考虑界面影响的沥青混凝土粘弹性细观力学模型

摘要

沥青混凝土是一种由沥青胶浆和集料等组成典型的颗粒增强粘弹性复合材料，通常表现出十分复杂的力学行为，尤其是明显的与时间有关的粘弹性行为。复合材料细观力学理论为分析复合材料各组成材料在整体结构中所发挥的作用提供了一种有效的研究方法。近年来，国内外研究者已经利用细观力学模型针对沥青混凝土的力学性能做了很多研究工作。这些细观力学模型通常假设集料颗粒与沥青胶浆完美黏结。然而，由于表面化学反应、生产工艺等原因不完美界面总是存在于颗粒增强复合材料中，弱界面对复合材料的损伤机理和力学性能有显著影响。因此，完美界面的假设难以真实反映界面区的力学行为和物理本质。
　　本研究的主要目的是建立考虑界面影响的沥青混凝土粘弹性细观力学模型，并研究界面状态对沥青混凝土粘弹性性能的作用机理。主要内容有:1）建立两种考虑界面影响的细观力学蠕变模型来描述沥青混凝土的蠕变行为;2）构建具有弱界面的沥青混凝土动态模量预测模型;3）利用上述三种模型研究集料颗粒与沥青胶浆之间界面状态对沥青混凝土粘弹性性能的作用机理。
　　首先，引入线性弹簧层界面模型和界面相模型来描述集料与沥青胶浆之间的界面状态，然后采用改进的Mori-Tanaka方法，建立考虑界面影响的沥青混凝土细观力学弹性模型，最后基于弹性-粘弹性对应原理，得到考虑界面影响的沥青混凝土粘弹性性能预测模型。预测值与试验值的对比结果表明，模型能够较好的预测沥青混凝土的粘弹性力学行为。通过研究界面状态对沥青混凝土粘弹性性能的作用机理发现，界面状态对沥青混凝土的粘弹性力学性能有显著影响。为了充分发挥集料的承载能力和增强作用，在沥青混凝土设计和服役过程中应采取相关措施使沥青胶浆与集料之间的界面粘结状态控制在可接受范围之内。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 沥青混凝土细观力学模型

1．2．2 考虑界面影响的复合材料细观力学模型

1．3 主要研究内容

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 本文结构安排

第2章 具有弱界面的沥青混凝土细观力学弹性模型

2．1 弱界面模型

2．2 具有弱界面的复合材料细观力学理论

2．2．1 Eshelby夹杂问题

2．2．2 Mori-Tanaka方法

2．3 具有弱界面的沥青混凝土细观力学弹性模型

2．3．1 不含空隙的沥青混凝土有效弹性模量

2．3．2 含空隙的沥青混凝土有效弹性模量

2．4 本章小结

第3章 具有弱界面的沥青混凝土蠕变性能预测模型

3．1 沥青混凝土的粘弹性特性

3．1．1 粘弹性材料的特性

3．1．2 沥青混凝土的粘弹性特性

3．2 粘弹性本构理论

3．2．1 本构关系

3．2．2 本构模型

3．3 具有弱界面的沥青混凝土蠕变性能预测模型

3．3．1 沥青胶浆的粘弹性本构方程

3．3．2 Laplace变换域内的沥青混凝土有效弹性模量

3．3．3 具有弱界面的沥青混凝土蠕变柔量

3．4 模型可靠性验证

3．4．1 模型参数

3．4．2 理论结果与试验数据对比

3．5 弱界面对沥青混凝土蠕变性能的影响

3．5．1 界面参数对蠕变性能的影响

3．5．2 集料体积分数对蠕变性能的影响

3．6 本章小结

第4章 具有界面相的沥青混凝土蠕变性能预测模型

4．1 具有界面相的沥青混凝土细观力学弹性模型

4．2 具有界面相的沥青混凝土蠕变性能预测模型

4．2．1 沥青胶浆的有效弹性模量

4．2．2 Laplace变换域内的沥青混凝土有效弹性模量

4．2．3 沥青混凝土蠕交柔量

4．3 结果和讨论

4．3．1 模型参数

4．3．2 理论预测结果

4．3．3 界面相弹性模量对蠕变性能的影响

4．3．4 界面相体积分数对蠕变性能的影响

4．4 本章小结

第5章 具有弱界面的沥青混凝土动态模量预测模型

5．1 沥青混凝土的动态模量

5．2 具有弱界面的沥青混凝土动态模量预测模型

5．2．1 简谐荷载下的复数模量

5．2．2 具有弱界面的沥青混凝土动态模量

5．2．3 考虑空隙的影响

5．3 模型可靠性验证

5．3．1 模型参数

5．3．2 理论结果与实验数据对比

5．4 弱界面对沥青混凝土动态模量的影响

5．4．1 界面参数对动态模量的影响

5．4．2 集料弹性性能对动态模量的影响

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 进一步研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果