【摘 要】
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现如今,沥青路面开裂已成为道路工程中主要病害之一。无论是在冰冻地区,还是在非冰冻地区,都会出现不同程度的开裂现象。沥青路面开裂的一个重要原因是沥青在低温下其断裂性能会降低。工程中一般依靠断裂性能试验测定沥青材料的断裂参数,从而评价其断裂性能。但是,这一方法在试件制作以及断裂参数计算方面较为复杂,测试精度受试件尺寸的影响较大。随着表面科学的迅猛发展,相关学者研究发现沥青材料的表面能与其开裂现象存在一
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现如今,沥青路面开裂已成为道路工程中主要病害之一。无论是在冰冻地区,还是在非冰冻地区,都会出现不同程度的开裂现象。沥青路面开裂的一个重要原因是沥青在低温下其断裂性能会降低。工程中一般依靠断裂性能试验测定沥青材料的断裂参数,从而评价其断裂性能。但是,这一方法在试件制作以及断裂参数计算方面较为复杂,测试精度受试件尺寸的影响较大。随着表面科学的迅猛发展,相关学者研究发现沥青材料的表面能与其开裂现象存在一定的联系:沥青在开裂过程中会产生新的表面,从而释放出表面能。同时,表面能测试技术简单,测试精度高。因此,通过表面能理论评价沥青材料的断裂性能具有一定的科研价值。基于此,本文基于能量平衡原理,借助于弹性力学的复变函数解法,建立沥青的断裂性能评价模型,以探究沥青的表面能是否能够其断裂性能,具体工作如下:基于能量平衡原理,在一定合理的假设基础之上,建立沥青的断裂性能评价模型。借助于弹性力学的复变函数解法求解带有椭圆孔的无限大板孔内表面位移场。令椭圆孔趋近于裂纹,从而得到带中心穿透裂纹的无限大板孔内表面位移场。进一步求解基质沥青开裂的临界条件,即系统的能量释放率等于两倍沥青的表面能。利用应力强度因子与能量释放率的关系,引入板宽因素,求解有限板宽条件下沥青开裂临界条件,为试验验证提供理论基础。根据理论模型的推导结果设计带有中心穿透裂纹的基质沥青拉伸试验,得到参数(F/(BW))2/λ与1/tan(λa)的数值,并对二者进行线性回归,求得其决定系数R2,以验证理论模型的准确性和合理性。最终结果表明,沥青的表面能可以定性表征其断裂性能,沥青的断裂性能随表面能的增大而提高。根据理论模型的推导结果猜想无宏观裂纹条件下沥青的断裂性能评价模型,即极限拉应力σ与参数(2Eγs/π)1/2之间存在线性关系。通过设计不含有宏观裂纹的沥青拉伸试验,得到极限拉应力σ与参数(2Eγs/π)1/2的数值,并对二者进行线性拟合,验证猜想的合理性。最终结果表明,无宏观裂纹条件下,沥青的断裂性能与表面能和弹性模量有关,表面能不能单独表征其断裂性能。将理论模型得到的沥青开裂临界条件引入到路面疲劳寿命数值模拟当中,以模拟路面结构的疲劳开裂过程,同时得到路面结构的疲劳寿命,研究引入沥青开裂临界条件后,路面疲劳寿命随路面材料参数的变化规律。
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