多孔沥青混合料强度机理及其多场耦合作用下的衰减过程
发布时间：2021-03-12 14:23
多孔沥青混合料属于开级配大空隙沥青混合料,空隙率最大可达22%25%,具有提高行车安全、消除路表径流、降低噪音等突出的优势。由于多孔沥青混合料的特殊结构特性,且多孔沥青混合料在复杂的多场耦合作用下工作,其强度机理和性能与传统密级配沥青混合料大不相同。因此,本文针对最大公称粒径为13.2mm的多孔沥青混合料（PAC-13）的强度机理及其多场耦合作用下的破坏过程进行研究。首先,本文对多孔沥青混合料的压实特性进行研究,自行开发了多向渗透系数仪,测得多孔沥青混合料的综合、竖向和横向渗透系数,更加全面的评价其渗透性能。基于平衡渗透性能、骨架结构和耐久性,确定了多孔沥青混合料的设计压实次数为4575次。其次,基于摩尔-库伦强度理论和三轴压缩试验对多孔沥青混合料的粘结力c和内摩阻角φ进行分析,并采用自行设计的骨架贯入试验、沥青粘结强度试验（BBS）和胶浆砂浆粘聚/粘结强度试验（MBBS）对骨架强度、粘结强度和粘聚强度进行分析,阐述多孔沥青混合料的强度机理。以最大贯入压力和贯入能量评价不同粒径对骨架强度的影响,发现骨架强度随着2.36mm通过率的增加而减小,...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 排水沥青路面的应用现状
1.2.2 沥青混合料强度及其影响因素
1.2.3 多孔沥青混合料的破坏形式及影响因素
1.2.4 沥青混合料在耦合作用下的性能衰减研究
1.3 研究的目的与意义
1.4 研究主要内容
1.4.1 多孔沥青混合料压实特性和渗透性能研究
1.4.2 多孔沥青混合料强度机理及影响因素分析
1.4.3 荷载-温度作用下多孔沥青混合料的高温性能及其破坏过程
1.4.4 多场耦合作用下多孔沥青混合料高温性能及其破坏过程
1.4.5 多场耦合作用下多孔沥青混合料水稳定性能及其破坏过程
1.5 研究技术路线
第二章 多孔沥青混合料压实特性和渗透性能研究
2.1 多孔沥青混合料组成设计
2.1.1 原材料
2.1.2 级配组成
2.2 多孔沥青混合料多向渗透系数的测定
2.2.1 多向渗透系数仪的开发
2.2.2 多向渗透系数的测定方法
2.3 多孔沥青混合料压实特性研究
2.3.1 压实曲线分析
2.3.2 压实功对空隙率的影响
2.3.3 压实功对渗透性能的影响
2.3.4 压实功对骨架结构的影响
2.3.5 压实功对耐久性的影响
2.3.6 设计压实次数的确定
2.4 本章小结
第三章 多孔沥青混合料强度机理及影响因素分析
3.1 抗剪强度及c值、φ值
3.1.1 摩尔-库伦强度理论
3.1.2 c值及φ值的获取
3.1.3 三轴压缩试验
3.1.4 温度对抗剪强度的影响
3.1.5 胶结料类型对抗剪强度的影响
3.2 骨架强度
3.2.1 级配
3.2.2 骨架贯入试验
3.2.3 骨架强度模型
3.2.4 贯入速度的确定
3.2.5 级配对骨架强度的影响
3.3 骨架强度与高温性能的相关性分析
3.3.1 改进的动态蠕变试验
3.3.2 相关性分析
3.4 多孔沥青混合料级配设计优化
3.5 混合料的粘结强度和粘聚强度
3.6 沥青的粘结强度及粘聚强度
3.6.1 粘结强度试验
3.6.2 沥青性质对沥青粘结及粘聚强度的影响
3.6.3 温度对粘结强度及粘聚强度的影响
3.6.4 水损害对沥青粘结及粘聚强度的影响
3.7 胶浆与砂浆的粘结强度和粘聚强度
3.7.1 胶浆与砂浆的制备
3.7.2 粘聚强度及粘结强度的测试方法
3.7.3 沥青膜对试验结果的影响
3.7.4 沥青性质粘聚强度及粘结强度的影响
3.7.5 温度对粘聚强度及粘结强度的影响
3.7.6 水对粘聚强度及粘结强度的影响
3.7.7 粘聚强度及粘结强度与混合料强度的相关性
3.8 粘结/粘聚强度与混合料耐久性相关性分析
3.8.1 不同温度下粘结/粘聚强度与耐久性的相关性
3.8.2 不同水损害条件下粘结/粘聚强度与耐久性的相关性
