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《瀝青混合料黏彈性能的細觀力學模型》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、瀝青混合料黏彈性能的細觀力學模型工程中瀝青混合料黏彈性能的確定主要通過試驗法和經(jīng)驗公式法。試驗法可采用本文中的蠕變試驗和動態(tài)模量試驗，該種方法耗時較長，且只能對已成型特定級配的瀝青混合料進行試驗，若混合料類型較多，往往需要大量的重復性試驗，造成材料浪費和環(huán)境污染。經(jīng)驗法中動態(tài)模量的Witczak和Hirsch預測模型[[65]閆振林,胡霞光,肖昭然.瀝青混合料動態(tài)模量預估模型研究[J].公路,2008,1(1):175-179.]較為成熟，但經(jīng)驗公式的適用范圍有限，若實際條件與建立經(jīng)驗關(guān)系式的條件不同，可能產(chǎn)生較大誤差。事實上，上述兩種方法均停留在宏觀層面上，無法反映細觀尺度下瀝青混合料內(nèi)
2、部的力學性質(zhì)，因此，有必要基于材料內(nèi)部的細觀組成建立合適的細觀力學模型，較為準確地預測其黏彈性能。從細觀角度出發(fā)，瀝青混合料可視為由瀝青砂漿、粗集料和空隙組成的三相復合材料。將瀝青砂漿作為基體，粗集料和空隙作為夾雜相，可通過細觀力學理論來預測瀝青混合料的力學性能。在眾多細觀力學模型中，Hashin復合球模型與瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)最為相近，一系列尺度不等的球形粗集料鑲嵌于瀝青砂漿基體之中，但該模型存在前提假設條件，為定值，也就是說所有集料半徑與其瀝青砂漿包裹層厚度成正比，這樣就無法考慮粗集料的尺度效應。實際上，粗集料分散于瀝青砂漿介質(zhì)中，雖然粒徑大小不同，但瀝青砂漿包裹層厚度近乎相同，且文獻[
3、Error!Bookmarknotdefined.]已經(jīng)提出瀝青砂漿包裹層厚度的計算公式。為此，本文假設瀝青砂漿包裹層厚度相同，對Hashin復合球模型進行了改進和簡化。首先提出了瀝青混合料的彈性模量預測細觀力學模型，該模型能夠較為準確地反映瀝青混合料內(nèi)部的細觀結(jié)構(gòu)組成，且能夠考慮粗集料尺寸效應及級配的影響。其次，應用黏彈性對應原理，將彈性模型轉(zhuǎn)化至黏彈性范圍，建立了瀝青混合料黏彈性能的細觀力學模型。最后，將模型預測結(jié)果與試驗結(jié)果相對比，對模型進行驗證及修正，分析黏彈性影響因素。1細觀力學模型的建立1.1彈性模量預測模型將瀝青砂漿視為基體，粗集料為球形夾雜相。假設材料均勻且各向同性，粗集料
4、與瀝青砂漿之間完全連接。應用Hashin復合球模型(圖2.5—2.6)，瀝青砂漿包裹層厚度用表示，，粗集料的體積分數(shù)即可表示為(4.1)由上式可見，當為定值時，粗集料體積分數(shù)是與集料半徑有關(guān)的變量，粗集料的尺寸效應得以體現(xiàn)，但這與Hashin復合球假設中夾雜相體積分數(shù)為定值相矛盾。為此，本文在不改變上述假設條件的基礎(chǔ)上，對模型進行部分改進，提出了分級預測模型，方法如下：將瀝青混合料按粒徑尺寸進行分級，目的是使第級模型中僅含有相同粒徑的粗集料，從而滿足Hashin復合球假設為定值，文獻[Error!Bookmarknotdefined.]給出了瀝青砂漿包裹層厚度計算公式(4.2)式中，、分別
5、代表粗集料和瀝青砂漿的體積含量，對于一般密級配瀝青混合料空隙體積分數(shù)=0.04，體積分數(shù)關(guān)系可表示為；、分別為表示第級與第級間()粗集料的平均半徑和質(zhì)量百分含量，粗集料總含量。第級模型中粗集料體積分數(shù)表示為(4.3)因此，第級模型的等效體積模量和剪切模量可由式(2.51)和式(2.60)改寫為(4.4)(4.5)式中，、、表達式同式(2.60)，僅將式中改寫為。、，、分別表示集料和瀝青砂漿的體積模量與剪切模量，可由楊氏模量與泊松比關(guān)系式得出(4.6a)(4.6b)考慮到本文的單軸加載方式，第級模型的單軸彈性模量寫為(4.7)單級數(shù)模型的彈性模量由式(4.7)求得，而瀝青混合料是由不同粒徑尺
6、寸的集料按照一定的級配組成的，且每種集料都對整體彈性模量產(chǎn)生影響，因此，考慮粗集料級配效應，將瀝青混合料的等效彈性模量平均化表示為(4.8)1.2模型簡化[[66]N.Shashidhar.,A.Shenoy.Onusingmicromechanicalmodelstodescribedynamicmechanicalbehaviorofasphaltmastics[J].MechanicsofMaterials,2002,34:657-669]式(4.5)較為復雜，直接應用該式常需要求解一元二次方程，為了方便計算，有必要對其進行適當?shù)暮喕?。簡化過程以數(shù)量級對比作為分析手段，相對于較高數(shù)量
7、級，表達式中所有較低數(shù)量級的條件都應忽略。對于本文粗集料夾雜相和瀝青砂漿基體，；，，因此在材料泊松比范圍內(nèi)，、、表達式存在如下近似關(guān)系(4.9a)(4.9b)(4.9c)(4.9d)(4.9e)應用公式(4.9a—e)，、、可簡寫為(4.10a)(4.10b)(4.10c)通過式(4.9a)—(4.10c)，、、表達式簡化為(4.11a)(4.11b)(4.11c)式(4.5)中，可用求根方程的形式表示，取其正根為(4.
