基于细观结构的大孔隙环氧沥青混合料强度机理研究

摘要

沥青混合料由离散刚体和连续粘性胶结介质组成，为典型的多相复合体材料。一直以来，有关沥青混合料的研究均局限于现象学的经验方法，即通过大量的假设及实验，从宏观角度研究沥青混合料的各种性能。这种方法不仅耗时耗资，而且结果的变异性较大，再现性差，使混合料性能与材料设计体系之间存在较大差距。沥青混合料宏观力学行为表现的不规则性、不确定性等特征，正是其细观结构复杂性的反应。随着计算机软硬件水平的不断提高，混合料细观结构的研究成为可能，在数值模拟与实际沥青混合料结构具有近似的物理条件下，数值模拟可以取代部分试验，并且能够避开试验中各种因素对于试验结果的影响，用来研究沥青混凝土材料的力学性能。
　　 在此背景下本文以大孔隙环氧沥青混合料的细观结构分析为主线，从沥青混合料设计到沥青混合料内部结构识别，进而建立大孔隙环氧沥青混合料细观结构模型，揭示大孔隙环氧沥青混合料细观结构内部集料、沥青胶浆、空隙之间的应力应变响应与宏观力学强度的相互关系。本文的主要研究结论如下：
　　 (1)通过析漏试验和飞散试验确定大孔隙环氧沥青混合料的最佳油石比为5.1％，在此基础上对混合料的宏观体积参数和和高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等性能进行研究，研究表明大孔隙环氧沥青混合料具有良好的力学性能，为后续沥青混合料的细观结构研究提供了载体。
　　 (2)通过数字图像处理技术获取了大孔隙环氧沥青混合料试件断面具有可几何交换格式(．dxf)的文件；通过面积级配理论对混合料细观级配分布进行研究，研究表明，图像级配可以较好的反映实际级配状况，为基于数字图像处理的有限元仿真建模提供了理论基础。
　　 (3)基于数字图像处理技术建立了沥青混合料的细观结构模型，通过细观结构模型分别对大孔隙环氧沥青混合料劈裂试验细观、宏观模量，沥青混合料细观结构的应力分布，劈裂试验细观、宏观混合料试件裂纹产生、扩展过程进行研究，研究表明数值模拟结果与室内宏观试验结果吻合良好，误差较小；细观结构数值仿真模型可以较好的模拟大孔隙环氧沥青混合料的宏观力学性能。
　　 本研究成果对大孔隙环氧沥青混合料的细观结构有了进一步的认识，也为建设低碳环保的大孔隙环氧沥青绿色道路提供了一定的参考。