3.9 多孔沥青混合料强度机理与影响因素分析
3.9.1 多孔沥青混合料高温条件温度的界定
3.9.2 高温下的强度及破坏形式
3.9.3 中低温及水损害下的强度及破坏形式
3.10 本章小结
第四章 荷载-温度作用下多孔沥青混合料高温性能及其破坏过程
4.1 研究背景
4.2 改进的动态蠕变试验
4.3 荷载-温度作用下的高温性能
4.3.1 温度的影响
4.3.2 荷载水平的影响
4.4 多孔沥青混合料细观结构研究
4.4.1 高能量工业CT扫描技术
4.4.2 数字图像处理技术
4.4.3 多孔沥青混合料空隙特征的获取
4.4.4 连通空隙的识别与计算
4.5 空隙及连通空隙空间分布特性
4.5.1 空隙率及连通空隙率的分布
4.5.2 空隙数量分布
4.5.3 空隙级配分布
4.6 基于细观结构的高温性能破坏过程研究
4.6.1 多孔沥青混合料高温性能分阶段研究
4.6.2 第一阶段的细观结构分析
4.6.3 第二阶段的细观结构分析
4.6.4 第三阶段的细观结构分析
4.6.5 细观结构衰减过程分析
4.7 多孔沥青混合料高温变形特征分析
4.7.1 径向变形过程
4.7.2 纵向变形过程
4.8 本章小结
第五章 多场耦合作用下多孔沥青混合料高温性能及其破坏过程
5.1 多物理场动态蠕变试验
5.1.1 多物理场动态蠕变试验开发的必要性
5.1.2 多物理场环境箱的开发
5.1.3 基于降雨过程的多物理场模拟
5.2 多场耦合作用下的高温性能
5.2.1 混合料类型的影响
5.2.2 多场耦合条件的影响
5.2.3 多场耦合条件下的温度场
5.2.4 温度的影响
5.2.5 荷载水平的影响
5.2.6 破坏形式
5.3 多场耦合作用下高温性能破坏过程
5.4 基于细观结构的多场耦合作用下高温性能破坏过程研究
5.4.1 第一阶段的细观结构分析
5.4.2 第二阶段的细观结构分析
5.4.3 第三阶段的细观结构分析
5.4.4 细观结构衰减过程分析
5.5 多场耦合作用下多孔沥青混合料变形特征分析
5.5.1 径向变形过程
5.5.2 纵向变形过程
5.6 本章小结
第六章 多场耦合作用下多孔沥青混合料水稳定性能及其破坏过程
6.1 试验方法
6.1.1 间接拉伸强度试验
6.1.2 间接拉伸疲劳试验
6.1.3 多物理场间接拉伸试验
6.2 高温浸水作用下的水稳定性及其破坏过程
6.2.1 水稳定性评价
6.2.2 破坏过程
6.3 冻融循环作用下的水稳定性及其破坏过程
6.3.1 强度的变化过程
6.3.2 疲劳寿命的变化过程
6.4 多场耦合作用下的耐久性及其衰减过程
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 主要研究结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
博士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于工业CT的排水沥青混合料连通空隙特征研究[J]. 肖鑫,张肖宁. 中国公路学报. 2016(08)
[2]水作用对沥青混合料性能的影响[J]. 周志刚,刘旭光,罗苏平,沙晓鹏. 中南大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]骨架型沥青混合料粗集料颗粒接触形态变化规律[J]. 英红,周基,吴倩,刘杨. 建筑材料学报. 2016(02)
[4]车载引起的沥青路面内动水压力现场试验研究[J]. 汤潍泽,欧金秋,崔新壮,楼俊杰,肖溟,张炯,黄丹,侯飞. 山东大学学报(工学版). 2015(06)
[5]基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析[J]. 郭芳,谭海洲,邵腊庚. 公路交通科技. 2014(10)
[6]排水性沥青混合料路用性能改善措施[J]. 程成,马翔,刘松玉. 建筑材料学报. 2013(01)
