基于CT實時觀測的瀝青混合料裂紋擴展行為研究.pdf

1、瀝青路面常見病害多而復雜，經(jīng)過長期的實踐、探索和研究，并隨著施工技術機械化程度的提高，瀝青路面早期損害現(xiàn)象有所改善，但瀝青路面開裂這一病害仍未能根除。瀝青路面的開裂破壞無不與瀝青混合料的斷裂性能息息相關。瀝青混合料的抗裂性能顯著影響著瀝青路面的壽命、維修和養(yǎng)護成本。 解決路面開裂問題的關鍵是：要對瀝青混合料的內(nèi)部的破裂過程進行研究，分析其在荷載作用下裂紋的萌生、傳播，揭示其擴展機理，分析各設計要素對其壽命的影響。這對于對提高瀝青

2、路面結(jié)構(gòu)抗裂性能，優(yōu)選瀝青混合料，改進現(xiàn)有的路面設計方法都是具有十分重要的意義。 然而限于試驗手段和研究方法的局限，目前仍然無法實時觀測到瀝青混合料內(nèi)部裂紋演化過程，對其斷裂破壞機理和裂紋擴展行為仍不清楚。基于此，本文利用SIEMENSSOMATOMplus型X射線螺旋CT機和多功能試驗裝置，以AC20、SMAl6、ATB25混合料為試驗研究對象，在單軸應力狀態(tài)下，進行了瀝青混合料壓縮破壞全過程的應力應變特性和裂紋演化實時CT動

3、態(tài)觀測，這將為剖析混合料裂紋演化行為、斷裂破壞物理機制，提供重要的理論基礎。 本文主要進行了以下一些研究工作并取得了有益的結(jié)論： (1)在現(xiàn)有文獻和研究成果的基礎上，對瀝青路面開裂破壞的機理進行了分析。認為瀝青混合料的應力應變特性與其內(nèi)部裂紋的發(fā)展過程有著密切聯(lián)系。通過比較分析認為，瀝青混合料裂紋擴展行為的研究應該從細觀層次來開展是較合適的，這也為從CT細觀尺度來研究混合料中裂紋擴展行為打下了基礎。 (2)進行了

4、混合料壓縮破壞過程的CT圖像和CT數(shù)分析。壓縮過程試件密度變化最直接的體現(xiàn)就是CT數(shù)的變化，通過CT圖像，可以清晰地觀察到試件內(nèi)部裂紋的擴展情況，并可由此判斷其破壞模式及應變特性?？障对趽p傷演化中的作用和影響比較顯著，對試件的變形起著控制作用。加載速度影響著混合料內(nèi)部裂紋的擴展速率和發(fā)育程度。加載速率快，試件初期壓密程度高，加載速率慢，裂紋發(fā)育充分。溫度顯著影響混合料的極限強度和裂紋擴展行為，在低溫條件下，試件裂紋發(fā)育緩慢，分叉和次生裂

5、紋現(xiàn)象較少，只是在緊接極限強度階段才有明顯的裂紋擴展，體現(xiàn)了混合料的低溫脆性性質(zhì)。試件破壞時截面全區(qū)貫通裂紋數(shù)量相對較少。 (3)結(jié)合CT試驗數(shù)據(jù)，進行了混合料細觀破裂模式研究。推導出了在混合料內(nèi)部裂紋在壓縮應力狀態(tài)下尖端應力場的分布模式，并結(jié)合用CT方法試驗方法，建立了混合料內(nèi)部裂紋的擴展破裂模型。提出了基于CT數(shù)的混合料破壞過程任意時刻空隙率算法。進一步對模型進行分析，得出混合料裂紋的擴展是與空隙率的變化是密切相關的，空隙率

6、越大，分支裂紋就越長，分支裂紋越長，裂紋就更加容易擴展破壞。 (4)借助于等值線原理，對混合料損傷演化細觀機理進行了分析。對混合料CT數(shù)等值線進行了幾何分析和空間分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部CT數(shù)等值線與外部同值等值線的連通可以作為啟裂位置和損傷產(chǎn)生的判據(jù)。 (5)通過對CT數(shù)與體積應變的關系分析，認為體應變?yōu)榱愕膽﹄A段對應的損傷值可作為損傷門檻值的參考點，對應的應力值可作為設計采用的最高值，大于該應力則有可能開裂破壞。 (