老化瀝青混合料粘彈性疲勞損傷特性研究.pdf

1、瀝青路面具有優(yōu)越的使用性能,在道路工程中得到了廣泛應用。疲勞開裂是瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要破壞形式之一,研究瀝青混合料在特定交通與環(huán)境條件下的疲勞性能非常重要,這項工作一直受到各國道路工作者的重視。有些路面在開放初期就出現(xiàn)了疲勞破壞,這與瀝青及瀝青混合料的老化密切相關。到目前為止,世界各國的瀝青路面設計中均未能準確考慮瀝青混合料老化問題,從而在瀝青路面疲勞壽命的研究中也就不能準確考慮瀝青混合料老化的影響。
　　 SHRP提出的瀝青混合

2、料短期老化和長期老化試驗方法是室內(nèi)模擬瀝青混合料在施工和使用期老化的有效方法。由于疲勞破壞一般發(fā)生在路面的使用期,此時路面已經(jīng)經(jīng)歷了短期老化和一定的長期老化,即疲勞試驗應在不同的長期老化狀態(tài)下進行。SHRP提出的長期老化(LTOA)試驗方法是延時烘箱加熱法,但其試驗條件是固定的,即烘箱溫度為85℃、老化時間為5d,模擬的是實際路面6～9年的老化程度,這個試驗條件對疲勞試驗是不合適的,因為疲勞破壞不一定都在路面使用6～9年內(nèi)發(fā)生,有可能在

3、路面使用初期,也有可能在路面使用后期。本文在不同老化程度的確定時選取未老化0d、以及老化時間分別為1、3、5、7d的5個不同老化程度,以期能夠較真實地模擬疲勞破壞時的路面實際不同老化狀態(tài)。
　　 常規(guī)的強度(靜載強度)試驗其試驗條件一般是固定的,即在固定的加載速率和波形下進行,而試件在實際疲勞試驗時由于加載的應力幅值(或應力水平)不同,導致加載速率的不同,則與此對應的疲勞動載強度也不相同,尤其對瀝青混合料這種粘彈性材料其差別會更

4、大,這就必然導致疲勞損傷演化規(guī)律的不同,因此即使靜載強度的離散性小也會給疲勞試驗結(jié)果帶來大的離散性。
　　 瀝青混合料試件疲勞破壞時材料所受到的全部損傷中包含兩部分,一部分是疲勞損傷,另一部分是靜載損傷,這導致了瀝青混合料的臨界疲勞損傷度均小于1。根據(jù)損傷力學理論和S-N疲勞方程建立了瀝青混合料的疲勞損傷方程,求出了損傷函數(shù)、損傷演化方程,利用該疲勞損傷方程反推得到了與疲勞加載波形、速率一致的一次荷載作用下疲勞動載強度計算模型和

5、實際的初始應力水平計算模型；利用試驗結(jié)果驗證了模型的合理性。
　　 通過損傷力學與粘彈性力學相關理論,定義耗散能為損傷變量,建立了基于Burgers模型的老化瀝青混合料粘彈性疲勞損傷模型,通過直接拉伸試驗確定了瀝青混合料的粘彈性參數(shù),求出了損傷函數(shù)、損傷演化方程,提出了一種考慮疲勞過程中老化程度對疲勞損傷影響的累積疲勞損傷計算的理論與方法,為瀝青混合料在不同老化過程下的疲勞壽命預估提供依據(jù)。根據(jù)疲勞損傷模型推導出的瀝青混合料疲勞

6、壽命計算公式對疲勞壽命進行了預估,預估精度滿足要求,從而驗證了粘彈性疲勞損傷模型的合理性；
　　 根據(jù)第三章的結(jié)論,基于實際應力水平建立了老化瀝青混合料S—N疲勞方程,該疲勞方程能夠進行后延,即能表征極端加載情況下的加載破壞情況,這為瀝青路面抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)的正確計算提供了方法,彌補了設計規(guī)范在該方面的不足,這同時也是第三章疲勞損傷模型的一個具體應用；
　　 同時根據(jù)所作的疲勞試驗得到了老化瀝青混合料勁度模量、耗散角、能