剑麻纤维沥青混凝土路用性能数值模拟与试验研究

论文摘要

沥青混凝土路面由于其良好的路用性能而得到广泛的运用,尤其是作为高等级公路的铺面层。但由于沥青混凝土路面会在各种因素的作用下,发生早期路面病害现象。常见的病害形式有开裂、车辙和坑洞等,这些病害形式严重影响了沥青路面的正常使用功能。因此应该积极采用各项措施,改善沥青混凝土的路用性能,其中在沥青混凝土中添加纤维是常用的方法。本文提出剑麻纤维作为新型的道路纤维,研究剑麻纤维沥青混凝土的路用性能具有很好的现实意义。从国内外对纤维沥青混凝土的研究当中可以发现,纤维可以有效提高沥青混凝土的路用性能。纤维沥青混凝土的强度形成机理可分为纤维的吸附、阻裂、加筋和增韧作用,而沥青混凝土本身的性质也会影响纤维的增强效果。沥青混凝土作为典型的粘弹性材料,具有显著的松弛和蠕变特性,满足时温等效的原则。本文采用蠕变试验,再通过数据的处理方法获取粘弹性参数。由于本文借助了ABAQUS有限元软件,因此采用Prony级数形式表征沥青混凝土的粘弹性。利用ABAQUS软件对普通沥青混凝土路面结构与剑麻纤维沥青混凝土路面结构的路用性能进行模拟计算。本文是对沥青路面荷载型疲劳开裂裂缝、低温下的温度疲劳裂缝与高温下的车辙变形量进行计算。从计算结果中可以发现,把剑麻纤维掺入到沥青混凝土中,可以使其路用性能得到了不同幅度的提高。采取路用性能试验,对剑麻纤维的增强效果进行检测。利用常规马歇尔试验、残留马歇尔试验、冻融劈裂试验和高温稳定性试验,分别对普通沥青混凝土与剑麻纤维沥青混凝土的水稳定性能、低温抗裂性能和高温稳定性能进行对比分析,验证了剑麻纤维对沥青混凝土的路用性能具有一定的改善效果。因此剑麻纤维可以对沥青混凝土路面产生增强效果,而且由于其价格低廉、绿色环保,来源广泛,具有一定的推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景以及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 纤维混凝土路用性能研究现状
• 1.2.2 沥青混凝土粘弹性能研究现状
• 1.3 本文的研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.4 主要创新点
• 1.5 本章小结
• 第2章 纤维增强沥青混凝土机理分析
• 2.1 纤维增强沥青混凝土作用机理的观点
• 2.1.1 复合材料理论
• 2.1.2 结构层次理论
• 2.1.3 界面理论
• 2.2 纤维沥青混凝土的强度形成机理
• 2.2.1 纤维吸附作用
• 2.2.2 纤维阻裂作用
• 2.2.3 纤维加筋作用
• 2.2.4 纤维的增韧作用
• 2.3 本章小结
• 第3章 沥青混凝土粘弹性性能研究
• 3.1 粘弹性材料性质
• 3.1.1 粘弹性材料的变形特性
• 3.1.2 粘弹性材料的蠕变与松弛特性研究
• 3.1.3 粘弹性材料时温等效原则
• 3.2 沥青混凝土粘弹性本构关系理论
• 3.3 沥青混凝土粘弹性试验与参数拟合
• 3.3.1 沥青混凝土蠕变试验
• 3.3.2 沥青混凝土粘弹性参数拟合
• 3.4 本章小结
• 第4章 沥青混凝土路用性能有限元分析
• 4.1 沥青混凝土路面开裂分析
• 4.1.1 裂缝开裂方式
• 4.1.2 裂缝尖端奇异场
• 4.1.3 裂纹断裂准则
• 4.1.4 应力强度因子的求解
• 4.2 沥青路面裂缝荷载疲劳开裂分析
• 4.2.1 沥青路面动态参数分析
• 4.2.3 两种沥青混凝土路面荷载疲劳开裂分析
• 4.3 沥青路面裂缝温度疲劳开裂分析
• 4.3.1 沥青路面结构的温度场
• 4.3.2 沥青混凝土路面温度疲劳开裂分析
• 4.4 沥青路面车辙分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 沥青混凝土路用性能试验研究
• 5.1 马歇尔试验
• 5.1.1 常规马歇尔试验
• 5.1.2 马歇尔残留稳定度试验
• 5.2 冻融劈裂试验
• 5.3 高温稳定性试验
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果