基于能量平衡原理的低温受拉下基质沥青断裂性能评价模型
发布时间：2021-12-29 21:20
现如今,沥青路面开裂已成为道路工程中主要病害之一。无论是在冰冻地区,还是在非冰冻地区,都会出现不同程度的开裂现象。沥青路面开裂的一个重要原因是沥青在低温下其断裂性能会降低。工程中一般依靠断裂性能试验测定沥青材料的断裂参数,从而评价其断裂性能。但是,这一方法在试件制作以及断裂参数计算方面较为复杂,测试精度受试件尺寸的影响较大。随着表面科学的迅猛发展,相关学者研究发现沥青材料的表面能与其开裂现象存在一定的联系:沥青在开裂过程中会产生新的表面,从而释放出表面能。同时,表面能测试技术简单,测试精度高。因此,通过表面能理论评价沥青材料的断裂性能具有一定的科研价值。基于此,本文基于能量平衡原理,借助于弹性力学的复变函数解法,建立沥青的断裂性能评价模型,以探究沥青的表面能是否能够其断裂性能,具体工作如下:基于能量平衡原理,在一定合理的假设基础之上,建立沥青的断裂性能评价模型。借助于弹性力学的复变函数解法求解带有椭圆孔的无限大板孔内表面位移场。令椭圆孔趋近于裂纹,从而得到带中心穿透裂纹的无限大板孔内表面位移场。进一步求解基质沥青开裂的临界条件,即系统的能量释放率等于两倍沥青的表面能。利用应力强度因子与...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液体表面
41.2.3表面能理论与固体表面能测试方法研究本文引入了沥青表面能参数，因此需要对表面能理论以及固体表面能测试方法进行研究。（1）液体表面张力与表面能在液体中，液体内部分子和液体表面分子处于不同的受力状态。液体内部分子受到来自于各个方向的力，这些力能相互抵消，达到平衡。液体表面分子要受到来自液体内部分子的力，以及另一相物质的分子力，这两种力一般不能完全抵消。因此液体表面分子大多处于不稳定力场，如图1-1所示。图1-1液体表面图1-2受力示意图由于液体表面分子的受力不均匀，导致液体表面存在着一种力，它垂直作用于单位边界线上，指向液体内部并与界面相切。这种力称为表面张力，其单位为N·m-1。如图1-2所示，在金属框中形成液体薄膜，在其一侧有力F的作用并达到平衡，于是有LFLF22==γγ其中，γ为液体表面张力。表面张力是一种线力，即作用在单位长度上的力，它广泛存在于各种液体表面，这种力使得液体有一种向内收缩的趋势，使液体表面以最小的表面积呈现。在自然界中可以经常看到这种现象，比如叶子上的露珠总是近似呈球形等等。表面能被定义为恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功，其单位为J·m-2。同样，如图1-2所示，在力F的作用下，液体薄膜表面积增加。其增加的表面积为=LdxdA2力F做的功为FdxdW=于是，表面能为LFdAdW2γ==
11第二章沥青断裂性能评价模型沥青路面在外界环境的作用下，会产生力学响应。当沥青达到极限受力状态时，其内部裂纹会发生失稳扩展。根据能量平衡原理：当裂纹处于临界开裂状态时，外荷载所作的功主要用于两部分，一部分转化为材料的内能，另一部分转化为裂纹产生新表面的表面能。本章基于能量平衡原理，建立沥青断裂性能评价模型，从理论上推导沥青中裂纹处于临界开裂状态时，表面能与断裂性能参数之间的定量关系式。该关系式是引入表面能表征沥青断裂性能的理论基矗2.1沥青断裂性能评价模型建立2.1.1模型荷载施加模式分析本文首先分析出沥青路面中最为危险的受力状态，以作为沥青断裂性能评价模型的荷载施加模式，从而简化计算。沥青路面长期暴露在外界环境中，当温度发生改变时，会在路面结构中形成温度梯度，使得沥青材料发生变形。而路面各层为保持变形协调，会使得路面结构产生温度应力。由受力分析可知，当温度下降时，沥青路面顶面温度会低于其内部温度，如果面层处于无约束状态，路表面则会收缩。而实际上，面层与基层是紧密粘接的，因此基层会阻止路表面收缩，从而在路表面形成拉应力区，最终导致路表面开裂，形成表面裂纹。图2-1温度荷载下沥青面层变形示意图其次，我国的高等级公路一般采用半刚性材料作为路面基层，比如水泥稳定碎石、二灰稳定碎石等。这些半刚性材料容易产生温缩和干缩裂缝。由有限元软件Abaqus分析可知，在车轮荷载的作用下，沥青路面会在温缩、干缩裂缝处产生
