本文關(guān)鍵詞：硫改性瀝青混合料疲勞失效機(jī)理試驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：瀝青路面具有行車舒適、施工期短、開放交通時間快等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于高等級公路路面中,然而普通瀝青混合料本身的高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能較差,致使瀝青路面過早出現(xiàn)車轍和疲勞裂縫等病害。疲勞破壞是瀝青路面的主要破壞形式,也是瀝青路面結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論與設(shè)計(jì)的本源性問題。路面行車荷載的增大、環(huán)境因素的變化以及瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變異性導(dǎo)致了瀝青路面疲勞破壞異常顯著。因此,改善瀝青路面的疲勞性能,延長路面使用壽命,已經(jīng)成為路面研究的一項(xiàng)重大課題。人類利用加入添加劑來對瀝青改性已有很久的歷史。19世紀(jì)中期就有人采用硫化的方法改善瀝青路面性能,硫磺改性劑賽歐鋪能提高含蠟瀝青的質(zhì)量,能顯著提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性,自上世紀(jì)70年代起,一些石油工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始進(jìn)行硫磺改性瀝青混合料的試驗(yàn)研究,但是到上世紀(jì)90年代,隨著硫磺價格低迷,瀝青價格逐漸攀升,硫磺作為瀝青添加劑逐步成為國外瀝青混合料研究的熱點(diǎn)之一。但從目前收集到的文獻(xiàn)看,國內(nèi)關(guān)于硫改性瀝青混合料方面的文獻(xiàn)非常少,而且大部分還停留在室內(nèi)試驗(yàn)及小規(guī)模的試驗(yàn)路研究,對硫改性瀝青混合料的路用性能研究不夠全面和深入,云南省只在紅河州的個屯一級公路及蒙新高速公路中鋪筑了15.717 km、2 km的硫磺改性瀝青混合料路面。另一方面,硫磺改性劑材料替代了一部分的瀝青,減少瀝青用量后,瀝青混合料疲勞性能是否受到影響是本文的主要內(nèi)容。首先,本文對基于AC-13級配的普通瀝青混合料及不同摻量的硫改性瀝青混合料進(jìn)行了路用性能試驗(yàn)(高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、疲勞性能)。同時,不同于現(xiàn)階段在瀝青混合料研究中普遍采用小梁試件進(jìn)行疲勞破壞研究,本文采用自制劈裂加載試驗(yàn)夾具對瀝青混合料進(jìn)行劈裂疲勞試驗(yàn),采用數(shù)字圖像相關(guān)方法(DIC)、Matlab及混凝土開裂理論,對瀝青混合料的疲勞損傷進(jìn)行研究分析,實(shí)時觀察并測量了疲勞加載過程中瀝青混合料的位移場和應(yīng)變場。通過DIC方法將圖像信息轉(zhuǎn)化成了能夠表征材料力學(xué)性能的變形信息,分析了瀝青混合料的疲勞破壞過程。研究結(jié)果表明：(1)硫改性瀝青混合料的抗車轍能力、低溫抗裂性能及抗疲勞能力較普通瀝青混合料提升顯著。(2)隨著改性劑摻量的增加,瀝青混合料的路用性能及劈裂疲勞性能逐漸提高,在總膠結(jié)料中賽歐鋪質(zhì)量百分比為30%-40%的條件下,各項(xiàng)性能較普通瀝青混合料提高3倍以上。在總膠結(jié)料中賽歐鋪的質(zhì)量百分比為35%時,可以明顯提高瀝青混合料性能,但在40%時與30%硫改性瀝青混合料性能相近,因此硫改性瀝青混合料總膠結(jié)料中硫磺改性劑的最佳質(zhì)量百分比為35%。(3)結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)和Matlab編程計(jì)算瀝青混合料位移場及應(yīng)變場,分析瀝青混合料的損傷演化規(guī)律：在損傷初始階段,試件損傷程度較小且分布不均勻；隨著重復(fù)荷載的作用,損傷逐漸增大并趨于集中,從而導(dǎo)致裂縫的形成,裂紋繼續(xù)擴(kuò)展導(dǎo)致試件的失效破壞。(4)通過疲勞試驗(yàn)過程中試件的變形情況以及數(shù)字圖像處理技術(shù)對加載過程中試件中心區(qū)域的位移場和應(yīng)變場進(jìn)行分析計(jì)算,解釋了瀝青混合料的疲勞開裂過程。本文經(jīng)過對硫改性瀝青混合料性能研究表明硫改性瀝青混合料路用性能優(yōu)越,可應(yīng)用在路面提高路面使用壽命,并運(yùn)用數(shù)字圖像相關(guān)方法及Matlab軟件分析瀝青混合料的變形及開裂情況,為今后數(shù)字圖像相關(guān)方法對瀝青混合料的性能分析提供試驗(yàn)參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：硫磺 改性瀝青混合料 路用性能 劈裂疲勞 數(shù)字圖像 疲勞開裂
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U414
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 研究背景和意義14-18
