沥青路面集料抗磨损性能多尺度评价方法研究

发布时间：2020-04-01 20:03

【摘要】：沥青路面表面的集料是影响道路抗滑性能和耐久性能的重要因素。因此对沥青路面表面集料的磨损演化过程进行研究,建立评价准则和综合评价模型,为道路设计、施工、养护与行车安全提供理论和方法支撑,对交通安全、能源消耗及环境保护有着重大意义。本论文通过激光扫描逆向建模、有限元数值模拟、分子动力学模拟、MATLAB图像分析等方法,借助集料加速磨光试验、狄法尔磨耗试验、光学表面轮廓采集、扫描电子显微镜、X射线衍射试验等手段,从宏观到微观再到分子纳米等多个尺度,对沥青路面的表面构造、抗滑性能影响因素、集料的磨损退化机理和综合评价方法等进行系统性研究。主要研究内容与所取得成果如下:(1)在宏观尺度下,使用激光三维扫描仪,基于真实路面的宏观构造形貌逆向建模。将路面构造模型应用于有限元软件ANSYS中进行胎-路接触应力计算,得到了轮胎微观滑移时路面表面宏观构造的应力分布结果。基于有限元的应力分析结果,结合岩石疲劳损伤理论,使用疲劳分析软件FE-SAFE计算路面宏观构造疲劳寿命分布结果,对路面宏观构造的演化进行预测。同时,参考体积法测量路面构造深度的原理,提出了一种路面宏观构造的三维表征方法。根据不同深度下的模型体积和深度的比值计算三维特征参数ω,能够准确反映路面宏观构造特征随构造深度的变化情况。与现有的三维评价方法相比,结果准确的同时还能够包含更多三维特征信息,有助于分析和评价不同路面的表面抗滑性能。(2)在微观尺度下,对3种道路工程中常见的集料岩石进行了Wehner/Schulze加速磨光试验,得到了这些集料的抗滑性能试验结果。在磨光过程中使用光学表面轮廓仪测量了集料的表面微观构造形貌,根据测量结果计算了 12种反映不同纹理构造特征的形貌参数。比较不同集料形貌参数之间的差异,同时将集料不同磨光阶段的形貌参数与抗滑性能指标进行相关性分析,建立二次多项式回归模型,描述了集料的表面微观构造形貌特征与抗滑性能之间的关系。(3)对4种道路工程集料进行狄法尔磨耗试验,在试验过程中,将不同磨耗程度的集料拼接制作成PSV试件。使用摆式摩擦仪测量集料此时的磨光值,得到每种集料的磨光值随磨耗次数的变化趋势。通过对试验结果的处理和分析,提出了综合集料抗磨光性能和抗磨耗性能的评价方法,能够根据集料的试验结果,将集料的性能区分评价为良好,合理和较差,从而为道路工程中的集料筛选和集料掺配提供参考。(4)使用X射线衍射法对3种集料的主要矿物组分进行物相定量分析,比较了这几种集料中的矿物成分差异。结合这3种集料的加速磨光试验和狄法尔磨耗试验结果,基于灰色关联理论,分析集料的矿物组成与集料性能之间的关系。结果表明集料中钙镁组分矿物的组成比例对集料的抗滑性能和抗磨耗性能影响很大,在工程集料选择时可以通过比较集料中钙镁组分矿物的含量,定性地分析集料的性能。(5)根据由X射线衍射试验获得的集料矿物组成,建立能够代表集料材料的矿物分子模型,使用分子动力学模拟软件LAMMPS模拟了Wehner/Schulze磨光试验中,石英砂分子与集料矿物分子发生的粘着磨损现象。模拟结果与宏观的磨光试验结果保持一致,说明在分子尺度下集料表面矿物分子的粘着破坏磨损与集料宏观的抗滑性能和抗磨损性能有着密切的关系。研究成果细化了不同尺度下路面集料磨损演化的机理,能够将现有的对沥青路面抗滑性能的认识和评价向更深层次推进,为道路设计、施工、养护与行车安全提供理论和方法支撑。
【图文】：

