【摘 要】
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沥青混合料的粘弹性变形是沥青路面车辙、拥包等损害的主要因素之一,且沥青混合料的粘弹性蠕变行为与路面破坏行为相似。有效的室内试验可以准确地预测沥青路面的性能,为设计和现场施工提供方案。但目前沥青混合料试件的整体性能研究与实际路面状态相差较大,有必要进一步提高沥青混合料室内试验的准确度。本文围绕沥青混合料的粘弹性质进行详细的试验研究与分析。材料选用高弹沥青混合料,对其动态(动态模量试验)及静态(单轴贯
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沥青混合料的粘弹性变形是沥青路面车辙、拥包等损害的主要因素之一,且沥青混合料的粘弹性蠕变行为与路面破坏行为相似。有效的室内试验可以准确地预测沥青路面的性能,为设计和现场施工提供方案。但目前沥青混合料试件的整体性能研究与实际路面状态相差较大,有必要进一步提高沥青混合料室内试验的准确度。本文围绕沥青混合料的粘弹性质进行详细的试验研究与分析。材料选用高弹沥青混合料,对其动态(动态模量试验)及静态(单轴贯入蠕变试验)两种粘弹性变形行为进行测试,诠释准确的沥青混合料的粘弹性质。首先,对常见的两类粘弹性本构模型进行了详细的分析,解释了Burgers模型修正方法的有效性。为了扩展经验模型对于蠕变固结效应的表达能力,结合经验模型具有较高精度的优点,依据现有幂律模型的表现形式,运用Malthus模型和Logistic模型对BaileyNorton模型的蠕变速率及蠕变柔量进行修正,并在修正Bailey-Norton模型的参数意义方面论证了模型的准确性。其次,对高弹沥青混合料进行标准的动态模量试验。结合WLF方程、Sigmoidal模型以及K-K关系,基于频域建立了相位角和模量主曲线,在线性粘弹性范围内分析了动态加载状态下不同加载频率(0.1 Hz、0.5 Hz、1 Hz、5 Hz、10 Hz、20 Hz、25 Hz)和温度(5℃、15℃、25℃、40℃、55℃)对沥青混合料的影响作用。并且推广了K-K关系的主曲线理论,建立了各指标间的关系曲线,详细地解释了沥青混合料动载下粘弹性行为。此外,根据K-K关系,提出了新的一种动态模量转化Burgers参数的方法,并对每种温度和频率下的测试结果进行计算。然后,对高弹沥青混合料在不同温度(20℃、40℃、60℃)不同加载(0.55 MPa、0.70 MPa、0.85 MPa、1.00 MPa)条件下的进行单轴贯入蠕变试验。根据试验结果发现应力对变形的影响作用大于温度。另外,分别采用Bailey-Norton模型、修正Bailey-Norton模型、Burgers模型以及修正Burgers模型运用曲面拟合的方式模拟了试验结果。拟合分析表明Bailey-Norton模型和修正后的Bailey-Norton模型可以更好的表现沥青混合料的粘弹性变形。最后,运用数值法和解析法两种方法分析了沥青混合料的贯入蠕变行为,对两种无限空间的沥青混合料贯入深度进行修正,并建立了修正系数。基于Sneddon和Choi的弹性解析解推导半无限空间和无限薄板贯入加载的粘弹性解,并通过有限元ABAQUS软件对有限尺寸的混合料试件(旋转压实试件和车辙板试件)计算其数值解。压头的加载截面半径统一设置为12.5 mm。研究结果发现,常见的旋转压实试件尺寸(Φ150×100 mm)可消除有限尺寸效应的影响,能较好地表征半无限空间上的贯入深度。基于无限薄板空间的修正,横向尺寸对贯入深度的影响呈现了单向收敛的趋势;此外随着试件高度的增加,修正曲线的收敛性越强。此外建立了统一形式的修正曲线,增加了修正系数的可预测性。
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