沥青及沥青混合料的永久变形特性及其模拟分析

发布时间：2020-06-04 01:22

【摘要】：由于重载、超载、渠化交通以及夏季高温影响,沥青路面易产生高温车辙病害,严重影响其平整度、行车安全与舒适度;随着车辙的进一步发展,还将引起网裂、坑槽等其他病害,严重降低沥青路面的结构性能和使用性能。因此,沥青路面的车辙病害一直是国内外关注的热点科学问题。本文分别研究了沥青胶结料(沥青、胶浆和砂浆)和沥青混合料的高温永久变形特性,通过试验与有限元模拟(FEM)相结合的方法,对沥青路面的车辙发展过程进行了模拟分析。首先,采用动态剪切流变仪(DSR)对沥青、胶浆和砂浆进行了多应力蠕变恢复试验(MSCR),研究三种胶结料的高温永久变形特性,探究沥青胶结料高温性能与混合料车辙变形的联系。结果表明:沥青、胶浆和砂浆的不可恢复蠕变柔量(Jnr)均随温度的升高呈幂函数增大,而蠕变恢复率随温度升高而降低;同一条件下砂浆的抗永久变形能力大于胶浆大于沥青,胶浆和砂浆相比沥青高温性能分别提高了5-10℃和20℃,胶浆相比沥青其Jnr值降低了70%~85%,而砂浆相比沥青降低超过了99%;沥青胶结料Jnr值与对应混合料车辙变形表现出幂函数增长的关系,当沥青、胶浆和砂浆的Jnr值分别小于0.383 kPa~(-1)、0.082 kPa~(-1)和0.0031 kPa~(-1)时,对应沥青混合料抗车辙性能较好,能够应用于特重交通量道路。其次,采用单轴重复永久变形试验和室内车辙试验对沥青混合料进行永久变形试验,研究温度、荷载和水对沥青混合料车辙发展的影响,分析沥青混合料三个永久变形阶段的特性,并探究多阶段荷载对沥青混合料车辙发展的影响。分析表明,温度对沥青混合料车辙发展的影响最大,水次之,荷载的影响最小;沥青混合料三阶段车辙变形中的第一、二阶段的转折点Fs与流动数F_N之间存在很强的线性关系,Fs能够作为评价沥青混合料永久变形性能的指标;三个阶段的变形速率之间也存在线性关系,随着初始阶段变形速率的增大,第二、第三阶段的变形速率同样增大;多阶段荷载下荷载越大,变形率越大,且第一阶段荷载下的车辙变形最大,其次是第二阶段,最后是第三阶段,均与荷载次序无关;沥青路面初期承受荷载大小对其车辙发展影响较大。最后,基于时间硬化蠕变模型利用有限元分析软件对沥青路面永久变形演变进行了模拟分析。研究结果表明:沥青混凝土的蠕变模型参数(A,n和m)可以通过拟合车辙试验数据得到,其中参数A在1.4×10~(-3)至7.5×10~(-3)之间,n在0.5至1.3之间,m在-0.6至-0.8之间,通过对参数A进行修正,可以提高模拟的准确性,修正系数在1.2-1.5范围内;多阶段荷载的有限元模拟结果与试验结果相近,较好地描述了沥青混合料在不同荷载下的车辙变形发展;同时应用于路面结构的车辙模拟中不同温度、荷载下均是中面层的车辙变形最大,与规范中沥青路面永久变形验算模型计算结果一致,符合实际路面观测的车辙变形情况,该模拟方法能够用于模拟复杂交通条件下沥青路面的车辙变形发展。
【图文】：

技术路线图,沥青混合料,高温车辙,建路

沥青混合料高温车辙性能的联系，最后基于时间硬化蠕变模型采用有限元模软件对实验室测试沥青混合料的永久变形发展进行了模拟与验证，并通过建路面结构的几何模型，对路面车辙发展进行了模拟分析。具体的思路和技术线如图 1-1 所示。

示意图,动态剪切流变仪,示意图

实验方法多应力重复蠕变恢复试验文采用 Anton Paar 公司生产的 MCR-101 型动态剪切流变仪（DSR浆和砂浆试样进行了多应力重复蠕变恢复(MultipleStressCreepRec)试验来研究三者的永久变形特性。DSR 是一种平板式流变仪，通来回振荡的转子与固定平板之间，，然后利用转子对试样施加一个变，可以得到试样相对应的应变或应力变化，由此获取材料的各种SR 的原理示意图如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE626.86

【相似文献】