沥青结合料路用性能的流变学研究

发布时间：2018-05-21 11:18

本文选题：道路工程 + 沥青流变学　；参考：《北京工业大学》2015年博士论文

【摘要】：沥青路面的耐久性直接影响着道路工程设施的服务水平,路面病害(车辙、裂缝等)的产生和发展对行车驾驶的舒适和安全有着极为不利的影响。为了分析和掌握路面病害发生和发展的机理和规律,路面材料的损伤和破坏特性一直是沥青路面领域的重点研究课题,因此,沥青混凝土作为主要的铺面材料,其路用性能的好坏优劣、抵抗车辙和开裂的能力一直是人们关心的重点。与从沥青混凝土这一宏观尺度下的研究相比,国外已经开始对较小尺度下的沥青材料(沥青、沥青胶浆)进行路用性能的研究,并发现沥青作为胶结材料对不同温度下的路面性能有着不同程度的贡献率,沥青与沥青混凝土的诸多路用性能有着非常好的相关关系。而我国目前对沥青结合料路用性能的评价仍然以经验法为主,缺乏针对实际路用性能的室内试验评价方法和评价指标,这一现状不利于工程实践中沥青原材料的选择和质量控制。鉴于此,本文以沥青结合料的核心路用性能为研究对象,力求建立一个基于动态剪切流变仪(DSR)的沥青结合料路用性能快速而有效的评价体系和分析框架,系统的探讨了沥青材料高温变形特性、中温疲劳损伤以及低温抗裂性能,同时还考虑了老化效应对沥青路用性能的影响。本文的部分成果可直接应用于室内试验研究和工程中对不同沥青原材料的初步选择,以保证沥青混凝土和沥青路面的耐久性。本文的主要研究结论总结如下。沥青的高温稳定性可以通过重复蠕变恢复试验进行评价;应变硬化粘塑性模型可以很好模拟沥青在高温条件下的粘塑性应变响应;基于粘弹性材料的“内部特征时间”理论,应用时间—温度—应力等效原理可以很好的消除温度和应力水平对静态蠕变试验中沥青蠕变柔量响应的影响,得到沥青蠕变柔量的温度—应力主曲线。本文基于加速疲劳试验对沥青结合料的中温疲劳性能进行了深入研究。基于虚应变能理论提出将存储能的峰值点作为加速疲劳试验中沥青疲劳失效的新定义,并和传统时间扫描疲劳试验中的沥青疲劳失效定义进行了统一;基于新发展的疲劳失效定义和虚应变能释放率指标建立了统一的沥青疲劳失效准则,该失效准则不依赖于试验方法和加载方式而存在,反映了沥青自身固有的疲劳失效特性;基于该疲劳失效准则对现有的沥青疲劳性能预测模型进行了改进,改进后方法得到的沥青疲劳寿命预测值和室内时间扫描疲劳试验的实测值关联性较好,预测精度大幅度提高,并且基本反映了室外加速加载试验路的实测路面疲劳性能。老化效应和温度都对沥青的疲劳性能有着重要影响。在一定老化程度范围内,沥青的抗疲劳性会随着老化的进行而下降,但是过长时间的老化有可能会使材料的成分发生质的变化,从而使老化的影响具有了不可确定性。沥青的抗疲劳性能会随着温度的升高而提升,而在材料线粘弹性范围内依据时间—温度等效原理确定的温度移位因子可以很好的消除温度对沥青损伤特性曲线的影响;与沥青混合料不同,沥青的疲劳失效准则同样具有显著的温度依赖性,线粘弹性温度移位因子也可以基本消除温度对沥青疲劳失效准则的影响,但是对于某些改性沥青,由于疲劳寿命预测对失效准则方程的准确性要求较高,导致基于时温等效原理得到的疲劳寿命预测值与实测值仍有不小差距。应用动态剪切流变仪的4 mm平行板模具对沥青的低温性能进行了试验评价。通过仪器柔量的测量对低温动态试验数据进行了校正,从而根据线粘弹性函数之间的内在转化关系,将基于动态试验得到的沥青低温弹性(存储)模量主曲线转化为沥青松弛模量主曲线,进而采用60 s时的松弛模量和松弛速率作为沥青低温性能的评价指标;老化对沥青结合料的低温松弛性能有着极为不利的影响,而改性剂的添加可以很好的改善沥青的低温抗裂性能。
[Abstract]:In order to analyze and master the mechanism and regularity of asphalt concrete and asphalt concrete pavement performance , asphalt concrete is used as the main pavement material . The influence of temperature on asphalt fatigue failure criterion can be basically eliminated by line viscoelastic temperature shift factor , but for some modified asphalt , the low temperature performance of asphalt is evaluated by using a 4 mm parallel plate mold based on dynamic shear rheometer . The main curve of low temperature elasticity ( storage ) modulus based on dynamic test is converted into main curve of asphalt relaxation modulus .
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414

【参考文献】