考慮粗集料和空隙的瀝青混合料粘彈性細(xì)觀力學(xué)分析

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1、華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第37卷第7期JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vo1．37No．72009年7月July2009文章編號：1000—565X(2009)07—0031．06考慮粗集料和空隙的瀝青混合料粘彈性細(xì)觀力學(xué)分析木黃曉明李漢光張裕卿(東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇南京210096)摘要：為了分析粗集料和空隙對瀝青混合料粘彈性能的影響，在Laplace空間域內(nèi)，利用細(xì)觀力學(xué)的Mori—Tanaka等

2、效夾雜理論解決了瀝青混合料的混合夾雜問題．然后基于宏觀平均場理論，根據(jù)瀝青砂漿基體的粘彈性能推導(dǎo)了瀝青混合料的粘彈性能．最后以單軸和簡單剪切應(yīng)力下的預(yù)測為例，分析了粗集料和空隙對瀝青混合料性能的影響．結(jié)果發(fā)現(xiàn)：瀝青混合料粘彈本構(gòu)方程可以表示為粗集料和空隙的綜合影響系數(shù)與瀝青砂漿粘彈本構(gòu)方程的乘積形式；空隙和粗集料對瀝青混合料的粘彈性分別起到衰減和增強(qiáng)作用，但空隙的衰減作用弱于粗集料的增強(qiáng)作用；粗集料和空隙對瀝青砂漿的綜合影響體現(xiàn)為對剛度的增強(qiáng)作用，且剪切應(yīng)力下增強(qiáng)作用近似為單軸應(yīng)力下的2倍；瀝青砂漿基體

3、泊松比對綜合影響系數(shù)的影響甚微，在以后的研究中可以取定值．關(guān)鍵詞：瀝青混合料；粘彈性；細(xì)觀力學(xué)；粗集料；空隙；綜合影響系數(shù)中圖分類號：U416．2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A粗集料和空隙在瀝青混合料的性能中起到重要切模量預(yù)測公式進(jìn)行了簡化，獲得了瀝青混合料剪作用．目前對粗集料的研究主要集中于棱角性和表切模量細(xì)觀力學(xué)預(yù)測公式．Li等將瀝青混合料看面構(gòu)造特性等方面對混合料性能的影響，Pan¨利作粗集料和瀝青砂漿組成的兩相復(fù)合材料，進(jìn)一步用復(fù)雜的圖像分析儀對集料進(jìn)行三維成像，定義出將瀝青砂漿看成由細(xì)集料顆粒和瀝青膠漿(瀝青

4、與形狀特性指標(biāo)并與現(xiàn)場混合料性能相聯(lián)系．馬林礦粉組成)組成的兩相復(fù)合材料，由此提出了兩步等利用成像技術(shù)分析了顆粒形狀系數(shù)對粗集料法預(yù)測瀝青混合料模量，預(yù)測結(jié)果與試驗較為吻合．骨架間隙率的影響．對空隙率的研究主要集中于空另外，有些學(xué)者。結(jié)合微觀力學(xué)和粘彈性力學(xué)理隙率的大小對瀝青混合料各種路用性能的影論更加準(zhǔn)確地分析了瀝青混合料的性能．響4．這些研究雖然已經(jīng)深入到細(xì)觀層次，但大多以上利用細(xì)觀力學(xué)理論研究瀝青混合料的文獻(xiàn)還是停留在經(jīng)驗指標(biāo)或試驗分析上，不僅研究費(fèi)用主要集中于彈性范圍的模量預(yù)測，少量對瀝青混合高

5、、效率低，且沒有形成有效的力學(xué)方法，因而從力料粘彈性本構(gòu)方程的預(yù)測也局限于利用彈性一粘彈學(xué)機(jī)理上無法認(rèn)清粗集料和空隙的作用．性相應(yīng)原理直接將已有的微觀力學(xué)彈性模量預(yù)測公這些問題的原因在于細(xì)觀的分析指標(biāo)轉(zhuǎn)換到宏式轉(zhuǎn)換成粘彈性公式，研究對象主要是瀝青瑪蹄脂觀力學(xué)指標(biāo)存在困難，故只能進(jìn)行經(jīng)驗性的應(yīng)用，而材料．另外已有研究未能利用細(xì)觀力學(xué)考慮空隙的復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)方法為此提供了有力的工具．影響，特別是缺乏對空隙和粗集料作為混合物夾雜Zhu等認(rèn)為粗集料之問沒有接觸，而是全部被瀝時瀝青混合料粘彈性能的分析．因此，

6、文中考慮空隙青砂漿隔離，利用細(xì)觀力學(xué)理論預(yù)測的瀝青混凝土和粗集料對瀝青混合料的綜合影響，利用細(xì)觀力學(xué)理模量與實測比較吻合．Shashidhar等對Christensen論直接推導(dǎo)瀝青混合料的粘彈性本構(gòu)方程，為從細(xì)觀等提出的基于廣義自洽理論的復(fù)合材料有效剪上對瀝青混合料各種性能的分析提供力學(xué)基礎(chǔ)．收稿日期：2008—04—14基金項目：國家“863”高技術(shù)計劃項目(2006AA11Z110)；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃資助項目(CX07B一158Z)作者簡介：黃曉明(1963一)，男，教授，博士生導(dǎo)

7、師，主要從事路基路面研究．E—mail：huangxm@Sel1．edu．en32華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第37卷得到式(5)，其中，為Laplace參量，上橫線表示La-l瀝青混合料各組分的本構(gòu)方程place空間域內(nèi)量¨：從復(fù)合材料的觀點，瀝青混合料可看作以瀝青or；()=s。()從o(s)6f+2sG。(s)lo『(5)=砂漿為基體，以粗集料和空隙為兩類不同的夾雜均C(5)勻無序混和于瀝青砂漿基體內(nèi)，瀝青混合料作為混2瀝青混合料細(xì)觀應(yīng)力應(yīng)變場及本構(gòu)合夾雜復(fù)合材料的示意見圖1．其中，瀝青砂漿是指

8、方程瀝青、礦粉和細(xì)集料組成的混合物．復(fù)合材料中的MoilTanaka等效夾雜理論可瀝青砂漿基體以有效地考慮不同夾雜物的相互影響作用，且概念明確，因而采用該方法分析瀝青混合料的細(xì)觀應(yīng)力粗集料夾雜應(yīng)變場．該理論認(rèn)為：由于夾雜物(粗集料、空隙)的空隙夾雜存在，實際瀝青砂漿基體內(nèi)的應(yīng)變場和均勻純基體內(nèi)的應(yīng)變場。相差一個擾動值，假設(shè)擾動應(yīng)變?yōu)?，相?yīng)擾動應(yīng)力為or，它們是在Moil．Tanaka平均意義下的所有夾雜(包括粗集料夾雜和空隙夾雜)圖1視為混