基于收缩—松弛竞争机制的沥青混合料低温开裂机理研究
发布时间：2020-12-22 22:29
低温开裂是沥青路面常见的三大类病害之一,也是世界性难题,一旦产生不加处置必然诱发严重次生病害,导致道路发生结构性破坏,造成巨大的经济损失。沥青混合料低温开裂是低温收缩、低温松弛和低温破坏三种性能综合作用所引起的,国内外学者对低温性能的表征展开了大量的理论和试验研究,大多研究聚焦在以低温松弛性能或低温破坏性能表征低温性能,导致对沥青混合料低温性能的评价较为片面。因此,低温开裂机理研究是深入且全面地获取沥青混合料低温性能的依据。针对上述问题,本文基于沥青混合料低温开裂机理,系统地研究了环境及材料组成因素对沥青混合料低温性能影响,明确了收缩-松弛竞争关系对其低温性能的作用,考虑沥青混合料黏弹特性,分别实现了对沥青混合料低温松弛性能和低温收缩性能的表征,结合沥青混合料的细观预测模型,量化细观组成及结构对其低温松弛性能和收缩性能的影响,以收缩-松弛在“时间域”内和“空间域”内竞争与低温性能的数理关系诠释沥青混合料的低温开裂机理。为此,本文主要开展了以下研究工作:考虑环境因素对低温开裂的影响,基于广义极值分布模型,分析寒季极端气候的统计特征,指导了试验条件参数的取值,结合环境因素对路面内温度场的分...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：207 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
连续变温下的低温收缩应变曲线结构[108]
第2章沥青路面温缩开裂的影响因素分析-25-冻断点为起始点，向前面的积累求皮尔逊相关系数的平方r2，直至r2≤0.99时的前一点对应的温度为转化点温度，数学的表达形式见公式（2-5），图形意义见图2-8。图2-8约束冻断试验的温度-应力曲线及参数Fig.2-8Schematicrepresentationofthestress-temperaturecurveparametersofTSRST1122222222222221,,==(2)ffjjjiiiiiiijjjjijiiiiiiiiTTTTjriTTjj（2-5）式中i——以温度-应力曲线的破坏点为起始点向前的第i点；Ti和σi——第i点的温度和温度应力；j——从破坏点至第i点间的总数；2jr——破坏点至第j点间拟合直线与温度-应力曲线间的皮尔逊相关系数平方。图2-9呈现的是约束冻断试验的结果，约束冻断试验具有良好重现性已被很多学者证实。试验设置的平行件个数为3个，每个结果的变异系数（CoefficientofVariations，CV）均在13%以下。由图2-9（a）可知，随着降温速率的增加，温度应力积累随之加快，冻断强度由4.20MPa增至5.08MPa。转化点温度随降温速率的曲线见图2-9（b），随降温速率的增加，材料的用于松弛的时间缩短，在温度应力更短时间内就开始进入迅速增长的直线段，转化点温度相应的在较高的温度发生。当降温速率为5℃/h时，转化点温度最低，-25.5℃。当降温速率由5℃/h增至20℃/h时，转化点温度TT随着温度以1.22℃/（℃/h）线性递增，而且线性相关系数达99.26%。
第2章沥青路面温缩开裂的影响因素分析-29-30mm±0.5mm、高35mm±2.0mm，试验温度-10℃，加载速率50mm/min，弯曲破坏应变BBTe计算所得。约束冻断试验的起始温度为20℃，降温速率采用10℃/h。图2-10低温劈裂加载与测试设备Fig.2-10TestingsystemwithMTSandDIC低温劈裂试验每组材料需要5个平行件。在图2-11可知，ACH和SMAH的劈裂抗拉强度IDT分别在沥青用量为4.8%和6.3%是达到峰值，破坏拉伸应变DICe峰值的沥青用量分别为5.1%和6.3%。两个指标随着沥青用量出现峰值的原因是随着沥青用量的增加结合沥青达到饱和后自由沥青的增加引起的[117]。根据计算的变异系数可知，劈裂抗拉强度IDT和破坏拉伸应变DICe的离散度均在11.7%以下，试件的容量充足的。4.24.54.85.15.4012345IDTIDTMPa沥青用量(%)05001000150020002500eDICeDICe66.36.66.90123IDTIDTMPa沥青用量(%)05001000150020002500eDICeDICe（a）AC-13(b)SMA-13图2-11ACH和SMAH低温劈裂试验的测试结果Fig.2-11IDTresultsofasphaltmixturesforACHandSMAHwiththeasphaltcontent为了分析沥青用量对这两个指标的敏感程度，采用单因素方差分析F检验（AnalysisofvarianceANOVA，F-test）对试验结果进行统计分析，假设检验的显著水平为0.05（95%的置信区间），当由单因素方差分析计算的F值满足相对应的方差分布临界值时，即公式（2-7），则认为该因素影响显著且敏感。计算结果见表2-10，可知两种级配的沥青用量对破坏拉伸应变DICe有显著影响，而且对破坏拉伸应变
【参考文献】：
期刊论文