【参考文献】：
期刊论文
[1]矩形巷道围岩应力分布的复变函数解[J]. 吴帅,刘淑红,段思阳. 煤矿安全. 2019(01)
[2]矿粉表面能与其所含化学成分表面能关系模型[J]. 孔令云,李金桥,张玉贞,余苗. 哈尔滨工业大学学报. 2018(09)
[3]功能梯度圆板和环板受周边力作用的弹性力学解[J]. 张莹,梅靖,陈鼎,杨博. 应用数学和力学. 2018(05)
[4]高模量沥青低温抗裂性能的评价指标[J]. 耿韩,李立寒,张磊,BAHIA Hussain U. 建筑材料学报. 2018(01)
[5]浅埋矩形顶管求解的复变函数实践[J]. 李新源,刘国彬. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(04)
[6]基于断裂试验的再生沥青混合料中温抗裂性能[J]. 陈正伟,朱月风,张洪亮,宋彬. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(09)
[7]基于表面能理论的老化温拌SBS改性沥青结合料的粘附性[J]. 李海莲,李波,王起才,李良英,王永宁. 材料导报. 2017(16)
[8]冻融作用对环氧沥青混凝土抗裂性能的影响（英文）[J]. 张勐,钱振东. Journal of Southeast University（English Edition）. 2017(01)
[9]采用插板法测试沥青表面自由能的误差分析[J]. 董华均,曾哲,罗蓉,张德润,金露,王丽静. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(05)
[10]基于表面能法的沥青/集料粘附机理研究[J]. 裴建新. 合成材料老化与应用. 2016(04)
博士论文
[1]非理想裂纹准脆性扩展的多尺度分析及其应用[D]. 周胜.东南大学 2017
[2]沥青、集料的表面自由能及水分在沥青中的扩散研究[D]. 魏建明.中国石油大学 2008
硕士论文
[1]基于AFM与表面能原理的沥青与集料粘附特性分析[D]. 庞骁奕.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于表面能理论低温沥青混合料的抗冻性能研究[D]. 周水文.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于表面能理论的温拌沥青混合料水稳定性研究[D]. 窦晖.兰州交通大学 2012
[4]水镁石的表面改性和表面能的测定[D]. 裴宁.浙江大学 2008
本文编号：3556890
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液体表面
41.2.3表面能理论与固体表面能测试方法研究本文引入了沥青表面能参数，因此需要对表面能理论以及固体表面能测试方法进行研究。（1）液体表面张力与表面能在液体中，液体内部分子和液体表面分子处于不同的受力状态。液体内部分子受到来自于各个方向的力，这些力能相互抵消，达到平衡。液体表面分子要受到来自液体内部分子的力，以及另一相物质的分子力，这两种力一般不能完全抵消。因此液体表面分子大多处于不稳定力场，如图1-1所示。图1-1液体表面图1-2受力示意图由于液体表面分子的受力不均匀，导致液体表面存在着一种力，它垂直作用于单位边界线上，指向液体内部并与界面相切。这种力称为表面张力，其单位为N·m-1。如图1-2所示，在金属框中形成液体薄膜，在其一侧有力F的作用并达到平衡，于是有LFLF22==γγ其中，γ为液体表面张力。表面张力是一种线力，即作用在单位长度上的力，它广泛存在于各种液体表面，这种力使得液体有一种向内收缩的趋势，使液体表面以最小的表面积呈现。在自然界中可以经常看到这种现象，比如叶子上的露珠总是近似呈球形等等。表面能被定义为恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功，其单位为J·m-2。同样，如图1-2所示，在力F的作用下，液体薄膜表面积增加。其增加的表面积为=LdxdA2力F做的功为FdxdW=于是，表面能为LFdAdW2γ==