[7]基于分区OTSU法的沥青混合料图像分割技术[J]. 李智,刘佳辉. 武汉理工大学学报. 2011(06)
[8]多孔沥青混合料旋转压实特性[J]. 蒋玮,沙爱民,裴建中,肖晶晶. 长安大学学报(自然科学版). 2010(05)
[9]AC-13粗集料骨架CBR室内试验研究[J]. 黄云涌,敖清文,刘曙光. 公路工程. 2009(01)
[10]旋转压实次数对Superpave混合料设计和性能的影响[J]. 赵延庆,潘友强,谭忆秋. 交通运输工程学报. 2009(01)
博士论文
[1]乳化沥青冷再生混合料的裂纹发展行为及抗裂机理研究[D]. 高磊.东南大学 2016
[2]沥青混合料水—温—光损伤特性及检测方法研究[D]. 张鹏.吉林大学 2015
[3]基于细观力学性能的功能型沥青混合料研究[D]. 石立万.华南理工大学 2014
[4]饱和沥青路面的粘弹性分析[D]. 张斌.大连海事大学 2013
[5]饱和沥青路面动力耦合分析与路面非饱和排水设计理论研究[D]. 但汉成.中南大学 2011
[6]基于X-ray CT和有限元方法的沥青混合料三维重构与数值试验研究[D]. 万成.华南理工大学 2010
[7]动水压力作用下路面材料损伤的评价方法研究[D]. 潘宝峰.大连理工大学 2010
[8]沥青混凝土路面细观结构和水破坏研究[D]. 李芬.武汉理工大学 2006
[9]沥青混合料的结构组成机理研究[D]. 赵永利.东南大学 2005
硕士论文
[1]基于多孔沥青混合料强度特性的透排水路面结构设计[D]. 吴江涛.东南大学 2017
[2]乳化沥青冷再生混合料的细观结构研究[D]. 罗海龙.东南大学 2015
[3]基于计算流体力学沥青路面水损害的细观分析[D]. 张强.吉林大学 2014
[4]荷载与渗压耦合作用下沥青混凝土路面疲劳性能研究[D]. 谭栋杰.重庆交通大学 2013
[5]车载作用下沥青路面排水基层的冲刷行为[D]. 王超.湖南大学 2011
[6]级配碎石CBR数值试验方法及其应用[D]. 任皎龙.长安大学 2011
[7]水、动荷载耦合作用下沥青路面损坏机理分析与设计[D]. 祁文洋.山东建筑大学 2011
[8]沥青混合料间接拉伸疲劳损伤特性研究[D]. 李琼.长沙理工大学 2011
[9]水和荷载耦合作用下沥青路面动力响应研究[D]. 邓融.大连海事大学 2010
[10]透水性沥青路面混合料配合比设计方法与路用性能研究[D]. 蒋玮.长安大学 2008
本文编号：3078459
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 排水沥青路面的应用现状
1.2.2 沥青混合料强度及其影响因素
1.2.3 多孔沥青混合料的破坏形式及影响因素
1.2.4 沥青混合料在耦合作用下的性能衰减研究
1.3 研究的目的与意义
1.4 研究主要内容
1.4.1 多孔沥青混合料压实特性和渗透性能研究
1.4.2 多孔沥青混合料强度机理及影响因素分析
1.4.3 荷载-温度作用下多孔沥青混合料的高温性能及其破坏过程
1.4.4 多场耦合作用下多孔沥青混合料高温性能及其破坏过程
1.4.5 多场耦合作用下多孔沥青混合料水稳定性能及其破坏过程
1.5 研究技术路线
第二章 多孔沥青混合料压实特性和渗透性能研究
2.1 多孔沥青混合料组成设计
2.1.1 原材料
2.1.2 级配组成
2.2 多孔沥青混合料多向渗透系数的测定
2.2.1 多向渗透系数仪的开发
2.2.2 多向渗透系数的测定方法
2.3 多孔沥青混合料压实特性研究
2.3.1 压实曲线分析
2.3.2 压实功对空隙率的影响
2.3.3 压实功对渗透性能的影响
2.3.4 压实功对骨架结构的影响
2.3.5 压实功对耐久性的影响
2.3.6 设计压实次数的确定
2.4 本章小结
第三章 多孔沥青混合料强度机理及影响因素分析
3.1 抗剪强度及c值、φ值
3.1.1 摩尔-库伦强度理论
