝土在壓實(shí)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(nèi)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(yīng)。鋼橋面鋪裝特殊的設(shè)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(dǎo)致的壓實(shí)質(zhì)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(shí)機(jī)理研究。從現(xiàn)有研究來看，在多尺度研究方面，二維數(shù)字圖像處理技術(shù)缺乏對小粒徑、細(xì)級配混合料的針對性，宏

2、觀方法與細(xì)觀方法的銜接不夠緊密;在力學(xué)分析方面，基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的有限元方法難以適用，而基于離散介質(zhì)假設(shè)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(xiàn)場施工研究方面，主要采用室內(nèi)外宏觀試驗(yàn)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(shí)施工研究以及材料固化特性對壓實(shí)質(zhì)量影響的細(xì)觀作用機(jī)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(shí)特征的多尺度研究、壓實(shí)的細(xì)觀摩擦學(xué)機(jī)理、離散元仿真分析以及

3、現(xiàn)場壓實(shí)特殊工況分析四個方面進(jìn)行了研究。
　　首先，采用旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)、基于動態(tài)剪切流變試驗(yàn)平臺的膠漿粘度試驗(yàn)以及旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，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(shí)特征。利用雙Arrhenius粘度模型分析了等溫?zé)峁袒磻?yīng)的三個階段，根據(jù)鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青混凝土的壓實(shí)曲線劃分了其設(shè)計壓實(shí)階段，提出了設(shè)計壓實(shí)功參數(shù)，建立了設(shè)計壓實(shí)功與容留時間的二次函數(shù)關(guān)系。
　　在此

4、基礎(chǔ)上，采用切片光學(xué)掃描方法獲得了環(huán)氧瀝青混凝土壓實(shí)試件內(nèi)部細(xì)觀圖像，開發(fā)了一種自適應(yīng)極值抑制算法，依據(jù)距離變換結(jié)果進(jìn)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(xué)重構(gòu)填充和分水嶺算法進(jìn)行優(yōu)化組合，形成了一套適用于粒徑較小、細(xì)顆粒較多瀝青混合料的切片圖像分割識別技術(shù)，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(gòu)成了環(huán)氧瀝青混凝土壓實(shí)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(xì)觀接觸結(jié)構(gòu)，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(xì)觀結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，設(shè)計了一種基于邊界像素窗口搜索算法的參數(shù)提取方法，得到了壓實(shí)荷載持續(xù)作用下細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律，建立了環(huán)氧瀝青（環(huán)氧膠漿）粘度與設(shè)計壓實(shí)功、集料接觸面積比率、砂漿膜厚度等宏、細(xì)觀參數(shù)之間的關(guān)系，并引入Stribeck曲線理論，揭示了砂漿粘度影響細(xì)觀接觸潤滑狀態(tài)從而改變宏觀壓實(shí)特征的作用機(jī)理，得到了鋼橋面鋪裝

6、用環(huán)氧瀝青混凝土最易壓實(shí)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(jī)頂點(diǎn)生成方法和中面內(nèi)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(shè)計了一種由平行粘結(jié)模型和Burgers黏彈模型組成的兩階段離散元細(xì)觀接觸模型，通過仿真試算和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)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(xì)觀接觸模型參數(shù)值，并利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)仿真試驗(yàn)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(shí)施工出現(xiàn)的混合料壓實(shí)質(zhì)量不穩(wěn)定、結(jié)團(tuán)、松散以及表層泛油等特殊現(xiàn)象，通過建立現(xiàn)場壓實(shí)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(xì)觀接觸模型參數(shù)，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(xiàn)場壓