热老化条件下沥青混合料疲劳损伤自愈合性能研究

发布时间：2020-07-08 06:00

【摘要】：随我国高速公路建设事业的快速发展,选择更具耐久性的沥青路面材料是当今道路科研工作者共同的研究方向。疲劳开裂是当今沥青路面主要的损伤形式之一,长期以来道路工作者一直在致力于解决路面开裂问题,但至今未从根本上有效解决。依据前人的研究成果可知,沥青混合料疲劳损伤后具有一定的自愈合能力,研究沥青混合料的自愈合能力,对优化沥青路面设计及延长路面使用寿命具有重要意义。本文通过四点弯曲疲劳试验,分析了热老化条件下基质沥青混合料、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)改性沥青混合料、胶粉改性沥青混合料的疲劳损伤性能及自愈合性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)及核磁共振仪(NMR)分析了老化前后沥青混合料的微观形貌及孔结构变化情况,主要研究结论为:(1)通过沥青混合料四点弯曲疲劳试验结果可知:随老化程度的加深,沥青混合料变得脆硬,抗疲劳性能变差;损伤因子D及疲劳损伤因子D_f均可反映沥青混合料的抗疲劳性能,但疲劳损伤因子D_f无法详细描述疲劳损伤演变过程。不同老化条件下三种沥青混合料的抗疲劳性能均表现为:胶粉改性沥青混合料SBS改性沥青混合料基质沥青混合料,说明胶粉改性沥青混合料具有较好的抗疲劳性能;随着加载次数的增大,耗散能逐渐减小。随老化程度增大,沥青混合料的耗散能增大。相同应变水平下,基质沥青混合料的耗散能大于其它两种改性沥青混合料的耗散能;通过耗散能变化率可反映沥青混合料的疲劳损伤程度。(2)通过表象法愈合评价指标(HI~1)及能量法愈合评价指标(HI~2)分析沥青混合料的疲劳损伤自愈合性能可得到一致结论:损伤程度较小的原样沥青混合料在50℃条件下养护6h后的愈合效果最显著;利用灰关联熵分析法和极差分析法研究多因素对沥青混合料自愈合能力的影响可得出,老化程度显著影响了沥青混合料的自愈合能力;未老化条件下,基质沥青混合料的自愈合能力大于改性沥青混合料。热老化条件下,改性沥青混合料的自愈合能力大于基质沥青混合料,SBS改性沥青混合料的自愈合能力大于胶粉改性沥青混合料。(3)利用扫描电子显微镜(SEM)分析了老化前后沥青混合料微细观结构变化情况,短期老化后基质沥青混合料及SBS改性沥青混合料沥青-集料界面交接处存在微裂纹,长期老化后,沥青混合料界面处无明显微裂纹出现;由于胶粉改性沥青混合料有较好的高温性能和抗老化性能,因此老化前后其微观形貌变化较小。老化前后胶粉改性沥青混合料界面处无明显微裂纹出现,说明胶粉改性沥青与集料的粘结性较好,其抗疲劳性能更强;利用核磁共振仪(NMR)分析了不同老化程度的基质沥青混合料孔隙度的变化情况,其孔隙度大小表现为:短期老化基质沥青混合料未老化基质沥青混合料长期老化基质沥青混合料;热老化作用对基质沥青混合料微小孔隙影响较小,但对其大、中孔隙影响较大。老化前后基质沥青混合料内部的孔隙主要为10-100μm左右的大中孔隙。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414
【图文】：

内蒙古工业大学硕士学位论文表 2-5集料粒径范围（mm）级配上限级配下限级配中值10-20 5-10 3-5 0-3 矿粉通过率（%）0.17 0.11 2.84 42.25 100 36 13 24.5 0.17 0.11 0.99 25.17 100 26 9 17.5 0.17 0.11 0.09 12.17 99.8 18 7 12.5 0.17 0.11 0.09 6.69 99.8 14 5 10 0.17 0.11 0.09 0.60 99.5 8 4 6 24 22 21 28 5 —

材料的疲劳性能是指材料在重复荷载或加载的作用下抵抗破坏的能力，在复杂老化条件下沥青路面作为柔性路面，由于行车荷载的反复作用，损伤不断的积累，导致沥青路面结构的强度逐渐降低。根据最新的研究和调研结果，大部分路面开裂病害的出现关键在于沥青路面的抗疲劳性能不足[50-51]，目前复杂老化条件下沥青路面出现最多的损坏形式之一就是疲劳破坏，因此研究热老化条件下沥青混合料的疲劳损伤性能有着重要意义[5]。行车荷载从靠近到驶离 A 点，A 点分别处于受拉、受压以及受拉状态。B 点的受力状态则与 A 点相反，A、B 实际受力情况以及点 B 应力随时间变化曲线如图 3-1、3-2 所示。车辆每次驶过 A、B 点都会使沥青路面承受拉压应力（应变）循环交替作用，长期的反复作用导致沥青路面产生疲劳破坏。由 A、B 两点的受力情况可知，路面下面层 B 点在行车荷载作用下所受的拉应力远大于 A 点所受的拉应力，因此通常情况下行车荷载引起的疲劳裂缝往往从面层底部出现[52]。本章通过沥青混合料四点弯曲疲劳试验，分析不同老化条件下基质沥青混合料、SBS 改性沥青混合料及胶粉改性沥青混合料的疲劳损伤性能。

材料的疲劳性能是指材料在重复荷载或加载的作用下抵抗破坏的能力，在复杂老化条件下沥青路面作为柔性路面，由于行车荷载的反复作用，损伤不断的积累，导致沥青路面结构的强度逐渐降低。根据最新的研究和调研结果，大部分路面开裂病害的出现关键在于沥青路面的抗疲劳性能不足[50-51]，目前复杂老化条件下沥青路面出现最多的损坏形式之一就是疲劳破坏，因此研究热老化条件下沥青混合料的疲劳损伤性能有着重要意义[5]。行车荷载从靠近到驶离 A 点，A 点分别处于受拉、受压以及受拉状态。B 点的受力状态则与 A 点相反，A、B 实际受力情况以及点 B 应力随时间变化曲线如图 3-1、3-2 所示。车辆每次驶过 A、B 点都会使沥青路面承受拉压应力（应变）循环交替作用，长期的反复作用导致沥青路面产生疲劳破坏。由 A、B 两点的受力情况可知，路面下面层 B 点在行车荷载作用下所受的拉应力远大于 A 点所受的拉应力，因此通常情况下行车荷载引起的疲劳裂缝往往从面层底部出现[52]。本章通过沥青混合料四点弯曲疲劳试验，分析不同老化条件下基质沥青混合料、SBS 改性沥青混合料及胶粉改性沥青混合料的疲劳损伤性能。

【参考文献】

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本文编号：2746178