3.1.2 c值及φ值的获取
3.1.3 三轴压缩试验
3.1.4 温度对抗剪强度的影响
3.1.5 胶结料类型对抗剪强度的影响
3.2 骨架强度
3.2.1 级配
3.2.2 骨架贯入试验
3.2.3 骨架强度模型
3.2.4 贯入速度的确定
3.2.5 级配对骨架强度的影响
3.3 骨架强度与高温性能的相关性分析
3.3.1 改进的动态蠕变试验
3.3.2 相关性分析
3.4 多孔沥青混合料级配设计优化
3.5 混合料的粘结强度和粘聚强度
3.6 沥青的粘结强度及粘聚强度
3.6.1 粘结强度试验
3.6.2 沥青性质对沥青粘结及粘聚强度的影响
3.6.3 温度对粘结强度及粘聚强度的影响
3.6.4 水损害对沥青粘结及粘聚强度的影响
3.7 胶浆与砂浆的粘结强度和粘聚强度
3.7.1 胶浆与砂浆的制备
3.7.2 粘聚强度及粘结强度的测试方法
3.7.3 沥青膜对试验结果的影响
3.7.4 沥青性质粘聚强度及粘结强度的影响
3.7.5 温度对粘聚强度及粘结强度的影响
3.7.6 水对粘聚强度及粘结强度的影响
3.7.7 粘聚强度及粘结强度与混合料强度的相关性
3.8 粘结/粘聚强度与混合料耐久性相关性分析
3.8.1 不同温度下粘结/粘聚强度与耐久性的相关性
3.8.2 不同水损害条件下粘结/粘聚强度与耐久性的相关性
3.9 多孔沥青混合料强度机理与影响因素分析
3.9.1 多孔沥青混合料高温条件温度的界定
3.9.2 高温下的强度及破坏形式
3.9.3 中低温及水损害下的强度及破坏形式
3.10 本章小结
第四章 荷载-温度作用下多孔沥青混合料高温性能及其破坏过程
4.1 研究背景
4.2 改进的动态蠕变试验
4.3 荷载-温度作用下的高温性能
4.3.1 温度的影响
4.3.2 荷载水平的影响
4.4 多孔沥青混合料细观结构研究
4.4.1 高能量工业CT扫描技术
4.4.2 数字图像处理技术
4.4.3 多孔沥青混合料空隙特征的获取
4.4.4 连通空隙的识别与计算
4.5 空隙及连通空隙空间分布特性
4.5.1 空隙率及连通空隙率的分布
4.5.2 空隙数量分布
4.5.3 空隙级配分布
4.6 基于细观结构的高温性能破坏过程研究
4.6.1 多孔沥青混合料高温性能分阶段研究
4.6.2 第一阶段的细观结构分析
4.6.3 第二阶段的细观结构分析
4.6.4 第三阶段的细观结构分析
4.6.5 细观结构衰减过程分析
4.7 多孔沥青混合料高温变形特征分析
4.7.1 径向变形过程
4.7.2 纵向变形过程
4.8 本章小结
第五章 多场耦合作用下多孔沥青混合料高温性能及其破坏过程
5.1 多物理场动态蠕变试验
5.1.1 多物理场动态蠕变试验开发的必要性
5.1.2 多物理场环境箱的开发
5.1.3 基于降雨过程的多物理场模拟
5.2 多场耦合作用下的高温性能
5.2.1 混合料类型的影响
5.2.2 多场耦合条件的影响
5.2.3 多场耦合条件下的温度场
5.2.4 温度的影响
5.2.5 荷载水平的影响
5.2.6 破坏形式
5.3 多场耦合作用下高温性能破坏过程
5.4 基于细观结构的多场耦合作用下高温性能破坏过程研究
5.4.1 第一阶段的细观结构分析
5.4.2 第二阶段的细观结构分析
5.4.3 第三阶段的细观结构分析
5.4.4 细观结构衰减过程分析
5.5 多场耦合作用下多孔沥青混合料变形特征分析
5.5.1 径向变形过程
5.5.2 纵向变形过程
5.6 本章小结
第六章 多场耦合作用下多孔沥青混合料水稳定性能及其破坏过程
6.1 试验方法
6.1.1 间接拉伸强度试验
6.1.2 间接拉伸疲劳试验
6.1.3 多物理场间接拉伸试验
6.2 高温浸水作用下的水稳定性及其破坏过程
6.2.1 水稳定性评价
6.2.2 破坏过程
6.3 冻融循环作用下的水稳定性及其破坏过程
6.3.1 强度的变化过程
6.3.2 疲劳寿命的变化过程
6.4 多场耦合作用下的耐久性及其衰减过程
