基于CT實(shí)時(shí)觀測(cè)的瀝青混合料裂紋擴(kuò)展行為研究.pdf

1、瀝青路面常見(jiàn)病害多而復(fù)雜，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐、探索和研究，并隨著施工技術(shù)機(jī)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(kāi)裂這一病害仍未能根除。瀝青路面的開(kāi)裂破壞無(wú)不與瀝青混合料的斷裂性能息息相關(guān)。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(hù)成本。 解決路面開(kāi)裂問(wèn)題的關(guān)鍵是：要對(duì)瀝青混合料的內(nèi)部的破裂過(guò)程進(jìn)行研究，分析其在荷載作用下裂紋的萌生、傳播，揭示其擴(kuò)展機(jī)理，分析各設(shè)計(jì)要素對(duì)其壽命的影響。這對(duì)于對(duì)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(jìn)現(xiàn)有的路面設(shè)計(jì)方法都是具有十分重要的意義。 然而限于試驗(yàn)手段和研究方法的局限，目前仍然無(wú)法實(shí)時(shí)觀測(cè)到瀝青混合料內(nèi)部裂紋演化過(guò)程，對(duì)其斷裂破壞機(jī)理和裂紋擴(kuò)展行為仍不清楚。基于此，本文利用SIEMENSSOMATOMplus型X射線螺旋CT機(jī)和多功能試驗(yàn)裝置，以AC20、SMAl6、ATB25混合料為試驗(yàn)研究對(duì)象，在單軸應(yīng)力狀態(tài)下，進(jìn)行了瀝青混合料壓縮破壞全過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變特性和裂紋演化實(shí)時(shí)CT動(dòng)

3、態(tài)觀測(cè)，這將為剖析混合料裂紋演化行為、斷裂破壞物理機(jī)制，提供重要的理論基礎(chǔ)。 本文主要進(jìn)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(xiàn)和研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)瀝青路面開(kāi)裂破壞的機(jī)理進(jìn)行了分析。認(rèn)為瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變特性與其內(nèi)部裂紋的發(fā)展過(guò)程有著密切聯(lián)系。通過(guò)比較分析認(rèn)為，瀝青混合料裂紋擴(kuò)展行為的研究應(yīng)該從細(xì)觀層次來(lái)開(kāi)展是較合適的，這也為從CT細(xì)觀尺度來(lái)研究混合料中裂紋擴(kuò)展行為打下了基礎(chǔ)。 (2)進(jìn)行了

4、混合料壓縮破壞過(guò)程的CT圖像和CT數(shù)分析。壓縮過(guò)程試件密度變化最直接的體現(xiàn)就是CT數(shù)的變化，通過(guò)CT圖像，可以清晰地觀察到試件內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展情況，并可由此判斷其破壞模式及應(yīng)變特性。空隙在損傷演化中的作用和影響比較顯著，對(duì)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(kuò)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(qiáng)度和裂紋擴(kuò)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(qiáng)度階段才有明顯的裂紋擴(kuò)展，體現(xiàn)了混合料的低溫脆性性質(zhì)。試件破壞時(shí)截面全區(qū)貫通裂紋數(shù)量相對(duì)較少。 (3)結(jié)合CT試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了混合料細(xì)觀破裂模式研究。推導(dǎo)出了在混合料內(nèi)部裂紋在壓縮應(yīng)力狀態(tài)下尖端應(yīng)力場(chǎng)的分布模式，并結(jié)合用CT方法試驗(yàn)方法，建立了混合料內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展破裂模型。提出了基于CT數(shù)的混合料破壞過(guò)程任意時(shí)刻空隙率算法。進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行分析，得出混合料裂紋的擴(kuò)展是與空隙率的變化是密切相關(guān)的，空隙率

6、越大，分支裂紋就越長(zhǎng)，分支裂紋越長(zhǎng)，裂紋就更加容易擴(kuò)展破壞。 (4)借助于等值線原理，對(duì)混合料損傷演化細(xì)觀機(jī)理進(jìn)行了分析。對(duì)混合料CT數(shù)等值線進(jìn)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(guò)對(duì)CT數(shù)與體積應(yīng)變的關(guān)系分析，認(rèn)為體應(yīng)變?yōu)榱愕膽?yīng)力階段對(duì)應(yīng)的損傷值可作為損傷門(mén)檻值的參考點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值可作為設(shè)計(jì)采用的最高值，大于該應(yīng)力則有可能開(kāi)裂破壞。 (