短切纤维沥青混合料疲劳性能研究

摘要

在沥青路面发展的过程中，纤维已经作为一种常用的路面增强材料被众多研究、设计人员所知晓。目前，纤维也常被用作是改善沥青路面高温、低温性能及耐久性的路面增强材料。文中通过试验对比分析的方法，结合沥青混合料自身特性，研究了多种短切纤维对混合料疲劳性能的改善作用，总结出短切纤维的工程环境适用性。
　　本文主要针对沥青混合料为典型粘弹性材料，且材料的粘弹性质会影响其性能这一特点，以分析混合料粘弹性能的影响因素及粘弹性能对其疲劳性能的影响为目的，以动态力学分析方法(DMA)结合混合料室内性能试验为手段，进行了大量试验研究。
　　采用基于骨架嵌挤型原理均衡设计方法，对六种沥青混合料进行了最紧密骨架状态下的配合比设计以获取其最佳油石比状态。然后以动态力学分析方法(DMA)对其进行频率扫描和重复弯拉试验以获取其粘弹性能参数和疲劳寿命。同时，对六种沥青混合料进行了常规室内路用性能试验以获取其相关性能情况。以DMA频率扫描的结果进行纤维沥青混合料粘弹性参数影响因素的分析，同时，以两种不同的转换方法做出动态模量的主曲线，以主曲线为基础获取多个模量指标，以模量指标结合路用性能的试验结果评价混合料的高低温性能，获得各类型纤维的功能性疲劳改善情况，并验证以模量指标评价功能性疲劳性能的可靠性。以同一疲劳临界标准进行混合料DMA疲劳试验和四点弯曲疲劳试验以评价其力学耐久性能，并比较两种试验方法所获得的材料疲劳寿命，验证DMA疲劳试验的可行性，建立了DMA疲劳寿命的应变水平方程。在讨论疲劳临界标准的基础上提出了一种疲劳寿命的预估方法，建立了DMA预估疲劳寿命和实测疲劳寿命的函数关系式。最后，以数字图像处理的方式分析DMA疲劳试件的结构特征，以灰色关联度计算方法从材料类型、结构、初始粘弹性能参数等多个角度分析力学耐久性的影响因素。
　　经试验研究表明:DMA方法在沥青混合料性能研究中具有一定的可靠性，混合料粘弹性能与其路用性能有着密切关系。虽然纤维的路用性能改善作用是存在的，但并不是所有纤维均能改善全部的路用性能。所以，工程中纤维增强材料的使用应结合工程环境慎重选择。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 DMA方法在沥青混合料中的应用现状

1．2．2 沥青混合料粘弹性能研究现状

1．2．3 纤维沥青混合料路用性能研究现状

1．2．4 数字图像处理技术在沥青混合料中的应用现状

1．3 主要研究内容

第二章 原材料性能及混合料配合比设计

2．1 原材料性能检测

2．1．1 沥青性能

2．1．2 矿料性能

2．1．3 纤维性能

2．1．4 纤维沥青性能

2．2 矿料级配确定

2．2．1 级配设计理论

2．2．2 级配设计结果

2．2．3 级配检验

2．3 沥青混合料配合比设计

2．3．1 混合料配比设计理论

2．3．2 混合料配比设计结果

2．4 试验试件成型

2．5 本章小结

第三章 短切纤维沥青混合料粘弹性能研究

3．1 试验方案

3．1．1 DMA试验仪器及原理

3．1．2 试验参数及方法

3．2 混合料粘弹性能参数分析

3．2．1 温度对粘弹性能参数的影响

3．2．2 频率对粘弹参数的影响

3．2．3 应变水平对粘弹性能参数的影响

3．2．4 纤维种类对粘弹性能参数的影响

3．3粘弹性能参数主曲线形成

3．3．1 时温等效原理

3．3．2 主曲线西格摩德(Sigmoidal)模型

3．4 本章小结

第四章 短切纤维沥青混合料使用功能疲劳损伤

4．1 路用性能试验

4．1．1 室内车辙试验

4．1．2 低温小梁弯曲试验

4．2 基于粘弹性能的高低温性能评价

4．2．1 相态转化温度分析

4．2．2 车辙因子E*／Sinδ

4．2．3 基于频率转换的主曲线分析

4．3 本章小结

第五章 短切纤维沥青混合料力学疲劳性能

5．1 四点弯曲疲劳试验

5．1．1 试验参数

5．1．2 试验结果

5．2 DMA疲劳试验

5．2．1 DMA疲劳试验方法及参数

5．2．2 DMA疲劳试验结果分析

5．3 数字图像处理

5．3．1 数字图像采集

5．3．2 数字图像预处理及计算

5．4 DMA疲劳寿命影响因素分析

5．4．1 计算理论及步骤

5．4．2 计算结果

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究创新点

6．3 进一步研究展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及参与的研究项目