沥青疲劳性能、自愈合性能的影响因素及相关性研究

发布时间：2020-10-14 17:13

　　 疲劳开裂是沥青路面主要的损伤形式之一,而疲劳造成的开裂一般产生在沥青与集料界面之间或沥青自身,因此研究沥青抵抗疲劳开裂的能力对预测沥青路面的疲劳寿命有一定帮助。沥青自愈合特性说明疲劳研究需考虑含间歇愈合带来的强度恢复。分析对比现有疲劳寿命评价方法、研究疲劳性能影响因素、合理评价沥青自愈合能力和分析影响自愈合的因素,建立自愈合特性与疲劳性能的联系,对有效对比沥青的疲劳性能具有重要的研究意义。本文通过动态剪切流变仪对沥青进行疲劳和自愈合试验研究,对疲劳寿命评价方法的优缺点和适用性进行总结,对4种沥青的不同疲劳寿命进行对比发现模量控制法确定的破坏准则最低,通过拟合方程建立了各疲劳寿命之间的转化关系,解决了各方法适用性受到试验条件限制的问题。研究了应力水平、温度频率及加载模式对疲劳性能的影响规律,发现随着应力水平的增大,疲劳寿命逐渐下降,并且其变化规律可采用幂函数拟合预测;温度的升高会降低沥青的疲劳寿命,频率的升高会提高沥青的疲劳寿命。应力和应变控制模式下的疲劳损伤发展存在差异,同一应力应变对下,应变模式下的疲劳寿命高于应力模式。通过力学参数的变化情况发现损伤发展可以分为两个阶段:在第一阶段两种模式的疲劳发展一致,在第二阶段疲劳发展产生差异,且随着应力应变对的增大,损伤差异发生的越早。两种模式下的累积耗散能可以采用二次多项式进行拟合且关于线性关系式呈现对称关系。针对现有自愈合评价指标的不足,提出新的自愈合评价指标,使修正后的指标更具物理意义,评价更为准确。将宏观指标表征的评价指标与理论计算的愈合指数对应,采用静态愈合行为方程进行拟合验证发现两者具有较好的拟合度。研究了间歇时间、损伤度和温度对自愈合恢复情况的影响,随着损伤度的增长,沥青破坏越严重,恢复情况越差;间歇时间的增长可以有效提高愈合,但这种促进效果会随着时间的增长逐渐变缓;间歇期温度的上升可以提高沥青的自愈合效果,但对于不同沥青的效果提升不一样且不是毫无限制的提高。分析了自愈合特性对于疲劳性能的意义,总结出自愈合特性和疲劳性能的相关联系,区分了自愈合恢复情况与自愈合速率。将沥青自愈合恢复情况转换为增长疲劳寿命,提出单次间歇下沥青疲劳性能对比的方法,并根据增长疲劳寿命与损伤度、间歇时间的关系建立了重复加载间歇条件下沥青真实疲劳寿命的计算公式,更切合实际路面沥青服役寿命的预测。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U414
【部分图文】：

图 2-4 动态剪切流变仪实体图表 2-2 DSR 技术参数项目 技术参数 项目 技术参数变、应力 标配 法向力分辨率 0.5mN马达多孔介质空气轴承法向力响应时间<10ms扭矩-稳态 20nNm 最大角速度325rad/s（3103rpm）扭矩-振荡 10nNm 最小角速度 10nrad/s大扭矩 200mNm 位置分辨率 <10nRad分辨率 0.1nNm 马达惯量 13μN.m.s2

20(c) (d)图 2-8 仪器配件对于试验操作过程中需要注意的事项有以下四点：1．试验前的退火处理是为了消除沥青在常温放置下产生的可逆分子缔和（空间硬化）。加热温度应尽量低于 163℃以免沥青老化，在加热过程中采用间歇性搅拌以保证样品的均匀性和除去气泡；尽量设定最少的加热时间和最低的加热温度来防止样品老化；2．浇注的试模需放在试验桌上自然冷却，尽量避免非自然降温影响模量和相位角的测定，同时防止试件表面降温过快集聚水分从而影响与试验板的粘结

图 2-10 疲劳间歇循环示意图在于通过设置加载间歇交替的循环模式，与实在连续交通流下，车辆荷载作用时间较短，间歇中的反复加载卸载模式受仪器精度影响难以加载会增大沥青触变性对试验数据的影响。骤为：采用硅胶模具浇注两个同等厚度的沥青上，通过施加垂直外力或者改变厚度的控制模[56]。在这个过程中实时测试沥青动态剪切模量验示意图如下所示：
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本文编号：2840952