11第二章沥青断裂性能评价模型沥青路面在外界环境的作用下，会产生力学响应。当沥青达到极限受力状态时，其内部裂纹会发生失稳扩展。根据能量平衡原理：当裂纹处于临界开裂状态时，外荷载所作的功主要用于两部分，一部分转化为材料的内能，另一部分转化为裂纹产生新表面的表面能。本章基于能量平衡原理，建立沥青断裂性能评价模型，从理论上推导沥青中裂纹处于临界开裂状态时，表面能与断裂性能参数之间的定量关系式。该关系式是引入表面能表征沥青断裂性能的理论基矗2.1沥青断裂性能评价模型建立2.1.1模型荷载施加模式分析本文首先分析出沥青路面中最为危险的受力状态，以作为沥青断裂性能评价模型的荷载施加模式，从而简化计算。沥青路面长期暴露在外界环境中，当温度发生改变时，会在路面结构中形成温度梯度，使得沥青材料发生变形。而路面各层为保持变形协调，会使得路面结构产生温度应力。由受力分析可知，当温度下降时，沥青路面顶面温度会低于其内部温度，如果面层处于无约束状态，路表面则会收缩。而实际上，面层与基层是紧密粘接的，因此基层会阻止路表面收缩，从而在路表面形成拉应力区，最终导致路表面开裂，形成表面裂纹。图2-1温度荷载下沥青面层变形示意图其次，我国的高等级公路一般采用半刚性材料作为路面基层，比如水泥稳定碎石、二灰稳定碎石等。这些半刚性材料容易产生温缩和干缩裂缝。由有限元软件Abaqus分析可知，在车轮荷载的作用下，沥青路面会在温缩、干缩裂缝处产生
【参考文献】：
期刊论文
[1]矩形巷道围岩应力分布的复变函数解[J]. 吴帅,刘淑红,段思阳. 煤矿安全. 2019(01)
[2]矿粉表面能与其所含化学成分表面能关系模型[J]. 孔令云,李金桥,张玉贞,余苗. 哈尔滨工业大学学报. 2018(09)
[3]功能梯度圆板和环板受周边力作用的弹性力学解[J]. 张莹,梅靖,陈鼎,杨博. 应用数学和力学. 2018(05)
[4]高模量沥青低温抗裂性能的评价指标[J]. 耿韩,李立寒,张磊,BAHIA Hussain U. 建筑材料学报. 2018(01)
[5]浅埋矩形顶管求解的复变函数实践[J]. 李新源,刘国彬. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(04)
[6]基于断裂试验的再生沥青混合料中温抗裂性能[J]. 陈正伟,朱月风,张洪亮,宋彬. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(09)
[7]基于表面能理论的老化温拌SBS改性沥青结合料的粘附性[J]. 李海莲,李波,王起才,李良英,王永宁. 材料导报. 2017(16)
[8]冻融作用对环氧沥青混凝土抗裂性能的影响（英文）[J]. 张勐,钱振东. Journal of Southeast University（English Edition）. 2017(01)
[9]采用插板法测试沥青表面自由能的误差分析[J]. 董华均,曾哲,罗蓉,张德润,金露,王丽静. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(05)
[10]基于表面能法的沥青/集料粘附机理研究[J]. 裴建新. 合成材料老化与应用. 2016(04)
博士论文
[1]非理想裂纹准脆性扩展的多尺度分析及其应用[D]. 周胜.东南大学 2017
[2]沥青、集料的表面自由能及水分在沥青中的扩散研究[D]. 魏建明.中国石油大学 2008
硕士论文
[1]基于AFM与表面能原理的沥青与集料粘附特性分析[D]. 庞骁奕.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于表面能理论低温沥青混合料的抗冻性能研究[D]. 周水文.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于表面能理论的温拌沥青混合料水稳定性研究[D]. 窦晖.兰州交通大学 2012
[4]水镁石的表面改性和表面能的测定[D]. 裴宁.浙江大学 2008
本文编号：3556890
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