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原文传递骨料强度和形状对沥青混合料性能影响的研究

论文题名：	骨料强度和形状对沥青混合料性能影响的研究
关键词：	沥青混合料;骨料强度;骨料形状;路面性能
摘要：	骨料的强度和形状显着影响沥青路面的耐久性、抗拉强度和刚度。骨料必须具有适合高性能路面的形状和强度，因为它直接影响沥青路面的性能。骨料的强度和形状对沥青混合料的内部骨架结构（ISS）有相当大的影响，进而影响沥青路面的使用寿命。ISS是确定沥青混合物中载荷传递路径的重要因素。采用粗骨料填空（CAVF）设计方法进行级配设计，保证骨架结构致密。三种不同的骨料，花岗岩、辉绿岩和石灰石，具有不同的强度和形状，用于改善沥青混合料的性能。通过图像分析和处理系统(iPAS)软件进行二维(2D)横截面图像分析以获取ISS。　　采用CCD数码相机获取沥青混合料的内部结构，结合数字图像处理技术，分析沥青混合料的精细尺度特征，根据粗骨料骨架接触参数构建简化骨架。基于有限元模型（FEM）和骨架参数识别混合物的内应力路径，并基于生成的力链网络探索应力路径特征与宏观力学性能之间的内在相关性。进行了马歇尔、汉堡车轮跟踪和三点弯曲梁试验，以检查沥青混合料的性能，并评估骨架指标与力学性能之间的关系。此外，通过灰色关联分析，分别了解强度和形状参数的影响，并结合沥青混合料的骨架结构和力学性能参数。　　结果表明，CAVF设计方法可以得到三种骨料体积组合相同的矿物级配。花岗岩的马歇尔稳定性最大值为8.1kN，辉绿岩最小值为7.01kN，石灰石为7.2kN。花岗岩和石灰石的强度参数较弱，但它们的马歇尔稳定性值高于辉绿岩。花岗岩具有最高的动态稳定性(DS)值，9600次/毫米；石灰石的DS值最低，为6897次/毫米；辉绿岩的DS值为7092次/毫米。另一方面，花岗岩材料的车辙深度最低，为1.28毫米，而石灰石的车辙深度最高，为1.49毫米。　　线性相关分析结果表明，形状参数与力学性能之间存在密切的线性关系，表明形状对沥青混合料性能的影响更大。花岗岩具有更加棱角分明的形状，并在骨料颗粒之间形成良好的互锁，从而使沥青混合料具有优异的机械性能。马歇尔稳定性、动态稳定性和弯曲刚度模量在10℃时的RI相关系数R2分别为0.9046、0.8621和0.9426。结果表明，RI对沥青混合料的性能有显着影响。强度参数与力学性能之间存在弱线性关系，因为辉绿岩的强度是花岗岩和石灰石的三倍。然而，辉绿岩的机械性能较低，证明强度对沥青混合料的机械性能影响很小。　　基于接触结构特征，花岗岩显示出比石灰石和辉绿岩材料更多的接触点(249)和接触长度Lsum(722mm)，因为角形的骨料颗粒之间具有出色的互锁性。形状参数的相关系数值（R2=0.9749）高于强度参数（R2=0.8046），说明包括骨料棱角在内的形状参数对沥青混合料骨架稳定性有显着影响。大多数接触线的长度对于花岗岩和石灰石为1-3毫米，但对于辉绿岩在3-5毫米范围内。骨料颗粒越弱，接触长度间隔越短。花岗岩和石灰石产生较短的接触长度间隔（0.1-1毫米和1-3毫米），因为它们的强度比辉绿岩弱三倍，因此，骨料颗粒在压实过程中分解并导致较短的接触长度。强度和形状显着影响接触长度间隔，但不影响接触方向。单骨架指数与力学性能之间的线性关系不是很显着。计算了内部骨架指数（ISI），并与动态稳定性和弯曲刚度模量有显着关系。　　基于MATLAB开发了骨料搜索和接触点计算程序。结果表明，自主研发的接触点计算程序可以有效地定位骨料颗粒并计算骨架参数。基于MATLAB的Abaqus接触力提取程序可以准确提取混合物内目标区域的应力状态。力链分析表明，强力链和弱力链的数量受载荷类型和作用位置的影响，表明沥青混合料是一种应力依赖性材料。孤立力链无效，配合比设计应保证胶泥性能，以抵抗孤立力链的影响。　　花岗岩具有比辉绿岩和石灰石更高的灰色相关品位值，从强度和形状参数上证明花岗岩具有优异的力学性能。根据形状对道路性能测试和内部骨架结构性能的影响，花岗岩材料具有灰色相关等级的最大值（0.763），然后是辉绿岩（0.467）和石灰石（0.517）。因此，花岗岩因其形状特性而具有优异的性能。需要考虑矿物聚集体的岩性。然而，试验结果表明，骨料形状和强度对沥青混合料性能的影响比岩性更为关键。当骨料形状和强度参数较好时，岩性的影响可以在一定程度上忽略。本研究结果可用于提高骨料的利用效率。
作者：	Hafiz Muhammad Zahid Hassan
专业：	建筑与土木工程
导师：	Xu Cai
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2022