現(xiàn)如今,瀝青路面開裂已成為道路工程中主要病害之一。無論是在冰凍地區(qū),還是在非冰凍地區(qū),都會(huì)出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象。瀝青路面開裂的一個(gè)重要原因是瀝青在低溫下其斷裂性能會(huì)降低。工程中一般依靠斷裂性能試驗(yàn)測(cè)定瀝青材料的斷裂參數(shù),從而評(píng)價(jià)其斷裂性能。但是,這一方法在試件制作以及斷裂參數(shù)計(jì)算方面較為復(fù)雜,測(cè)試精度受試件尺寸的影響較大。隨著表面科學(xué)的迅猛發(fā)展,相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)瀝青材料的表面能與其開裂現(xiàn)象存在一定的聯(lián)系:瀝青在開裂過程中會(huì)產(chǎn)生新的表面,從而釋放出表面能。同時(shí),表面能測(cè)試技術(shù)簡單,測(cè)試精度高。因此,通過表面能理論評(píng)價(jià)瀝青材料的斷裂性能具有一定的科研價(jià)值�；诖�,本文基于能量平衡原理,借助于彈性力學(xué)的復(fù)變函數(shù)解法,建立瀝青的斷裂性能評(píng)價(jià)模型,以探究瀝青的表面能是否能夠其斷裂性能,具體工作如下:基于能量平衡原理,在一定合理的假設(shè)基礎(chǔ)之上,建立瀝青的斷裂性能評(píng)價(jià)模型。借助于彈性力學(xué)的復(fù)變函數(shù)解法求解帶有橢圓孔的無限大板孔內(nèi)表面位移場(chǎng)。令橢圓孔趨近于裂紋,從而得到帶中心穿透裂紋的無限大板孔內(nèi)表面位移場(chǎng)。進(jìn)一步求解基質(zhì)瀝青開裂的臨界條件,即系統(tǒng)的能量釋放率等于兩倍瀝青的表面能。利用應(yīng)力強(qiáng)度因子與... 

【文章來源】：重慶交通大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

液體表面

41.2.3表面能理論與固體表面能測(cè)試方法研究本文引入了瀝青表面能參數(shù)，因此需要對(duì)表面能理論以及固體表面能測(cè)試方法進(jìn)行研究。（1）液體表面張力與表面能在液體中，液體內(nèi)部分子和液體表面分子處于不同的受力狀態(tài)。液體內(nèi)部分子受到來自于各個(gè)方向的力，這些力能相互抵消，達(dá)到平衡。液體表面分子要受到來自液體內(nèi)部分子的力，以及另一相物質(zhì)的分子力，這兩種力一般不能完全抵消。因此液體表面分子大多處于不穩(wěn)定力場(chǎng)，如圖1-1所示。圖1-1液體表面圖1-2受力示意圖由于液體表面分子的受力不均勻，導(dǎo)致液體表面存在著一種力，它垂直作用于單位邊界線上，指向液體內(nèi)部并與界面相切。這種力稱為表面張力，其單位為N·m-1。如圖1-2所示，在金屬框中形成液體薄膜，在其一側(cè)有力F的作用并達(dá)到平衡，于是有LFLF22==γγ其中，γ為液體表面張力。表面張力是一種線力，即作用在單位長度上的力，它廣泛存在于各種液體表面，這種力使得液體有一種向內(nèi)收縮的趨勢(shì)，使液體表面以最小的表面積呈現(xiàn)。在自然界中可以經(jīng)�？吹竭@種現(xiàn)象，比如葉子上的露珠總是近似呈球形等等。表面能被定義為恒溫、恒壓、恒組成情況下，可逆地增加物系表面積須對(duì)物質(zhì)所做的非體積功，其單位為J·m-2。同樣，如圖1-2所示，在力F的作用下，液體薄膜表面積增加。其增加的表面積為=LdxdA2力F做的功為FdxdW=于是，表面能為LFdAdW2γ==

