瀝青混合料等效力熱性質(zhì)的細(xì)觀力學(xué)研究.pdf

1、瀝青混凝土路面由于具有施工周期短、表面平整、接縫少、耐磨、低噪聲和行車舒適等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)高等級(jí)公路。但是,隨著公路運(yùn)輸量的日益增長(zhǎng)和運(yùn)輸向重型化方向發(fā)展,路面破壞日趨嚴(yán)重,導(dǎo)致路面性能降低,影響行車舒適度和平穩(wěn)度,降低道路的適用性和耐久性,嚴(yán)重的還有可能導(dǎo)致交通事故。瀝青路面的設(shè)計(jì)、破壞控制與壽命預(yù)測(cè)等對(duì)瀝青混合料等效力學(xué)性能的研究提出了迫切的要求。本構(gòu)關(guān)系是開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、研究和應(yīng)用瀝青混合料的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題,開(kāi)展瀝青混合

2、料本構(gòu)模型研究,對(duì)于掌握瀝青路面的變形破壞規(guī)律,預(yù)測(cè)路面開(kāi)裂破壞、永久變形和壽命,預(yù)防和抑制瀝青路面服役期間的各種病害具有非常重要的意義。
　　本文基于細(xì)觀力學(xué)的理論和方法,通過(guò)彈性-粘彈性對(duì)應(yīng)性原理,發(fā)展了與細(xì)觀組成和結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的瀝青混合料的本構(gòu)模型,提出了瀝青混合料等效力熱性質(zhì)的預(yù)測(cè)方法,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果、其他方法的預(yù)測(cè)結(jié)果等進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證,之后開(kāi)展了預(yù)測(cè)結(jié)果分析。主要的創(chuàng)新工作如下:
　　(1)基于細(xì)觀力學(xué)的理論,將瀝青混

3、合料分別作為包含基體相與夾雜相兩相材料系統(tǒng)和包含基體相、夾雜相與界面相的三相材料系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析,在彈性問(wèn)題的基礎(chǔ)上根據(jù)彈性-粘彈性對(duì)應(yīng)性原理提出了瀝青混合料等效力熱性質(zhì)研究的總體思路。
　　(2)通過(guò)時(shí)間域內(nèi)的Laplace變換,將瀝青混合料的粘彈性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線彈性問(wèn)題,基于Eshelby等效夾雜理論,將瀝青混合料看作瀝青砂和粗骨料組成的兩相材料系統(tǒng),得到了瀝青混合料單軸壓縮蠕變本構(gòu)關(guān)系。開(kāi)展了不同溫度、應(yīng)力水平條件下瀝青砂的

4、單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合了瀝青砂四參量流變模型的模型參數(shù)。在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了瀝青混合料在不同溫度、應(yīng)力水平條件下的蠕變曲線,分析了溫度、應(yīng)力水平對(duì)瀝青混合料蠕變行為的影響。
　　(3)應(yīng)用自洽方法,將瀝青混合料看作是由瀝青砂和粗骨料組成的兩相復(fù)合材料,提出了預(yù)測(cè)瀝青混合料粘彈性性能的一般思路,采用四參量流變模型描述瀝青砂的粘彈性能,通過(guò)Laplace變換將時(shí)間域內(nèi)的粘彈性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為變換域內(nèi)的線彈性問(wèn)題,然后經(jīng)Laplace

5、逆變換將變換域內(nèi)的解轉(zhuǎn)化到時(shí)間域內(nèi)。結(jié)合瀝青砂的單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn),預(yù)測(cè)了瀝青混合料的蠕變曲線并與瀝青混合料的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)蠕變的早期階段預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值基本符合,進(jìn)一步分析了溫度、應(yīng)力水平等不同的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)瀝青混合料蠕變行為的影響。
　　(4)考慮到兩相復(fù)合材料的界面對(duì)非均質(zhì)材料的力學(xué)性能具有很大的影響,在細(xì)觀模型的基礎(chǔ)上考慮了瀝青砂和粗骨料之間的界面效應(yīng),建立了具有界面效應(yīng)的細(xì)觀力學(xué)框架,通過(guò)彈性-粘彈性等效原理,將適用于彈