[1]沥青结合材料低温抗裂性能分析及寒区新型沥青混合料设计[J]. 郑传峰,李瑞明. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(03)
[2]基于半圆弯拉试验的煤样抗拉及断裂性能研究[J]. 赵毅鑫,龚爽,姜耀东,韩超. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[3]不同类型抗剥落剂对花岗岩沥青混合料性能影响研究[J]. 武银君,王福满,张宜洛. 中外公路. 2016(01)
[4]基于傅立叶导热定律的沥青混合料热传导试验[J]. 延西利,李绪梅,孙毅,徐达. 交通运输工程学报. 2013(06)
[5]多年冻土地区硅藻土改性沥青混合料路用性能试验[J]. 朱东鹏,章金钊,陈建兵,袁堃,程承. 中国公路学报. 2013(04)
[6]沥青混合料低温抗裂性能及影响因素评价[J]. 李峰,曾蔚,石小培. 山东建筑大学学报. 2012(06)
[7]基于细观力学的沥青混合料动态模量预测[J]. 郭乃胜,赵颖华. 工程力学. 2012(10)
[8]沥青混合料低温性能影响因素的灰色关联分析[J]. 颜可珍,蒋智禹,林峰. 广西大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]基于CT图像的粗集料颗粒接触特性细观尺度研究[J]. 段跃华,张肖宁,李红杰,苑苗苗,张顺先,王辉. 建筑材料学报. 2011(06)
[10]沥青混凝土低温开裂机理研究[J]. 朱艳玲. 黑龙江交通科技. 2011(10)
博士论文
[1]沥青混合料骨架填充体系细观结构及应力应变传递机制研究[D]. 邢超.哈尔滨工业大学 2018
[2]沥青路面材料多尺度域力学行为及统一模型[D]. 龚湘兵.哈尔滨工业大学 2017
[3]沥青混合料黏弹性表征及细观力学预测[D]. 孙依人.大连理工大学 2017
[4]基于半圆弯曲试验的沥青混合料动态响应及断裂性能研究[D]. 刘宇.哈尔滨工业大学 2009
[5]沥青混合料路用性能预测模型的研究[D]. 李静.长安大学 2004
硕士论文
[1]基于松弛行为的沥青材料疲劳性能评价研究[D]. 季传军.长安大学 2018
[2]热再生沥青混合料间接拉伸试验离散元数值模拟研究[D]. 青维.长安大学 2017
[3]钨酸锆改性沥青胶浆及沥青混合料低温抗裂性能研究[D]. 李建军.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于多相夹杂理论的水泥混凝土热膨胀系数研究[D]. 吴小双.哈尔滨工业大学 2016
[5]半刚性基层沥青路面低温开裂机理的研究[D]. 王晓英.山东建筑大学 2016
[6]基于细观力学的沥青混合料热膨胀系数研究[D]. 韩康文.华中科技大学 2015
[7]常用沥青面层材料的热传导试验特性研究[D]. 王利娟.长安大学 2015
[8]水泥沥青复合胶浆本构模型及细观结构研究[D]. 赵九野.哈尔滨工业大学 2014
[9]沥青混合料低温开裂及松弛特性的研究[D]. 张磊.哈尔滨工业大学 2010
[10]多年冻土地区硅藻土改性沥青性能研究[D]. 王国安.重庆交通大学 2010
本文编号：2932547
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：207 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
连续变温下的低温收缩应变曲线结构[108]
第2章沥青路面温缩开裂的影响因素分析-25-冻断点为起始点，向前面的积累求皮尔逊相关系数的平方r2，直至r2≤0.99时的前一点对应的温度为转化点温度，数学的表达形式见公式（2-5），图形意义见图2-8。图2-8约束冻断试验的温度-应力曲线及参数Fig.2-8Schematicrepresentationofthestress-temperaturecurveparametersofTSRST1122222222222221,,==(2)ffjjjiiiiiiijjjjijiiiiiiiiTTTTjriTTjj（2-5）式中i——以温度-应力曲线的破坏点为起始点向前的第i点；Ti和σi——第i点的温度和温度应力；j——从破坏点至第i点间的总数；2jr——破坏点至第j点间拟合直线与温度-应力曲线间的皮尔逊相关系数平方。图2-9呈现的是约束冻断试验的结果，约束冻断试验具有良好重现性已被很多学者证实。试验设置的平行件个数为3个，每个结果的变异系数（CoefficientofVariations，CV）均在13%以下。由图2-9（a）可知，随着降温速率的增加，温度应力积累随之加快，冻断强度由4.20MPa增至5.08MPa。转化点温度随降温速率的曲线见图2-9（b），随降温速率的增加，材料的用于松弛的时间缩短，在温度应力更短时间内就开始进入迅速增长的直线段，转化点温度相应的在较高的温度发生。当降温速率为5℃/h时，转化点温度最低，-25.5℃。当降温速率由5℃/h增至20℃/h时，转化点温度TT随着温度以1.22℃/（℃/h）线性递增，而且线性相关系数达99.26%。