• 1.1.1 瀝青路面的發(fā)展14-16
• 1.1.2 改性瀝青的研究16-17
• 1.1.3 數(shù)字圖像相關(guān)方法17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-23
• 1.2.1 硫改性瀝青混合料改性技術(shù)的發(fā)展18-19
• 1.2.2 國內(nèi)外瀝青混合料疲勞性能試驗(yàn)19-21
• 1.2.3 數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用21-23
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容23-26
• 第二章 試驗(yàn)材料、試驗(yàn)方法及技術(shù)研究路線26-40
• 2.1 試驗(yàn)原材料26-30
• 2.1.1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)26
• 2.1.2 集料技術(shù)指標(biāo)26-28
• 2.1.3 礦粉技術(shù)指標(biāo)28-29
• 2.1.4 硫磺改性劑賽歐鋪技術(shù)指標(biāo)29-30
• 2.2 試驗(yàn)方法30-37
• 2.2.1 瀝青混合料試件的制備30-33
• 2.2.2 瀝青混合料試驗(yàn)方法33-37
• 2.3 試驗(yàn)技術(shù)路線37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第三章 瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究40-56
• 3.1 瀝青混合料配合比及油石比的選用說明40-41
• 3.1.1 設(shè)計(jì)說明40-41
• 3.1.2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)說明41
• 3.2 瀝青混合料路用性能試驗(yàn)41-53
• 3.2.1 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)41-45
• 3.2.2 低溫抗裂性試驗(yàn)45-49
• 3.2.3 疲勞性能試驗(yàn)49-53
• 3.3 本章小結(jié)53-56
• 第四章 瀝青混合料劈裂疲勞性能試驗(yàn)研究56-72
• 4.1 疲勞試驗(yàn)方法56
• 4.2 疲勞試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)56-58
• 4.3 疲勞試驗(yàn)試件的制備58-59
• 4.3.1 級配的改進(jìn)58
• 4.3.2 試件的成型及切割58-59
• 4.4 疲勞試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)59-61
• 4.4.1 加載模式的選擇59-60
• 4.4.2 試驗(yàn)溫度的選擇60-61
• 4.4.3 加載頻率及波形的選擇61
• 4.4.4 力值比的選擇61
• 4.5 疲勞試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)61-63
• 4.5.1 疲勞試驗(yàn)循環(huán)荷載范圍的確定61-62
• 4.5.2 劈裂疲勞試驗(yàn)方案的確定62-63
• 4.6 瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)63-70
• 4.6.1 劈裂疲勞試驗(yàn)循環(huán)荷載的確定63-65
• 4.6.2 劈裂疲勞試驗(yàn)65-70
• 4.7 本章小結(jié)70-72
• 第五章 瀝青混合料疲勞裂紋的形成及擴(kuò)展機(jī)制研究72-98
• 5.1 數(shù)字圖像相關(guān)方法介紹72-75
• 5.1.1 二維數(shù)字圖像相關(guān)方法測量系統(tǒng)72
• 5.1.2 二維數(shù)字圖像相關(guān)方法基本原理72-74
• 5.1.3 數(shù)字圖像分析方法的優(yōu)點(diǎn)74-75
• 5.2 數(shù)字圖像對瀝青混合料劈裂疲勞試驗(yàn)分析75-82
• 5.2.1 劈裂疲勞試驗(yàn)布置75-76
• 5.2.2 劈裂疲勞試驗(yàn)圖像采集系統(tǒng)76
• 5.2.3 劈裂疲勞試驗(yàn)結(jié)果分析76-82
• 5.3 瀝青混合料疲勞裂紋擴(kuò)展路徑分析82-95
• 5.3.1 瀝青混合料疲勞試驗(yàn)變形特征研究82-87
• 5.3.2 瀝青混合料疲勞斷裂分析87-94
• 5.3.3 瀝青混合料疲勞開裂過程94-95
• 5.4 本章小結(jié)95-98
• 第六章 結(jié)論和展望98-102
• 6.1 主要結(jié)論98-99
• 6.2 工作展望99-102
• 致謝102-104
• 參考文獻(xiàn)104-112
• 附錄 (攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的學(xué)術(shù)論文及獲獎情況)112

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本文編號：450604