详情

原文传递季冻区沥青混凝土细观疲劳损伤行为研究

论文题名：	季冻区沥青混凝土细观疲劳损伤行为研究
关键词：	沥青混凝土;细观疲劳损伤行为;季冻区
摘要：	东北季冻区光、氧、水等复杂自然环境因素的长期作用下，沥青路面材料产生热氧老化、光氧老化、冻融水损等一系列劣化反应，不利于满足长寿命沥青路面的抗疲劳性能要求。沥青混凝土为多相复合材料，从细观尺度看，老化主要导致其细观组成—沥青胶浆、沥青胶浆-集料界面性能衰减，荷载反复作用导致的疲劳损伤也在这两个细观组成部分内。因此，本文将宏观、细观尺度结合，分析光、氧、水、热多因素老化对沥青混凝土宏、细观疲劳性能的影响。　　首先，从宏观角度研究多因素老化对基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土疲劳性能的影响。设计沥青混凝土的室内光氧老化、环境老化和冻融水损试验方案，采用半圆弯拉疲劳试验研究宏观疲劳性能。随老化时长增加，各老化方式沥青混凝土的竖向变形速率增加，单次耗散能增加，开裂竖向位移减小，总耗散能减小，疲劳寿命降低。　　其次，采用与沥青混凝土相同的沥青和矿粉，制备0.6、0.8、1.0、1.2、1.4五个粉胶比的基质沥青胶浆和SBS改性沥青胶浆，并进行环境老化。通过频率扫描试验建立复数剪切模量、相位角主曲线；采用线性振幅扫描试验，基于粘弹性连续损伤（VECD）模型，建立损伤特征曲线和疲劳寿命曲线；分析粉胶比、环境老化对沥青胶浆粘弹性能和疲劳性能的影响。结果表明：矿粉对沥青胶浆有增劲作用；环境老化使沥青胶浆的弹性成分增加、粘性成分减少。SBS改性沥青胶浆的疲劳性能比基质沥青胶浆好。未老化基质沥青胶浆的粉胶比越大，疲劳寿命越大；未老化SBS改性沥青胶浆在粉胶比为1.2时疲劳寿命最大。环境老化作用使基质沥青胶浆在低应变下的疲劳寿命增加，高应变下的疲劳寿命减小；SBS改性沥青胶浆在高、低应变下的疲劳寿命均减小。综合粉胶比和环境老化对沥青胶浆疲劳性能的影响，基质沥青胶浆和SBS改性沥青胶浆的最佳粉胶比分别为1.0、1.2。　　然后，设计基于DSR的沥青胶浆-集料界面快速剪切疲劳试验，分析沥青胶浆粉胶比、环境老化和冻融损伤对界面疲劳寿命的影响。结果表明：在沥青胶浆-集料界面剪切疲劳试验中，沥青胶浆层厚度小于0.5mm时，界面疲劳破坏形式为沥青胶浆与集料的粘附失效；SBS改性沥青胶浆-集料界面的疲劳性能优于基质沥青胶浆-集料界面；沥青胶浆粉胶比增加对界面疲劳性能有不利影响；环境老化使界面在低应变下的疲劳寿命增加，高应变下的疲劳寿命减小；冻融作用使沥青胶浆-集料界面部分粘结失效，界面疲劳寿命衰减。　　最后，基于灰色关联法分析细观尺度沥青胶浆、沥青胶浆-集料界面的材料参数与宏观尺度沥青混凝土疲劳寿命的关联性。结果表明：环境老化工况中，与沥青混凝土宏观疲劳性能相关性较高的细观疲劳参数为0.1%应变下的沥青胶浆疲劳寿命、0.1%应变下的沥青胶浆-集料界面疲劳寿命；冻融水损工况中，冻融后界面有效承载面积减小，使得界面在0.01%低应变下即出现明显疲劳现象，所以界面在0.01%应变下的疲劳寿命、疲劳寿命的荷载敏感度与沥青混凝土宏观疲劳性能的关联度较高。
作者：	朱雨
专业：	道路与铁道工程
导师：	陈先华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021