乳化瀝青冷再生混合料的裂紋發(fā)展行為及抗裂機理研究.pdf

1、乳化瀝青就地冷再生技術(shù)是以乳化瀝青作為再生劑，適當(dāng)添加水泥、新料等，采用就地冷再生機組設(shè)備對舊瀝青路面進(jìn)行銑刨、再生利用的一項技術(shù)。根據(jù)目前的長期跟蹤觀測，針對我國公路半剛性基層瀝青路面，乳化瀝青冷再生混合料作為干線公路的中下面層，路面使用狀況良好，具有較好的工程和環(huán)境適應(yīng)性，能夠有效地延緩反射裂縫。隨著乳化瀝青廠拌冷再生和就地冷再生工程在我國逐步大規(guī)模地使用，應(yīng)充分認(rèn)識乳化瀝青冷再生混合料作為“冷料”的材料性質(zhì)，有必要對乳化瀝青冷再生

2、混合料的裂紋發(fā)展行為及抗裂機理進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。
　　首先，以乳化瀝青冷再生混合料為研究對象，根據(jù)初始壓實階段和設(shè)計壓實階段的壓實曲線特征，提出初始壓實能量指標(biāo)PCEI和設(shè)計壓實能量指標(biāo)SCEI，用于評價乳化瀝青冷再生混合料的壓實特性。考慮乳化瀝青混合料配合比設(shè)計中的影響因素，分析壓實溫度、乳化瀝青含量、含水率、再生混合料級配以及初始養(yǎng)生時間對壓實參數(shù)的敏感性，獲得設(shè)計壓實次數(shù)Ndes與顯著影響因素的回歸方程，提出乳化瀝青冷再生

3、混合料設(shè)計壓實次數(shù)Ndes確定的新方法。根據(jù)PCEI最大時對應(yīng)的含水量和SCEI最小時對應(yīng)的含水量，提出確定乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水量的新方法。
　　其次，利用X射線斷層掃描技術(shù)分析乳化瀝青冷再生混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)。采用改進(jìn)的OTSU法將乳化瀝青冷再生混合料分割成粗集料、空隙、砂漿三部分。通過數(shù)字圖像處理技術(shù)分析體積參數(shù)與分布特征。采用集料分布均勻性指數(shù)、平均長軸傾角、長軸傾角集中度、扁平比、棱角性指數(shù)以及表面紋理指數(shù)分析粗集

4、料特征;根據(jù)空隙的數(shù)量、等效直徑以及空隙“級配”分析空隙特征;通過瀝青砂漿的厚度與分布形態(tài)分析瀝青砂漿特征。
　　然后，采用Arcan斷裂試驗評價乳化瀝青冷再生混合料的復(fù)合型抗裂性能，獲取斷裂強度、開裂角度和斷裂能等關(guān)鍵參數(shù)。同時，結(jié)合非接觸式數(shù)字圖像相關(guān)法DIC捕捉Arcan斷裂試驗過程，計算斷裂區(qū)域的位移場、應(yīng)變場，分析乳化瀝青冷再生混合料的復(fù)合型開裂行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn):Arcan試驗的斷裂能作為更加全面的評價指標(biāo)，在一定程度上不

5、受試驗溫度條件的影響，更能體現(xiàn)瀝青混合料自身的抗裂性能。乳化瀝青冷再生混合料的裂縫發(fā)展包括起裂、穩(wěn)定擴展以及失穩(wěn)擴展三個階段。開裂路徑是動態(tài)選擇的過程。在斷裂過程中，裂縫的發(fā)展始終朝向產(chǎn)生斷裂所需能耗最小的方向進(jìn)行，主要集中在粗集料與乳化瀝青砂漿的界面處，從而形成最終的開裂路徑。
　　接著，根據(jù)乳化瀝青冷再生混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，在PFC3D軟件中構(gòu)建三維數(shù)字試件，改進(jìn)傳統(tǒng)的位移軟化模型，確定合理的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行Arcan虛擬試驗

6、。通過離散元模型中細(xì)觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)參數(shù)的影響分析，研究乳化瀝青冷再生混合料的抗裂機理。結(jié)果發(fā)現(xiàn):相比于熱拌瀝青混合料，乳化瀝青冷再生混合料具有較大破壞應(yīng)變與較小的失效應(yīng)力，有利于抗裂性能的提高。
　　最后，采用間接拉伸IDT疲勞試驗與半圓彎曲SCB疲勞試驗，同時結(jié)合DIC技術(shù)，分析乳化瀝青冷再生混合料的疲勞開裂行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn):乳化瀝青冷再生混合料在較低應(yīng)力比條件下比熱拌瀝青混合料表現(xiàn)出更好的抗疲勞性能。
　　通過本文的研究成果