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 主要研究结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
博士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于工业CT的排水沥青混合料连通空隙特征研究[J]. 肖鑫,张肖宁. 中国公路学报. 2016(08)
[2]水作用对沥青混合料性能的影响[J]. 周志刚,刘旭光,罗苏平,沙晓鹏. 中南大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]骨架型沥青混合料粗集料颗粒接触形态变化规律[J]. 英红,周基,吴倩,刘杨. 建筑材料学报. 2016(02)
[4]车载引起的沥青路面内动水压力现场试验研究[J]. 汤潍泽,欧金秋,崔新壮,楼俊杰,肖溟,张炯,黄丹,侯飞. 山东大学学报(工学版). 2015(06)
[5]基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析[J]. 郭芳,谭海洲,邵腊庚. 公路交通科技. 2014(10)
[6]排水性沥青混合料路用性能改善措施[J]. 程成,马翔,刘松玉. 建筑材料学报. 2013(01)
[7]基于分区OTSU法的沥青混合料图像分割技术[J]. 李智,刘佳辉. 武汉理工大学学报. 2011(06)
[8]多孔沥青混合料旋转压实特性[J]. 蒋玮,沙爱民,裴建中,肖晶晶. 长安大学学报(自然科学版). 2010(05)
[9]AC-13粗集料骨架CBR室内试验研究[J]. 黄云涌,敖清文,刘曙光. 公路工程. 2009(01)
[10]旋转压实次数对Superpave混合料设计和性能的影响[J]. 赵延庆,潘友强,谭忆秋. 交通运输工程学报. 2009(01)
博士论文
[1]乳化沥青冷再生混合料的裂纹发展行为及抗裂机理研究[D]. 高磊.东南大学 2016
[2]沥青混合料水—温—光损伤特性及检测方法研究[D]. 张鹏.吉林大学 2015
[3]基于细观力学性能的功能型沥青混合料研究[D]. 石立万.华南理工大学 2014
[4]饱和沥青路面的粘弹性分析[D]. 张斌.大连海事大学 2013
[5]饱和沥青路面动力耦合分析与路面非饱和排水设计理论研究[D]. 但汉成.中南大学 2011
[6]基于X-ray CT和有限元方法的沥青混合料三维重构与数值试验研究[D]. 万成.华南理工大学 2010
[7]动水压力作用下路面材料损伤的评价方法研究[D]. 潘宝峰.大连理工大学 2010
[8]沥青混凝土路面细观结构和水破坏研究[D]. 李芬.武汉理工大学 2006
[9]沥青混合料的结构组成机理研究[D]. 赵永利.东南大学 2005
硕士论文
[1]基于多孔沥青混合料强度特性的透排水路面结构设计[D]. 吴江涛.东南大学 2017
[2]乳化沥青冷再生混合料的细观结构研究[D]. 罗海龙.东南大学 2015
[3]基于计算流体力学沥青路面水损害的细观分析[D]. 张强.吉林大学 2014
[4]荷载与渗压耦合作用下沥青混凝土路面疲劳性能研究[D]. 谭栋杰.重庆交通大学 2013
[5]车载作用下沥青路面排水基层的冲刷行为[D]. 王超.湖南大学 2011
[6]级配碎石CBR数值试验方法及其应用[D]. 任皎龙.长安大学 2011
[7]水、动荷载耦合作用下沥青路面损坏机理分析与设计[D]. 祁文洋.山东建筑大学 2011
[8]沥青混合料间接拉伸疲劳损伤特性研究[D]. 李琼.长沙理工大学 2011
[9]水和荷载耦合作用下沥青路面动力响应研究[D]. 邓融.大连海事大学 2010
[10]透水性沥青路面混合料配合比设计方法与路用性能研究[D]. 蒋玮.长安大学 2008
本文编号：3078459
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