０．５￣５０ｍｍ，高度方向０．５？２０ｍｍ的构造，主要由骨料的形状、粒径、排列和逡逑空隙决定，受施工工艺、交通状况和使用时间的影响［３６］￣［３７］。微观构造与宏观逡逑构造的示意图见图２－１。沥青路面形貌对路面使用性能的影响见图２－２。逡逑微观构造逦宏观构造逡逑０．００１－０，５００邋ｍｍ邋０．５－２０．０邋ｍｍ逡逑图２－１微观构造与宏观构造示意图逡逑0ｎｎＩ邋ｏｎｉ邋ｎ邋１邋ｉ邋ｉｎ邋ｓｏ逦１００逦２５０邋５00逡逑波松（酬１邋ｆN－」１邋Ｊ邋１逦１邋ｗ逦１逦．邋，１．．．．．．．．．．１Ｌ．逡逑形貌范围逦ｊ邋细观纹理逦宏观纹理逦粗大纹理逦路面平整度逡逑摩檫力逦排水性能逦逦逡逑抗滑性能逦行车的舒适性逡逑面性能的逦逦逦逦邋Ｊ邋逦逡逑影响邋又逦水雾生成逡逑滚动阻力、轮胎面噪音逡逑轮胎磨损逦车辆磨损逡逑图２－２沥青路面形貌对路面使用性能的影响逡逑－８－逡逑

０．５￣５０ｍｍ，高度方向０．５？２０ｍｍ的构造，，主要由骨料的形状、粒径、排列和逡逑空隙决定，受施工工艺、交通状况和使用时间的影响［３６］￣［３７］。微观构造与宏观逡逑构造的示意图见图２－１。沥青路面形貌对路面使用性能的影响见图２－２。逡逑微观构造逦宏观构造逡逑０．００１－０，５００邋ｍｍ邋０．５－２０．０邋ｍｍ逡逑图２－１微观构造与宏观构造示意图逡逑0ｎｎＩ邋ｏｎｉ邋ｎ邋１邋ｉ邋ｉｎ邋ｓｏ逦１００逦２５０邋５00逡逑波松（酬１邋ｆN－」１邋Ｊ邋１逦１邋ｗ逦１逦．邋，１．．．．．．．．．．１Ｌ．逡逑形貌范围逦ｊ邋细观纹理逦宏观纹理逦粗大纹理逦路面平整度逡逑摩檫力逦排水性能逦逦逡逑抗滑性能逦行车的舒适性逡逑面性能的逦逦逦逦邋Ｊ邋逦逡逑影响邋又逦水雾生成逡逑滚动阻力、轮胎面噪音逡逑轮胎磨损逦车辆磨损逡逑图２－２沥青路面形貌对路面使用性能的影响逡逑－８－逡逑
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 龚翠芬;集料掺配试验[J];云南交通科技;2003年02期

2 冯立辉;;集料级配对马歇尔实验的影响[J];交通科技;2008年03期

3 何超云;黄鸿杰;;水泥稳定集料的加工与质量控制[J];广东交通职业技术学院学报;2011年04期

4 卢普伟;陈锦铭;;水泥稳定集料国内外技术现状分析[J];公路工程;2013年02期

5 周维兴;;混凝土砂石集料级配浅谈[J];建筑工人;1993年06期

6 赵明华,马红;集料级配组成设计的方法研究[J];中南公路工程;1996年03期

7 扈惠敏;沙爱民;孙业香;;沥青面层集料级配分布特征与质量控制[J];长安大学学报(自然科学版);2009年05期

8 杨威;;基于分形理论的集料破碎规律研究[J];公路与汽运;2009年06期

9 王振军;王宇;蒋玮;肖晶晶;;多孔集料沥青基复合材料的隔热功能[J];功能材料;2011年05期

10 沈小俊;石飞;李铁军;黄维蓉;杨文烈;;沥青路面集料标准化加工技术和工艺探讨[J];公路与汽运;2014年02期

相关会议论文 前10条

1 扈惠敏;沙爱民;;沥青路面集料级配变异性分析[A];2004年道路工程学术交流会论文集[C];2004年

2 郑南翔;吴传海;;高性能二灰碎石混合料(HPLFA)集料级配研究[A];中国公路学会2004年学术年会论文集[C];2004年

3 程杰;;加强全面管理防止沥青路面水破坏[A];土木建筑学术文库（第10卷）[C];2008年

4 刘韩英;张忠光;孙红兰;;浅谈沥青路面的养护与维修[A];山东水利科技论坛2006[C];2006年

5 王佐民;吕伟民;;低噪声沥青路面的声学特性[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（上册）[C];1999年

