改性沥青胶浆的疲劳性能评价

摘要

沥青胶浆的疲劳破坏是导致沥青混合料发生疲劳破坏的最主要因素之一，因此需要对沥青胶浆的疲劳性能进行研究。2001年NCHRP9-10项目组发现目前规范中的沥青胶浆疲劳参数G<'*>sinδ不适用于衡量改性沥青的性能与相应的破坏荷载条件，因此需要单独对改性沥青进行疲劳性能研究，目前正在进行的NCHRP 9-38项目还没有形成研究结果。本文以改性沥青胶浆为研究对象，采用动态剪切流变仪DSR为研究手段，就应力与应变两种加载模式对胶浆性能、基于疲劳抵抗能力进行材料选择的影响，在不同加载模式下应用累计耗散能量比DER参数进行疲劳分析时遇到的问题以及沥青疲劳试验中低荷载水平作用下出现的疲劳硬化现象展开研究。在这些研究的基础上，提出新的疲劳参数，并用新的疲劳参数为工具分析了硬化现象对疲劳性能的影响。 研究结果前期，为了考察通过DSR仪器得到的疲劳数据的可靠性，对目前采用DSR进行沥青胶浆疲劳破坏试验时遇到的中温粘结问题以及边缘效应对沥青疲劳试验的影响问题进行了研究，发现通过合理预热夹具的方法能够解决中温粘结问题，边缘效应对沥青的疲劳性能影响很小。 研究结果发现两种加载模式下复合模量的变化总趋势是一致的，相位角的变化不是一致的；应力控制状态下单位体积耗散能的总趋势是增大的，应变控制状态下单位体积耗散能是减小的，其曲线的拐点与模量曲线的拐点位置一致，均早于相位角。对胶浆耗散能累积规律的研究表明，在胶浆疲劳试验中的累计耗散能．疲劳寿命关系与混合料中依赖于加载模式不同，是独立于加载模式的。发现当基于疲劳抵抗能力进行材料选择时，应变控制状态下基于应变分析选择的疲劳寿命最好的材料，在应力控制状态下采用应力分析的时候并不是最好的，反之亦然；对两种模式下的疲劳寿命采用单位初始耗散能进行分析却显示出结果的一致性。 应用DER参数进行数据分析时，发现尽管DER参数相对直线DER=N不同的偏离程度所表达的疲劳关系具有很好的平行性，但是应变模式下通过该参数得到的曲线在应变模式下无法明确指示耗散能改变点的位置，因而疲劳破坏转折点Np的确定决定于分析时所取的加载次数；发现本文中应用DER参数确定的应力模式下的Np偏离直线DER=N的比例并不是文献中推荐的20％。 鉴于以上发现以及两种加载模式下单位耗散能均存在突变点的现象，文中提出一个基于耗散能改变的衡量疲劳破坏程度的疲劳参数平均耗散能量比ADER。通过胶浆试验验证了ADER能够表征沥青材料在不同受力状态下的疲劳损伤，能够清楚表示沥青材料在疲劳破坏的过程中疲劳损伤累计对应的不同阶段，并可以表达模量硬化这个沥青疲劳试验中的特别现象；论证了根据ADER求出的疲劳寿命变化规律独立于加载模式。文中验证了ADER曲线在混合料中具有与胶浆中类似的特点，可以用胶浆中定义Np的方法定义混合料材料的疲劳破坏；由ADER参数作为判据得到的沥青混合料与胶浆的疲劳寿命具有良好相关关系；根据ADER参数定义的混合料寿命与初始耗散能之间的关系遵循经典疲劳关系。 文章首次确认了改性沥青疲劳试验中会出现硬化现象，并对此进行了探讨，认为控制荷载水平是硬化发生的重要条件，硬化现象是小应变下的特有现象，是由分子取向造成；硬化发生的同时伴随着疲劳损伤的累计。 文中按耗散能理论采用ADER疲劳参数作为工具分析特殊条件下硬化对沥青疲劳曲线的影响，发现硬化能够改善部分沥青的抗疲劳破坏能力，提高了部分沥青对能量耗散的抵抗能力；证明硬化是一个影响疲劳寿命的因素，将会影响实验数据的均匀性，为了消除这种因素的影响，建议进行疲劳试验的时候控制荷载采用较大的应力应变水平，尽量减小实验过程中硬化的影响。 本论文的研究成果为探讨沥青性能分级评价方法在改性沥青中的适用性打下了基础，并对我国改性沥青的应用提供了指导。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章 试验操作过程与仪器适用性

第三章加载模式对沥青疲劳性能的影响

第四章对疲劳参数DER的分析

第五章衡量胶浆疲劳损伤程度的方法

第六章改性沥青的疲劳硬化现象研究

结论

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文相关的学术论文

致谢

附录1　沥青材料性能试验评价结果

附录2　集料性能试验评价结果