基于老化沥青砼应力松弛特性的沥青路面低温开裂研究

摘要

沥青路面的低温开裂是国内外普遍存在的问题，它与沥青混凝土的抗拉强度、应力松弛特性以及材料的收缩性能有着密切的关系。其中沥青混凝土的应力松弛性能是影响沥青路面低温开裂的主要因素。而沥青材料的老化，会使沥青路面应力松弛性能下降，从而导致沥青路面的低温抗裂性能显著降低。 本文通过不同老化程度和不同温度下AC-13C型沥青混合料的应力松弛试验，结合时间一温度的等效关系原理和W．L．F．公式分析得出不同老化程度沥青混合料的松弛模量主曲线簇，采用不同粘弹性模型对松弛模量主曲线进行了拟合，根据拟合结果推荐采用六单元广义麦克斯韦模型进来表征沥青混合料的应力松弛性能，同时应用非线性回归方法得到了不同老化程度的沥青混合料在-5℃时的粘弹性模型参数值。 根据不同老化程度的沥青混合料的应力松弛试验结果，以材料粘度的自由体积理论为基础，推导出了沥青混合料的老化程度与温度之间的等效关系式，从而，老化后沥青混合料的松弛模量可以用没有老化的沥青混合料在温度相对较低时的松弛模量来等效代替。 基于沥青混合料的应力松弛试验，建立了考虑降温过程中沥青混凝土的应力松弛效应的沥青路面低温状态下的温度应力计算公式，针对不同老化程度的沥青路面，计算了不同降温速率条件下的温度应力，结果表明随着老化程度的增加，由于其松弛性能越来越差和劲度模量的逐渐增大，导致温度应力越来越大。通过不同老化程度的沥青混合料进行不同温度下的直接拉伸试验，获得了不同老化程度沥青混合料在不同温度下的抗拉强度和极限拉应变。根据沥青路面温度应力与相应条件下的抗拉强度关系，确定了预估沥青路面开裂温度的方法；并预估出了不同老化程度的沥青路面在降温速率为Мδ=-10℃／h时的低温开裂温度。结果表明：老化对沥青路面的低温开裂具有较大影响，老化程度越高，沥青路面的低温开裂温度越高，越易产生低温开裂。 最后，在上述工作的基础上，分析了本文研究中尚存在的不足之处，并对一步工作的开展，提出了一些观点和建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究概况

1.3本论文研究的意义

1.4本文研究的内容

第二章沥青路面的低温开裂机理及材料的粘弹性理论

2.1沥青路面低温开裂机理

2.1.1严冬期温度骤降出现的横向收缩裂缝

2.1.2温度疲劳裂缝

2.1.3反射裂缝

2.2沥青混凝土路面低温开裂验算

2.3沥青混合料的应力松弛及粘弹性性质

2.3.1粘弹性力学的基本理论

2.3.2粘弹性材料本构关系的模型表述

2.4本章小结

第三章老化沥青混合料的应力松弛试验设计

3.1沥青混合料老化方案设计

3.2沥青混合料材料组成设计

3.2.1沥青材料

3.2.2矿料级配的确定

3.2.3马歇尔试验确定最佳沥青用量

3.3老化沥青混合料应力松弛试验方法

3.4本章小结

第四章老化沥青混合料粘弹性模型的模式识别

4.1老化沥青混合料的应力松弛试验结果

4.1.1 0h老化程度下的松弛模量

4.1.2 4h老化程度下的松弛模量

4.1.3 8h老化程度下的松弛模量

4.1.4 12h老化程度下的松弛模量

4.1.5 24h老化程度下的松弛模量

4.1.6等温条件下不同老化程度的松弛模量

4.2粘弹性模型的模式识别

4.2.1 Burges模型拟合结果

4.2.2四单元广义麦克斯韦模型拟合结果

4.2.3六单元广义麦克斯韦模型拟合结果

4.2.3八单元广义麦克斯韦模型拟合结果

4.3本章小结

第五章沥青混合料的时间-温度-老化的等效关系

5.1时间-温度-老化的等效关系研究的意义

5.2粘弹性材料的时间温度相关原理

5.3沥青混合料的时间-温度-老化的等效关系

5.3.1 WLF方程的理论推导

5.3.2时间-温度-老化等效原理

5.3.3老化-时间等效性原理分析

5.3.4时间-温度等效性原理分析

5.3.5老化-温度等效性原理分析

5.4试验结果分析

5.4.1时间与温度的等效关系

5.4.2时间与老化程度的等效关系

5.4.3温度与老化程度的等效关系

5.5本章小结

第六章基于老化效应的沥青路面低温抗裂性能

6.1沥青混凝土温度应力的计算方法

6.2不同老化程度的沥青路面温度应力计算

6.3老化沥青混合料的极限拉应力与极限拉应变

6.4老化对沥青路面开裂温度的影响

6.5本章小结

第七章结论与展望

7.1主要结论

7.2本文的创新点

7.3不足与进一步工作构想

参考文献

致谢

附录