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高橡胶颗粒掺量的沥青砂浆抗裂性能研究
| 论文题名： | 高橡胶颗粒掺量的沥青砂浆抗裂性能研究 |
| 关键词： | 沥青砂浆;弹性固化道床;抗裂性能;声发射;离散元;高速铁路 |
| 摘要： | 当前高速铁路常用的有砟轨道结构形式在长期运营下由于列车荷载的冲击振动，会出现碎石飞溅，伴随着噪音与性能的下降。而新兴的聚氨酯固化道床虽然可以解决劣化问题并减小道床变形，但其成本较高。而掺加橡胶颗粒的沥青固化道床材料具有可持续以及经济性高的特点，可以作为替代材料。本文以基于对应固化道床材料的沥青砂浆为研究对象，利用半圆弯曲试验，结合声发射技术与离散元模拟的方法对其抗裂性能进行了综合评估，确定了抗裂性能最佳的沥青砂浆配比，为沥青弹性固化道床材料在工程中的应用奠定基础。 本文依据前期确定的环氧沥青与高胶沥青固化道床材料的配比，通过δ体积修正法基于沥青膜厚度确定了其理论油石比。在理论油石比的基础上，通过马歇尔试验，确定了四种掺橡胶颗粒的沥青砂浆的配合比并提出了对应的制备及养生方法。 首先，通过半圆弯曲试验对沥青砂浆在不同温度下的抗裂性能进行了分析。断裂强度试验结果表明，环氧沥青砂浆的断裂强度要高于高胶沥青砂浆，不同沥青砂浆在低温下的断裂强度要更高。断裂能结果表明，11%-环氧沥青砂浆的延展性要高于9%-环氧沥青砂浆，3%-高胶沥青砂浆的延展性要高于6%-高胶沥青砂浆，高胶沥青砂浆的裂缝延展性要优于环氧沥青砂浆，且对温度的变化更加敏感，其断裂能变化幅度较大。 其次，进行了基于半圆弯曲试验与低温劈裂试验的声发射试验，并通过聚类分析方法分析了开裂过程中的特征波形变化。试验结果表明，环氧沥青砂浆的抗裂性能要优于高胶沥青砂浆，开裂更加稳定，其中11%橡胶掺量的环氧沥青砂浆抗裂性能最佳。结合CT图像的分析表明，橡胶颗粒的掺入不会影响主裂缝的路径，但是在橡胶与沥青的结合处更易发生开裂。 基于离散元颗粒流模型，开展了不同温度下的沥青砂浆试件开裂机理研究。裂缝分析结果表明，模拟得到的裂缝数量与声发射能量结果相关联。针对橡胶颗粒掺量与粒径对沥青砂浆抗裂性能的影响进行了模拟分析，给出了使沥青砂浆抗裂性达到最大的推荐橡胶颗粒掺量与粒径范围。室内试验确定的橡胶颗粒掺量与虚拟试验确定的推荐值较为接近，表明实际采用的橡胶颗粒掺量较为理想。 基于室内试验与虚拟试验的分析结果，确定了橡胶掺量为11%的环氧沥青砂浆具有最优的抗裂性能，半圆弯曲试验、声发射参数分析与离散元虚拟分析之间的结果具有较好的关联性，因此，通过声发射技术结合离散元模拟对沥青砂浆的开裂性能进行分析是有效的手段。 |
| 作者： | 李足远 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 杨军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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