瀝青混合料等效力熱性質的細觀力學研究.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,近年來已廣泛應用于我國高等級公路。但是,隨著公路運輸量的日益增長和運輸向重型化方向發(fā)展,路面破壞日趨嚴重,導致路面性能降低,影響行車舒適度和平穩(wěn)度,降低道路的適用性和耐久性,嚴重的還有可能導致交通事故。瀝青路面的設計、破壞控制與壽命預測等對瀝青混合料等效力學性能的研究提出了迫切的要求。本構關系是開發(fā)、設計、研究和應用瀝青混合料的一個關鍵性問題,開展瀝青混合

2、料本構模型研究,對于掌握瀝青路面的變形破壞規(guī)律,預測路面開裂破壞、永久變形和壽命,預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。
　　本文基于細觀力學的理論和方法,通過彈性-粘彈性對應性原理,發(fā)展了與細觀組成和結構相聯(lián)系的瀝青混合料的本構模型,提出了瀝青混合料等效力熱性質的預測方法,并與實驗結果、其他方法的預測結果等進行了對比驗證,之后開展了預測結果分析。主要的創(chuàng)新工作如下:
　　(1)基于細觀力學的理論,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)進行了研究分析,在彈性問題的基礎上根據(jù)彈性-粘彈性對應性原理提出了瀝青混合料等效力熱性質研究的總體思路。
　　(2)通過時間域內(nèi)的Laplace變換,將瀝青混合料的粘彈性問題轉化為線彈性問題,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關系。開展了不同溫度、應力水平條件下瀝青砂的

4、單軸壓縮蠕變實驗,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合了瀝青砂四參量流變模型的模型參數(shù)。在此基礎上預測了瀝青混合料在不同溫度、應力水平條件下的蠕變曲線,分析了溫度、應力水平對瀝青混合料蠕變行為的影響。
　　(3)應用自洽方法,將瀝青混合料看作是由瀝青砂和粗骨料組成的兩相復合材料,提出了預測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Laplace變換將時間域內(nèi)的粘彈性問題轉化為變換域內(nèi)的線彈性問題,然后經(jīng)Laplace

5、逆變換將變換域內(nèi)的解轉化到時間域內(nèi)。結合瀝青砂的單軸壓縮蠕變實驗,預測了瀝青混合料的蠕變曲線并與瀝青混合料的實驗進行了對比,發(fā)現(xiàn)蠕變的早期階段預測值與實驗值基本符合,進一步分析了溫度、應力水平等不同的實驗條件對瀝青混合料蠕變行為的影響。
　　(4)考慮到兩相復合材料的界面對非均質材料的力學性能具有很大的影響,在細觀模型的基礎上考慮了瀝青砂和粗骨料之間的界面效應,建立了具有界面效應的細觀力學框架,通過彈性-粘彈性等效原理,將適用于彈