基于离散元法的沥青混合料真空压实特性研究

摘要

由于沥青路面具有表面平整、噪声小、养护简单、行车舒适等优点，沥青路面仍然被认为是世界各国公路建设的首选路面。压实作为路面施工成型的最后一道工序，可以增加沥青路面材料的强度，减少路面在行车载荷作用下产生的永久变形，改善沥青路面的承载能力与稳定性。将沥青路面材料的压实度增加1％，其承载能力将会增加10％～15％，而压实所需的费用仅占施工总预算的1％～4％。因此，在路面建设中，从压实方面改善沥青路面强度、提高其承载能力是非常经济有效的。但在实际压实作业中，压路机滚轮的接地压力不应超过材料的强度极限，一般为强度极限的0.8～0.9倍。因此，仅仅依靠提高压路机质量或者线压力来改善压实效果的潜力是有限的。为了提高沥青路面的压实度、改善其压实质量，本文就沥青混合料形成过程以及组成成分的特点，针对于混合料的气相结构，提出一种新的压实方法----真空压实。
　　本文首先对沥青混合料微观力学模型进行阐述与分析，并阐述了真空压实原理，给出了混合料中孔隙模型概念，推导出沥青混合料孔隙含量与其体积模量之间的关系，通过理论分析，明确了孔隙含量的多少影响沥青混合料可压实性以及成型路面的路用性能。然后，对马歇尔击实模具进行改进，使其可实现在真空环境下对沥青混合料压实。采用AC13级配的沥青混合料，利用真空压实模具，分别模拟未抽真空、真空度分别为-0.04、-0.06、-0.08、-0.09MP时沥青混合料的击实试验，测量不同状态下沥青混合料的每次击实沉降量与达到稳定时的累积沉降量。通过比较分析，得出真空压实可提高压实效率、改善压实效果等优点，且随着真空度的增加，压实效果越明显。最后，针对在实际真空压实试验中，对沥青混合料压实特性分析以及其影响因素测量评价的局限性，采用离散单元法，应用 PFC3D软件生成特定数量的颗粒球体，赋予颗粒球体相关属性参数，用来模拟骨料、沥青胶浆与孔隙气体，建立不同真空度下的沥青混合料离散元模型用来模拟真空压实。与宏观试验建立对应关系，分析真空环境下沥青混合料的压实特性与影响因素。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外沥青混合料压实特性与其微观结构研究现状

1.3 本文研究主要内容及方法

第二章 真空沥青混合料孔隙力学特性分析

2.1 沥青混合料力学模型

2.2孔隙与孔隙率

2.3沥青混合料孔隙力学特性分析

2.4 本章小结

第三章 沥青混合料真空压实试验研究

3.1试验材料和装置

3.2模拟真空压实试验

3.3试验结果分析

3.4 本章小结

第四章 沥青混合料微观结构数值模拟

4.1 离散元法与PFC3D软件介绍

4.2 沥青混合料结构特点

4.3 沥青混合料微观结构数值模拟

4.4 数值模拟仿真参数设置

4.5 本章小结

第五章 数值模拟结果分析

5.1 沥青离散元试验模型校准

5.2 微观模型生成

5.3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