导电沥青混凝土力电响应研究

论文摘要

沥青混凝土已被广泛应用于世界上各种等级的高速公路,有效的养护可以延长沥青路面的使用年限。当前国内外对沥青路面的健康状况评价主要依靠外部观察和专家评分,具有一定的缺点。通过研究导电沥青混凝土的自诊断特性,可以在不破坏路面的情况下,判断沥青混凝土内部的损坏状况,及时地了解掌握沥青路面的健康状况数据,进而科学地指导沥青路面的养护。导电沥青混凝土的自诊断研究将会对沥青路面损坏检测、交通流量和车辆载荷进行监控和调配、公路交通智能化管理等产生深远的影响。本文就导电沥青混凝土的导电机理与影响其电阻的几种因素进行了阐述。石墨导电沥青混凝土的导电特性可以用隧道效应与渗流现象来解释,两种理论同时对导电沥青混凝土的电阻起作用。影响导电沥青混凝土电阻的几种因素有:应力、温度、空隙率、内部损伤等。本文采用superpave 12.5结构的沥青混凝土,通过掺入鳞片石墨等导电相材料,制备出具有良好导电性能的导电沥青混凝土,并在不同温度下进行了导电沥青混凝土的间接拉伸、单轴压缩、三点弯曲、直接拉伸等试验,加载方式分为疲劳模式和静态加载模式。结合受力分析、温度变化解释试验中电阻变化的原因。试验表明:在各种不同试验模式下,电阻变化趋势有很大区别;导电沥青混凝土材料的电阻对应力、变形反映非常灵敏。并在静态加载模式下,试验初始阶段导电沥青混凝土在受到荷载作用时电阻增加;随着压力的继续增加电阻会逐渐降低;压力增大到一定值试件逐渐被破坏,此时的电阻又呈增加趋势。疲劳试验模式下可以把导电沥青混凝土的电阻变化分为三阶段:快速减少阶段、平缓延伸阶段、快速增加阶段。三阶段的电阻变化反映了试件内部结构的变化。在低温时,导电沥青混凝土变形类似于弹性变形;而高温时,导电沥青混凝土的变形类似于塑性变形。因此电阻的变化规律在温度不同时有较大不同。相对高温时,低温下电阻曲线比较平滑,波动相对较小。最后,本文建立了导电沥青混凝土试件疲劳试验下的通用回归方程,其拟合度较高,可以用来表征各种疲劳试验下导电沥青混凝土试件电阻的变化,并为导电沥青混凝土的自诊断研究及压敏性研究提供了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 导电混凝土的概念与分类
• 1.2.2 导电混凝土的压敏性
• 1.2.3 导电沥青混凝土的导电机理
• 1.2.4 导电沥青混凝土导电性能的影响因素
• 1.3 主要研究内容
• 1.3.1 导电沥青混凝土压敏性
• 1.3.2 导电沥青混凝土疲劳试验下的回归公式
• 第2章 导电沥青混凝土材料组成设计及制备
• 2.1 原材料
• 2.1.1 沥青
• 2.1.2 矿料
• 2.1.3 导电相材料
• 2.2 材料组成设计
• 2.2.1 级配设计
• 2.2.2 导电材料掺量优选
• 2.2.3 最佳油石比设计
• 2.3 试件制备及其测量方法
• 2.3.1 测量方式选择
• 2.3.2 沥青混合料的制备
• 2.3.3 主要仪器及设备
• 2.4 本章小结
• 第3章 间接拉伸试验下的力电响应
• 3.1 试件制备及试验方案
• 3.2 静态加载应力控制模式
• 3.3 静态加载应变控制模式
• 3.4 疲劳试验模式
• 3.5 本章小结
• 第4章 单轴压缩试验下的力电响应
• 4.1 试件制备及试验方案
• 4.2 试件试验过程中受力分析
• 4.3 静态加载应力控制模式
• 4.4 静态加载应变控制模式
• 4.5 疲劳试验模式
• 4.6 本章小结
• 第5章 三点弯曲试验下的力电响应
• 5.1 试件制备及试验方案
• 5.2 试件试验过程中受力分析
• 5.3 静态加载应力控制模式
• 5.4 静态加载应变控制模式
• 5.5 疲劳试验模式
• 5.6 本章小结
• 第6章 直接拉伸试验下的力电响应
• 6.1 试件制备及试验方案
• 6.2 试验过程的力学分析
• 6.3 静态加载应力控制模式
• 6.4 静态加载应变控制模式
• 6.5 疲劳模式
• 6.6 本章小结
• 第7章 导电沥青混凝土疲劳试验下电阻回归方程
• 7.1 导电沥青混凝土压力-电阻理论模型
• 7.2 导电沥青混凝土疲劳试验下典型电阻变化曲线
• 7.2.1 电阻变化的三个阶段
• 7.2.2 电阻的回归模型
• 第8章 主要结论及进一步研究的建议
• 8.1 主要结论
• 8.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 附1 作者在攻读硕士期间发表的论文
• 附2 作者在攻读硕士期间参加的科研项目
• 附3 作者在攻读硕士期间获得的专利