传导型沥青混凝土的流变特性与疲劳研究

摘要

传导型沥青混凝土是指向普通的沥青混凝土中掺入传导相填料(石墨和碳纤维等)使其具有导电、导热性能的一种新型沥青混凝土，利用其电热效应可进行路面除雪化冰，以保障雪天行车安全。
　　 由于石墨粒径小、吸油能力强及其润滑作用加上碳纤维的加筋增强作用，二者掺入沥青混合料后可能会对沥青混凝土诸多性能，特别是高温抗车辙能力和抗疲劳能力产生影响。因此，为了使传导型沥青混凝土应用于实体工程中，有必要对其力学性能加以研究。本文围绕传导型沥青混凝土的流变性能和疲劳特性开展试验研究，建立相应的流变和疲劳模型，以为其路面结构力学计算提供一些材料力学参数。
　　 本文采用动态模量和单轴静态蠕变试验方法，分析了传导型沥青混凝土的流变性能。通过不同温度(-10℃-60℃)和不同频率(0.1Hz-25 Hz)下的动态模量试验，建立了传导型沥青混凝土的动态模量主曲线。试验结果表明传导型填料的掺入提高了沥青混凝土抵抗永久变形(车辙)的能力，但增加了沥青混凝土的低温模量，导致沥青混凝土的低温柔性下降，脆性增大；根据动态模量主曲线的时-温平移因子可知，传导填料的掺入改善了沥青混凝土的温敏性。
　　 60℃单轴静态蠕变和高温车辙试验结果表明使用Burgers模型可较好的解释传导沥青混凝土粘弹性行为，传导型填料的添加明显提高了参量E1，E2，η2的值，但是对参量η1并没有显著的影响；传导型填料(石墨和碳纤维)的加入提高了沥青混凝土的高温抗车辙性能。
　　 本文采用小梁四点弯曲疲劳试验对传导型沥青混凝土的疲劳特性进行研究，在已有的三种疲劳模型，如应变或者应力的疲劳模型、应变/应力和劲度的疲劳模型和耗散能疲劳模型的基础上，利用非线性最小二乘法拟合疲劳试验结果，并以此来评估其疲劳性能。试验结果表明：根据应变/应力的疲劳模型分析，传导型填料的掺入降低了沥青混凝土的疲劳寿命；根据应变/应力和劲度的疲劳模型，应变和初始劲度的增加都会造成疲劳寿命的减小；在低温下(5℃)，传导型填料的掺入，使得沥青混凝土随着初始劲度模量的增加，疲劳寿命下降趋势更明显；而在中温下(15℃)，传导型填料的掺入，使得沥青混凝土随着初始劲度模量的增加，疲劳寿命下降较慢；耗散能疲劳模型结果表明，无论是在低温还是中温下，传导型填料的加入，导致沥青混凝土的能量损失更快，并不利于改善沥青混凝土的抗疲劳性能。