第2章沥青路面温缩开裂的影响因素分析-29-30mm±0.5mm、高35mm±2.0mm，试验温度-10℃，加载速率50mm/min，弯曲破坏应变BBTe计算所得。约束冻断试验的起始温度为20℃，降温速率采用10℃/h。图2-10低温劈裂加载与测试设备Fig.2-10TestingsystemwithMTSandDIC低温劈裂试验每组材料需要5个平行件。在图2-11可知，ACH和SMAH的劈裂抗拉强度IDT分别在沥青用量为4.8%和6.3%是达到峰值，破坏拉伸应变DICe峰值的沥青用量分别为5.1%和6.3%。两个指标随着沥青用量出现峰值的原因是随着沥青用量的增加结合沥青达到饱和后自由沥青的增加引起的[117]。根据计算的变异系数可知，劈裂抗拉强度IDT和破坏拉伸应变DICe的离散度均在11.7%以下，试件的容量充足的。4.24.54.85.15.4012345IDTIDTMPa沥青用量(%)05001000150020002500eDICeDICe66.36.66.90123IDTIDTMPa沥青用量(%)05001000150020002500eDICeDICe（a）AC-13(b)SMA-13图2-11ACH和SMAH低温劈裂试验的测试结果Fig.2-11IDTresultsofasphaltmixturesforACHandSMAHwiththeasphaltcontent为了分析沥青用量对这两个指标的敏感程度，采用单因素方差分析F检验（AnalysisofvarianceANOVA，F-test）对试验结果进行统计分析，假设检验的显著水平为0.05（95%的置信区间），当由单因素方差分析计算的F值满足相对应的方差分布临界值时，即公式（2-7），则认为该因素影响显著且敏感。计算结果见表2-10，可知两种级配的沥青用量对破坏拉伸应变DICe有显著影响，而且对破坏拉伸应变
【参考文献】：
期刊论文
[1]沥青结合材料低温抗裂性能分析及寒区新型沥青混合料设计[J]. 郑传峰,李瑞明. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(03)
[2]基于半圆弯拉试验的煤样抗拉及断裂性能研究[J]. 赵毅鑫,龚爽,姜耀东,韩超. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[3]不同类型抗剥落剂对花岗岩沥青混合料性能影响研究[J]. 武银君,王福满,张宜洛. 中外公路. 2016(01)
[4]基于傅立叶导热定律的沥青混合料热传导试验[J]. 延西利,李绪梅,孙毅,徐达. 交通运输工程学报. 2013(06)
[5]多年冻土地区硅藻土改性沥青混合料路用性能试验[J]. 朱东鹏,章金钊,陈建兵,袁堃,程承. 中国公路学报. 2013(04)
[6]沥青混合料低温抗裂性能及影响因素评价[J]. 李峰,曾蔚,石小培. 山东建筑大学学报. 2012(06)
[7]基于细观力学的沥青混合料动态模量预测[J]. 郭乃胜,赵颖华. 工程力学. 2012(10)
[8]沥青混合料低温性能影响因素的灰色关联分析[J]. 颜可珍,蒋智禹,林峰. 广西大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]基于CT图像的粗集料颗粒接触特性细观尺度研究[J]. 段跃华,张肖宁,李红杰,苑苗苗,张顺先,王辉. 建筑材料学报. 2011(06)
[10]沥青混凝土低温开裂机理研究[J]. 朱艳玲. 黑龙江交通科技. 2011(10)
博士论文
[1]沥青混合料骨架填充体系细观结构及应力应变传递机制研究[D]. 邢超.哈尔滨工业大学 2018
[2]沥青路面材料多尺度域力学行为及统一模型[D]. 龚湘兵.哈尔滨工业大学 2017
[3]沥青混合料黏弹性表征及细观力学预测[D]. 孙依人.大连理工大学 2017
[4]基于半圆弯曲试验的沥青混合料动态响应及断裂性能研究[D]. 刘宇.哈尔滨工业大学 2009
[5]沥青混合料路用性能预测模型的研究[D]. 李静.长安大学 2004
硕士论文
[1]基于松弛行为的沥青材料疲劳性能评价研究[D]. 季传军.长安大学 2018
[2]热再生沥青混合料间接拉伸试验离散元数值模拟研究[D]. 青维.长安大学 2017
[3]钨酸锆改性沥青胶浆及沥青混合料低温抗裂性能研究[D]. 李建军.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于多相夹杂理论的水泥混凝土热膨胀系数研究[D]. 吴小双.哈尔滨工业大学 2016
[5]半刚性基层沥青路面低温开裂机理的研究[D]. 王晓英.山东建筑大学 2016
[6]基于细观力学的沥青混合料热膨胀系数研究[D]. 韩康文.华中科技大学 2015
[7]常用沥青面层材料的热传导试验特性研究[D]. 王利娟.长安大学 2015
[8]水泥沥青复合胶浆本构模型及细观结构研究[D]. 赵九野.哈尔滨工业大学 2014
[9]沥青混合料低温开裂及松弛特性的研究[D]. 张磊.哈尔滨工业大学 2010
[10]多年冻土地区硅藻土改性沥青性能研究[D]. 王国安.重庆交通大学 2010
本文编号：2932547
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