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原文传递基于蚝壳固废利用的沥青混合料疲劳性能研究

论文题名：	基于蚝壳固废利用的沥青混合料疲劳性能研究
关键词：	蚝壳粉填料;疲劳性能;耗散能;自愈合性能;疲劳预估模型
摘要：	近年来，沿海地区生蚝产量持续保持高位，将废弃蚝壳制备成0.075mm以下洁净细粉，代替普通白云岩矿粉（Dolomitemineralpowder；简称：DL）掺入沥青混合料并应用于沥青路面，对节约自然矿物资源、废弃物规模化具有一定的工程可行性。目前我国大部分公路都处于重载交通状态下，路面结构容易发生疲劳破坏，所以抗疲劳开裂是决定沥青路面能否长期服役的关键因素。本文针对蚝壳粉(Oystershellpowder；简称：OS)沥青混合料的疲劳性能变化规律进行研究，为蚝壳粉在沥青路面中的规模化应用提供参考依据。　　利用XRD、光学扫描电子显微镜、低温氮吸附试验等试验对比分析蚝壳粉与白云岩矿粉的物理力学性能、外观形态、化学成分、微观孔隙等特征，可得蚝壳粉较白云岩矿粉比表面积增大5.9%，密度减小8.7%，亲水系数减小43%，蚝壳粉表面的亲油基化学键更为丰富，且具有更丰富的孔隙结构，能吸附更多自由沥青，初步验证蚝壳粉用作沥青混合料填料的可行性。　　采用正交试验优化表面层（AC-13C）蚝壳粉沥青混合料的级配取值范围，使用方差法分析正交试验因素的显著性，结合规范限值和实际工程得出级配优化范围，并对蚝壳粉沥青混合料和白云岩沥青混合料进行配合比设计，最佳油石比分别为4.9%和5%。　　采用四点小梁弯曲疲劳试验方法，对蚝壳粉沥青混合料进行疲劳加载试验，利用双参数Weibull分布函数对疲劳寿命进行验证，在不同应变和不同温度条件下以疲劳寿命、劲度模量、劲度模量损伤速率、能量耗散率、累积耗散能等指标对其疲劳性能进行评价。基于现象学法建立蚝壳粉沥青混合料和白云岩矿粉沥青混合料的疲劳方程，蚝壳粉相比于白云岩矿粉，在不同应变条件下对沥青混合料的疲劳寿命最大程度提高了64%，且蚝壳粉沥青混合料的劲度模量损失曲线更平缓。基于能量耗散理论分析，蚝壳粉较白云岩矿粉在五种应变水平下，对沥青混合料累积耗散分别提高了31%、34%、37%、34%、33%，表明蚝壳粉沥青混合料内部具有更好的稳定性，且累积耗散能和疲劳寿命之间存在良好相关关系。综合验证了蚝壳粉对沥青混合料疲劳性能提升具有积极作用。　　通过沥青混合料愈合恢复试验，引入间歇时间，并在三种养护温度的基础上设计9种自愈合情况了进行简单测试。选用疲劳损伤速率比值为愈合指数，对影响其恢复性能的因素进行研究，结果表明：当高温引起愈合时，蚝壳粉沥青混合料愈合恢复能力高于白云岩矿粉沥青混合料7.3%；随间歇时间增加，养护6h的蚝壳粉沥青混合料和白云岩矿粉沥青混合料的愈合指数增长率分别为5.1%和4.7%。得出蚝壳粉使混合料的愈合能力增强。　　基于应变控制模式提出多因素指标构建的沥青混合料疲劳寿命预估模型。以应变、初始劲度模量、沥青饱和度等指标作为参数，得到室内疲劳预估模型，方程中k1(OS)＞k1(DL)，表明蚝壳粉沥青混合料疲劳预估寿命整体高于白云岩沥青混合料疲劳预估寿命。并对其预估效果进行验证评价，拟合直线斜率分别为0.9087和1.0217，相关系数为分别为0.9901和0.9905，蚝壳粉沥青混合料疲劳寿命预估值整体偏小，白云岩沥青混合料疲劳寿命预估值整体偏大，实际上两种疲劳预估模型都具有较高的预估精度，可用于预测室内沥青混合料疲劳寿命。
作者：	张萌
专业：	交通运输
导师：	杨博
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023