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原文传递纤维沥青混合料冻融劈裂试验及其数值模拟

论文题名：	纤维沥青混合料冻融劈裂试验及其数值模拟
关键词：	纤维沥青混合料;冻融劈裂;掺量配比;强度变化;路用特性
摘要：	纤维沥青混合料成分组合复杂，其复杂性则导致了纤维沥青混合料的力学特性也随之相应复杂。本文研究以纤维种类、掺量以及冻融次数为参数，从纤维沥青混凝土的劈裂试验出发，评价纤维沥青混凝土的冻融劈裂性能。　　通过大量的室内试验与理论分析，具体研究了掺加聚酯纤维、玄武岩纤维、木质素纤维及各种纤维掺量为0.3％、0.35％、0.4％、0.45％情况下的沥青混合料在清水作用下的水稳定性情况，为以后纤维种类及掺量对沥青混合料的影响做出参考。本文还建立了三维沥青混合料的有限元劈裂模型，通过对比数值模拟结果与实测的结果两者之间的关系，由此验证得出建立纤维沥青混合料马歇尔试件有限元模型的合理性;针对纤维沥青混合料马歇尔试件劈裂模型数值模拟所得的应力应变云图的分布情况，具体分析沥青混合料试件的受力特性。试验结果与数值模拟结果表明: 　　(1)随着冻融次数的增加，掺加纤维的沥青混凝土试件的冻融劈裂强度降低;其主要原因是试件中的水在冻融循环过程中经历不断的结冰和融化，这就直接导致试件内部结构的逐渐破坏。　　(2)随着纤维掺量的增加，未冻融试件劈裂强度变化的基本趋势相同，几乎都是先上升后下降。冻融次数为2、4、6的情况下试件的劈裂强度与未冻融的规律相似。主要是因为纤维掺量过高时会产生结团现象，导致纤维与沥青及集料拌和不均匀，劈裂强度也就随之而降低。冻融次数相同时，不管是2、4或者6次，冻融劈裂强度最小的都是纤维掺量最小的试件。在相同的纤维掺量条件下，无论是0.3％、0.35％、0.4％还是0.45％，劈裂强度最小的都是冻融次数最多的试件。　　(3)纤维掺量为0.3％、0.35％、0.4％、0.45％在经过6次冻融循环后，沥青混凝土试件的劈裂强度都会有最佳值;在本文的试验研究范围内纤维的最佳掺量为0.4％，最佳纤维为玄武岩纤维。以上两个数据条件下，纤维的增强作用为最佳，此时试件的冻融劈裂性能最好。　　(4)通过对超声波试验数据中波速和纤维沥青混合料马歇尔试件强度检测的处理结果可知，采用指数函数拟合超声波传播速度和沥青混合料冻融循环后的劈裂强度，正确地反映沥青混合料在冻融过程中的性能衰减。对于掺加聚酯纤维的试件，波速与强度的拟合公式为f=4.42477×10-7e0.0031v，R2=0.89431;对于掺加玄武岩纤维的试件，波速与强度的拟合公式为f=1.25069×10-8e0.00467v，R2=0.86403;对于掺加木质素纤维的试件，波速与强度的拟合公式为f=5.05944×10-11e0.00487v，R2=0.96903。采用超声波法进行沥青混合料冻融破坏试验的研究，利用波速的变化来反映冻融破坏程度，冻融循环后试件的破坏程度与冻融循环次数有关。　　(5)建立了三维的掺入纤维的马歇尔试件的ANSYS分析结构模型，通过面面接触的加载方式模拟沥青混合料的劈裂试验;基于冻融劈裂试验结果和超声波检测所得到的试验数据，建立三维的纤维沥青混凝土有限元模型;通过对数值模拟和实测结果之间的对比分析，验证建立纤维沥青混凝土马歇尔试件有限元模型的合理性，得出相应的规律。
作者：	孙娣
专业：	建筑与土木工程
导师：	吴金荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	安徽理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文