钢桥面铺装材料低温性能的深入研究

摘要

沥青玛蹄脂碎石(Stone Mastic Asphalt)、沥青玛蹄脂(Mastic Asphalt)、环氧沥青混合料是我国常用的三种桥面铺装材料。我国目前对这三种铺装材料的低温性能研究相对较少，论文对沥青混合料的低温开裂机理及影响因素进行了较为全面的研究和总结，提出以三种材料的低温性能为本论文的研究目标。 论文首先选用小梁低温蠕变、小梁低温弯曲、约束试件温度应力试验对三种铺装材料进行试验研究，试验结果分析表明，用小梁的蠕变速率无法分辨出三种材料低温性能的优劣；由小梁低温弯曲试验求取的材料单位体积破坏能能够很好的区分材料的低温性能；约束试件温度应力试验能够很好的说明材料低温性能，同时可以对其它低温试验的试验结果进行验证。 为了在试验结果的基础上对三种材料的低温性能做更进一步分析，本文选用【麦夸特法+通用全局优化算法】数据分析方法进行试验数据的参数拟合分析，求取了三种材料的三参量固体模型的粘弹性参数。论文在小梁蠕变试验的基础上，用大型有限元软件进行了小梁蠕变试验的数值模拟，通过模拟数据和实际试验数据的对比，说明可以用有限元软件进行沥青混合料的非线性分析。 论文选用三参量固体模型，结合时-温等效原理及线性叠加原理，推导出温度应力的计算公式。在设定恒定降温速率情况下，用该公式计算出降温过程中三种材料的温度应力；公式计算结果与约束试件温度应力试验的试验结果对比表明，该方法可以用来计算沥青混合料低温时的温度应力。 论文在考虑钢板和材料完全粘结及设定降温速率的情况下，计算出材料的温度应力，得出在考虑钢板温缩系数的情况下，三种材料的温度应力比不考虑钢板时要降低很多；三种材料相比而言，环氧沥青混凝土具有较好的低温性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪言

1.1问题的提出

1.2国内外研究状况

1.3本研究的主要内容及技术路线

第二章低温开裂机理

2.1沥青混合料低温开裂机理

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

2.2沥青混合料低温开裂影响因素

2.2.1材料特性的影响

2.2.2环境的影响

2.2.3路面结构的影响

2.3现有的沥青混合料低温研究模型

2.3.1 Fromm和Phang经验模型

2.3.2 Hills和Brien断裂温度预测方法

2.3.3 SHRPA-005低温开裂模型

2.4本章小结

第三章试验方法和数据分析方法

3.1研究方案

3.1.1小梁弯曲蠕变试验

3.1.2弯曲蠕变的数值模拟

3.1.3小梁低温弯曲试验

3.1.4约束试件温度应力试验

3.1.5铺装材料温度应力数值计算

3.2试验数据的处理

3.2.1模型的选取

3.2.2模型参数的识别

3.3本章小结

第四章原材料选取和配合比设计

4.1原材料技术指标

4.1.1沥青技术指标

4.1.2集料技术标准

4.1.3纤维稳定剂

4.2配合比设计及性能检验

4.2.1 SMA

4.2.2浇注沥青混合料设计

4.2.3环氧混合料设计

第五章铺装材料低温性能试验及分析

5.1概述

5.2低温弯曲蠕变试验

5.2.1试验概述

5.2.2试验结果

5.2.3试验数据分析

5.2.4铺装材料的粘弹性参数拟合

5.3蠕变试验数值模拟

5.3.1有限元法的原理

5.3.2蠕变问题的有限元分析法

5.3.3沥青混合料蠕变模型及参数的确定

5.3.4有限元分析过程及结果

5.3.5有限元结果分析

5.4低温弯曲试验

5.4.1试验概述

5.4.2试验结果

5.4.3材料低温性能的能量指标分析

5.5约束温度应力试验

5.5.1试验概述

5.5.2试验结果

5.5.3试验数据分析

5.6基于松弛理论的温度应力计算

5.6.1时间-温度等效原理

5.6.2线性叠加原理

5.6.3持续降温条件下铺装层温度应力分析

5.6.4铺装材料温度应力计算结果及分析

5.6.5温度应力计算分析

5.7本章结论

第六章结论与展望

6.1结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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