详情

原文传递老化及水损害对沥青排水路面抗剥落性能的影响机理

论文题名：	老化及水损害对沥青排水路面抗剥落性能的影响机理
关键词：	道路养护;沥青排水路面;老化损害;水损害;抗剥落性能
摘要：	集料剥落是沥青排水路面的典型病害之一，其主要破坏形式为砂浆疲劳开裂导致的粘聚破坏和沥青-粗集料界面稳定性衰减导致的粘附破坏。由于沥青排水路面空隙率较高，砂浆及沥青-粗集料界面易受到温度、空气、水等环境因素的影响而发生老化及水损害，进而降低路面抗剥落性能。然而，现有成果较少涉及老化-荷载、水损害-荷载耦合作用下砂浆疲劳耐久性的研究，且较少研究老化-水损害耦合作用下沥青-粗集料界面稳定性。为此，本文依托江苏省研究生科研与实践创新计划项目“基于多尺度的沥青排水路面水损害机理研究”（KYCX17_0138），通过多尺度试验及数值模拟，从砂浆疲劳寿命和沥青-粗集料界面稳定性两个角度，揭示老化及水损害对沥青排水路面抗剥落性能的影响机理。　　老化及水损害对于沥青排水路面而言，是一个自外向内的病害过程，最先影响的是裹附在粗集料表面的沥青砂浆，当沥青砂浆发生开裂时，老化及水损害才会威胁到沥青-粗集料界面。针对砂浆疲劳开裂导致的粗集料剥落问题，本文首先基于粘弹性连续介质损伤力学理论，采用线性幅值扫描试验，研究了不同老化及水损害程度沥青砂浆优势疲劳应变域、劣势疲劳应变域。研究表明，老化程度越高的砂浆其优势疲劳应变域越小，PAV老化时间为40h的砂浆其优势疲劳应变域为（0%,3.12%），劣势疲劳应变域为（3.12%,3.98%）；水损害程度越高的沥青砂浆其劣势疲劳应变域越大，恒温水浴20d的砂浆其劣势疲劳应变域为（0%,5.51%）。　　老化及水损害均会影响沥青砂浆的优势疲劳应变域和劣势疲劳应变域，本文研究了多孔沥青混合料中砂浆最不利剪应变响应所处的应变域（简称最不利应变域）。首先，基于多尺度实验，研究了老化及水损害对沥青砂浆粘弹特性的影响机理，分别提出了考虑老化指数和水损害指数的沥青砂浆粘弹性本构模型；其次，基于CT扫描技术及逆向工程方法重构了多孔沥青混合料三维细观结构；然后，基于ABAQUS模拟了不同胎压及轮胎负荷下轮胎压地的荷载分布特征；最后，建立了多孔沥青混合料细观数值模型，计算了老化-荷载、水损害-荷载耦合作用下砂浆的最不利应变域及疲劳寿命。研究表明，老化（PAV老化时间≤40h时）会提高砂浆的疲劳寿命，相同轮胎荷载条件下PAV老化40h的砂浆其疲劳寿命约是未老化状态的69倍；水损害会降低砂浆的疲劳寿命，水浴20d后沥青砂浆的疲劳寿命衰减了85.3%。　　针对沥青-粗集料界面破坏导致的粗集料剥落问题，本文采用光电比色法及拉拔试验，测试了老化-水损害耦合作用下沥青的粘附性及沥青-粗集料界面的强度。研究表明，老化及水损害均会降低沥青-粗集料界面稳定性；相同水浴时间下，沥青粘附性及沥青-粗集料界面强度衰减主要发生于PAV老化前20h，分别衰减了约16.0%和58.3%；水损害造成的沥青粘附性衰减主要发生于水浴前5天（平均衰减了47.7%），造成的沥青-粗集料界面强度衰减主要发生于水浴前10天（平均衰减了48.4%）。　　根据老化-荷载、水损害荷载耦合作用下砂浆疲劳寿命及老化-水损害耦合作用下沥青-粗集料界面稳定性，综合分析了老化及水损害引发沥青排水路面集料剥落的主要形式。研究表明，老化造成的多孔沥青混合料集料剥落病害形式为沥青-粗集料界面稳定性衰减导致的粘附破坏；水损害造成的集料剥落病害形式包含沥青砂浆疲劳寿命衰减导致的粘聚破坏、沥青-粗集料界面稳定性衰减导致的粘附破坏。
作者：	张勐
专业：	交通运输工程
导师：	钱振东
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2019
正文语种：	中文