乳化瀝青冷再生混合料的裂紋發展行為及抗裂機理研究

《乳化瀝青冷再生混合料的裂紋發展行為及抗裂機理研究》是依託東南大學，由倪富健擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：乳化瀝青冷再生混合料的裂紋發展行為及抗裂機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：倪富健
• 依託單位：東南大學

中文摘要

國內外研究表明乳化瀝青冷再生路面均表現出優異的抗裂性能，但對其裂紋發展行為及抗裂機理缺乏研究。本課題擬從以下幾個方面對其全面研究。首先，基於CT技術和數字圖像處理技術分析乳化瀝青冷再生混合料的顆粒分布、空隙分布和空隙特徵，重構三維數值化模型。其次，基於Arcan疲勞試驗和非接觸式數字圖像相關法（Digital Image Correlation, DIC）分析乳化瀝青冷再生混合料在不同開裂形態下的裂紋發展行為和疲勞壽命；結合Arcan斷裂驗和疲勞試驗的離散元方法（Discrete Element Method, DEM）模擬，分別得到界面強度和疲勞損傷參數。最後，通過對乳化瀝青冷再生混合料和熱瀝青混合料疲勞開裂的仿真研究，建立離散元模型，全面分析不同因素對開裂過程和疲勞壽命的影響。並通過與熱瀝青混合料抗裂性能的差異性分析，揭示乳化瀝青冷再生混合料的抗裂機理。

結題摘要

乳化瀝青就地冷再生技術是以乳化瀝青作為再生劑，適當添加水泥、新料等，採用就地冷再生機組設備對舊瀝青路面進行銑刨、再生利用的一項技術。根據目前的長期跟蹤觀測，針對我國公路半剛性基層瀝青路面，乳化瀝青冷再生混合料作為幹線公路的中下面層，路面使用狀況良好，具有較好的工程和環境適應性，能夠有效地延緩反射裂縫。 首先，以乳化瀝青冷再生混合料為研究對象，根據初始壓實階段和設計壓實階段的壓實曲線特徵，提出初始壓實能量指標PCEI和設計壓實能量指標SCEI，用於評價乳化瀝青冷再生混合料的壓實特性，提出乳化瀝青冷再生混合料設計壓實次數Ndes確定的新方法。根據PCEI最大時對應的含水量和SCEI最小時對應的含水量，提出確定乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水量的新方法。 其次，利用X射線斷層掃描技術分析乳化瀝青冷再生混合料的細觀結構。採用改進的OTSU法將乳化瀝青冷再生混合料分割成粗集料、空隙、砂漿三部分。通過數字圖像處理技術分析體積參數與分布特徵。採用集料分布均勻性指數、平均長軸傾角、長軸傾角集中度、扁平比、稜角性指數以及表面紋理指數分析粗集料特徵；根據空隙的數量、等效直徑以及空隙“級配”分析空隙特徵；通過瀝青砂漿的厚度與分布形態分析瀝青砂漿特徵。 然後，採用Arcan斷裂試驗評價乳化瀝青冷再生混合料的複合型抗裂性能，獲取斷裂強度、開裂角度和斷裂能等關鍵參數。同時，結合非接觸式數字圖像相關法DIC捕捉Arcan斷裂試驗過程，計算斷裂區域的位移場、應變場，分析乳化瀝青冷再生混合料的複合型開裂行為。 接著，根據乳化瀝青冷再生混合料的細觀結構，在PFC3D軟體中構建三維數字試件，改進傳統的位移軟化模型，確定合理的細觀力學參數，進行Arcan虛擬試驗。通過離散元模型中細觀結構與力學參數的影響分析，研究乳化瀝青冷再生混合料的抗裂機理。結果發現：相比於熱拌瀝青混合料，乳化瀝青冷再生混合料具有較大破壞應變與較小的失效應力，有利於抗裂性能的提高。 最後，採用間接拉伸IDT疲勞試驗與半圓彎曲SCB疲勞試驗，同時結合DIC技術，分析乳化瀝青冷再生混合料的疲勞開裂行為。結果發現：乳化瀝青冷再生混合料在較低應力比條件下比熱拌瀝青混合料表現出更好的抗疲勞性能。 通過本文的研究成果，為瀝青混合料的開裂行為與機理研究提供了有效的途徑，同時有利於理解乳化瀝青冷再生混合料的力學行為，提高乳化瀝青冷再生混合料的抗裂性能。