6 位俊涛;刘晓兵;;浅谈沥青路面施工质量控制——以新密市荥密路施工为例[A];土木建筑学术文库(第13卷)[C];2010年

7 姬东;李黎;;沥青路面水破坏原因分析与设计探讨[A];第四届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2007年

8 李承斌;穆杰;邵龙潭;;微波加热沥青路面及其控制的研究[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年

9 张泽文;;高速公路沥青路面关键施工质量管理实践[A];湖北省公路学会二○○九年学术年会论文集[C];2010年

10 钱国超;;江苏高速公路沥青路面“十五”技术回顾与展望[A];江苏省公路学会优秀论文集（2006-2008）[C];2009年

相关重要报纸文章 前9条

1 记者　 王珍珍;美专家提出系统考虑沥青路面质量[N];中国交通报;2006年

2 记者 杨宝众 特约记者 王丽霞;技术交流有助提升中国沥青路面水平[N];中国交通报;2006年

3 赵会;岷江大道沥青路面全面开铺[N];眉山日报;2008年

4 王远洋　孙燕 程佳祺;城市非主干道推广沥青路面[N];蚌埠日报;2009年

5 周瑞华;“衡大高速”沥青路面“就地再生”[N];衡阳日报;2010年

6 记者 白秋薇;陕西:沥青路面耐久研究通过验收[N];中国交通报;2010年

7 荣磊　春燕;我省要求40%沥青路面循环利用[N];新华日报;2011年

8 驻张家港首席记者 王乐飞　通讯员 蒋恒;港城“尝鲜”沥青路面修复新技术[N];苏州日报;2011年

9 实习记者 赖囝楠;浙江高速公路沥青路面“换颜”[N];中国交通报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 钱振宇;沥青路面集料抗磨损性能多尺度评价方法研究[D];北京科技大学;2018年

2 梁鑫;基于沥青石料表面改性的油石界面粘结剂研究[D];吉林大学;2011年

3 肖川;典型沥青路面动力行为及其结构组合优化研究[D];西南交通大学;2014年

4 刘圣洁;基于江西南部地区温度条件的沥青路面健康性能预测[D];长安大学;2015年

5 周泽洪;基于四川气候和轴载要求的半刚性基层沥青路面设计研究[D];长安大学;2015年

6 陈尚江;贵州高海拔地区沥青路面结构与材料适应性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 杜银飞;沥青路面取向热诱导传输机理与结构研究[D];东南大学;2015年

8 刘涛;基于无损检测方法的沥青路面介电特性与施工质量评价研究[D];华南理工大学;2016年

9 赵昕;沥青路面热效应发生理论及调节方法[D];长安大学;2011年

10 耿立涛;沥青路面温度应力及超孔隙水压力计算[D];大连理工大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 包静;基于多源视觉的集料动态图像采集系统研究[D];长安大学;2015年

2 党心蕊;集料级配数据动态分析系统软件设计与实现[D];长安大学;2015年

3 邹鹏;基于多源视觉的集料级配实时检测系统设计与实现[D];长安大学;2015年

4 廖一平;基于数字图像处理的沥青混合料集料形状及分布研究[D];南华大学;2015年

5 田强春;基于集料特性与级配的沥青路面抗滑性能预测研究[D];重庆交通大学;2015年

6 贾永杰;基于表面能理论的沥青—集料界面粘附性研究[D];内蒙古工业大学;2016年

7 石帅锋;基于集料减振功能设计的高阻尼混凝土研究[D];长安大学;2016年

8 朱俊骅;基于细观结构的沥青混凝土宏细观参数相关性研究[D];合肥工业大学;2016年

9 姜红;路用集料加工设备选型及加工工艺研究[D];长安大学;2015年

10 刘东;粗集料品质对高强混凝土性能影响研究[D];重庆大学;2016年

本文编号：2610892