基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)的瀝青混合料界面開裂特性研究.pdf

1、為了提高道路使用性能，以及符合環(huán)保理念的現(xiàn)代交通發(fā)展模式，橡膠粉（CR）改性瀝青混合料被廣泛應(yīng)用于高等級道路建設(shè)中。然而隨著CR改性瀝青混合料路面服役時(shí)間的增長，不可避免的出現(xiàn)各種病害，其中路面開裂是道路病害的主要形式之一，裂縫的形成嚴(yán)重影響著道路使用性能及使用壽命，因此對瀝青路面的開裂機(jī)理及裂縫的擴(kuò)展規(guī)律研究，進(jìn)而提出防治措施具有重要意義。
　　由于瀝青混合料屬于多相復(fù)合材料，且具有各向異性的復(fù)雜特性?；诰S象原理的常規(guī)宏觀試驗(yàn)

2、只能建立瀝青混合料宏觀特性與路用性能的關(guān)聯(lián)，而路面宏觀裂縫的產(chǎn)生是由細(xì)觀損傷發(fā)展而來，因此宏觀試驗(yàn)不能從根本上對裂紋產(chǎn)生機(jī)理及裂縫擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行探究，對各組成相間的相互作用及行為本質(zhì)進(jìn)行研究必須從細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā)。本文采用數(shù)字散斑相關(guān)方法（Digital Speckle Correlation Method，簡稱DSCM）結(jié)合內(nèi)聚力模型（Cohesive Zone Mode，簡稱CZM）數(shù)值模擬，由細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā)對CR改性瀝青混合料界面裂紋產(chǎn)生

3、機(jī)理及裂縫擴(kuò)展規(guī)律等開裂特性進(jìn)行分析研究。
　　對原樣以及經(jīng)長期溫度老化、水溶液凍融循環(huán)和鹽溶液凍融循環(huán)后的預(yù)切口CR改性瀝青混合料進(jìn)行半圓試件彎拉試驗(yàn)（Semi-Circular Bending簡稱SCB），結(jié)合DSCM對加載過程中試件的變形場進(jìn)行分析，利用Vic-3D圖像處理軟件對加載過程采集的散斑圖像進(jìn)行處理，得到試件表面裂縫隨著荷載變化的位移場和應(yīng)變場及其演化過程。
　　針對瀝青混合料（由集料、瀝青膠漿以及界面組成）

4、復(fù)雜表面特征，采用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行處理。利用CCD攝像機(jī)對半圓試件表面信息進(jìn)行采集；通過Image-Pro Plus-6（IPP6）圖像處理軟件對試件進(jìn)行灰度處理、灰度直方圖調(diào)整、圖像增強(qiáng)、濾波、去噪、圖像銳化以及圖像邊緣提取等操作；利用R2V對處理圖像進(jìn)行矢量化，從而實(shí)現(xiàn)對瀝青混合料瀝青砂漿與集料的分離與提?。唤Y(jié)合有限元分析軟件ABAQUS完成半圓試件的二維重構(gòu)。
　　對于集料與瀝青砂漿接觸界面的細(xì)觀特性，建立CR改性瀝青混合料

5、界面細(xì)觀CZM模型，通過SCB試驗(yàn)獲取CZM模型斷裂參數(shù)，單軸壓縮蠕變試驗(yàn)獲取瀝青砂漿的粘彈性參數(shù)。對預(yù)切口CR改性瀝青混合料半圓試件CZM模型進(jìn)行數(shù)值模擬，將數(shù)值模擬得到的試件裂縫擴(kuò)展路徑、水平位移場、豎向位移場以及應(yīng)變場等與DSCM試驗(yàn)結(jié)果對比分析，驗(yàn)證CZM模型模擬結(jié)果的可靠性。通過CZM模型對瀝青混合料界面開裂影響因素進(jìn)行研究；通過對瀝青混合料不同裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行計(jì)算，對裂縫擴(kuò)展影響因素進(jìn)行研究；依據(jù)裂縫影響因素設(shè)計(jì)并完成對

6、預(yù)切口瀝青混合料半圓試件裂縫擴(kuò)展路徑的預(yù)測。
　　結(jié)合DSCM與CZM模型，從細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā)對CR改性瀝青混合料界面裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展特性進(jìn)行研究。通過水平應(yīng)變與水平應(yīng)力對瀝青混合料開裂過程中不同組成相的變形特性以及裂縫演變過程進(jìn)行分析；通過水平位移變化速率與水平應(yīng)變對瀝青混合料開裂受外界環(huán)境因素的影響規(guī)律進(jìn)行分析；分析了裂縫擴(kuò)展過程中擴(kuò)展速率的影響因素；對無預(yù)切口瀝青混合料半圓試件進(jìn)行有限元內(nèi)聚力模型數(shù)值模擬，并對模擬結(jié)果進(jìn)行可行性分