11第二章瀝青斷裂性能評(píng)價(jià)模型瀝青路面在外界環(huán)境的作用下，會(huì)產(chǎn)生力學(xué)響應(yīng)。當(dāng)瀝青達(dá)到極限受力狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部裂紋會(huì)發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。根據(jù)能量平衡原理：當(dāng)裂紋處于臨界開裂狀態(tài)時(shí)，外荷載所作的功主要用于兩部分，一部分轉(zhuǎn)化為材料的內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為裂紋產(chǎn)生新表面的表面能。本章基于能量平衡原理，建立瀝青斷裂性能評(píng)價(jià)模型，從理論上推導(dǎo)瀝青中裂紋處于臨界開裂狀態(tài)時(shí)，表面能與斷裂性能參數(shù)之間的定量關(guān)系式。該關(guān)系式是引入表面能表征瀝青斷裂性能的理論基矗2.1瀝青斷裂性能評(píng)價(jià)模型建立2.1.1模型荷載施加模式分析本文首先分析出瀝青路面中最為危險(xiǎn)的受力狀態(tài)，以作為瀝青斷裂性能評(píng)價(jià)模型的荷載施加模式，從而簡化計(jì)算。瀝青路面長期暴露在外界環(huán)境中，當(dāng)溫度發(fā)生改變時(shí)，會(huì)在路面結(jié)構(gòu)中形成溫度梯度，使得瀝青材料發(fā)生變形。而路面各層為保持變形協(xié)調(diào)，會(huì)使得路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。由受力分析可知，當(dāng)溫度下降時(shí)，瀝青路面頂面溫度會(huì)低于其內(nèi)部溫度，如果面層處于無約束狀態(tài)，路表面則會(huì)收縮。而實(shí)際上，面層與基層是緊密粘接的，因此基層會(huì)阻止路表面收縮，從而在路表面形成拉應(yīng)力區(qū)，最終導(dǎo)致路表面開裂，形成表面裂紋。圖2-1溫度荷載下瀝青面層變形示意圖其次，我國的高等級(jí)公路一般采用半剛性材料作為路面基層，比如水泥穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定碎石等。這些半剛性材料容易產(chǎn)生溫縮和干縮裂縫。由有限元軟件Abaqus分析可知，在車輪荷載的作用下，瀝青路面會(huì)在溫縮、干縮裂縫處產(chǎn)生

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]矩形巷道圍巖應(yīng)力分布的復(fù)變函數(shù)解[J]. 吳帥,劉淑紅,段思陽.  煤礦安全. 2019(01)
[2]礦粉表面能與其所含化學(xué)成分表面能關(guān)系模型[J]. 孔令云,李金橋,張玉貞,余苗.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(09)
[3]功能梯度圓板和環(huán)板受周邊力作用的彈性力學(xué)解[J]. 張瑩,梅靖,陳鼎,楊博.  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2018(05)
[4]高模量瀝青低溫抗裂性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)[J]. 耿韓,李立寒,張磊,BAHIA Hussain U.  建筑材料學(xué)報(bào). 2018(01)
[5]淺埋矩形頂管求解的復(fù)變函數(shù)實(shí)踐[J]. 李新源,劉國彬.  河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(04)
[6]基于斷裂試驗(yàn)的再生瀝青混合料中溫抗裂性能[J]. 陳正偉,朱月風(fēng),張洪亮,宋彬.  合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(09)
[7]基于表面能理論的老化溫拌SBS改性瀝青結(jié)合料的粘附性[J]. 李海蓮,李波,王起才,李良英,王永寧.  材料導(dǎo)報(bào). 2017(16)
[8]凍融作用對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土抗裂性能的影響（英文）[J]. 張勐,錢振東.  Journal of Southeast University（English Edition）. 2017(01)
[9]采用插板法測(cè)試瀝青表面自由能的誤差分析[J]. 董華均,曾哲,羅蓉,張德潤,金露,王麗靜.  武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版). 2016(05)
[10]基于表面能法的瀝青/集料粘附機(jī)理研究[J]. 裴建新.  合成材料老化與應(yīng)用. 2016(04)

博士論文
[1]非理想裂紋準(zhǔn)脆性擴(kuò)展的多尺度分析及其應(yīng)用[D]. 周勝.東南大學(xué) 2017
[2]瀝青、集料的表面自由能及水分在瀝青中的擴(kuò)散研究[D]. 魏建明.中國石油大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于AFM與表面能原理的瀝青與集料粘附特性分析[D]. 龐驍奕.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]基于表面能理論低溫瀝青混合料的抗凍性能研究[D]. 周水文.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[3]基于表面能理論的溫拌瀝青混合料水穩(wěn)定性研究[D]. 竇暉.蘭州交通大學(xué) 2012
[4]水鎂石的表面改性和表面能的測(cè)定[D]. 裴寧.浙江大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3556890