玄武岩纤维沥青混合料裂缝扩展研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100249硕士学位论（文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：道路与铁道工程论文题目：玄武岩纤维沥青混合料裂缝扩展研究英文题目：StudyonCrackPropagationofBasaltFiberAsphaltMixture学生姓名：李宁宁导师姓名：闫景晨副教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要我国高等级公路的路面主要为沥青路面，由于内蒙古自治区沥青路面受到季节性温差及荷载等因素的作用，沥青路面中形成的微裂纹会不断扩展而发展为宏观裂纹，最终导致路面结构

2、的破坏。玄武岩是玄武岩纤维的主要组成材料，在我国储量丰富。玄武岩纤维不仅可避免传统纤维用于沥青混合料的不足，而且可改善其路用性能，避免沥青路面的早期损害，并且经济效益可观，因此玄武岩纤维对沥青路面的裂缝开裂和扩展研究具有重要意义。本论文开展了以下的研究工作：（1）本文研究对象为AC-16沥青混合料，其粘结料分别为普通基质沥青和掺加玄武岩纤维的基质沥青，分别确定两种混合料的沥青用量、油石比及相应砂浆各档集料的用量，并制得试件。计算得到两种混合料的油石比分别为4.9%和5.1%。两种砂浆的油石比分别为8.6%和8.9%。说明玄

3、武岩纤维能吸附部分的沥青，增加了沥青的用量，从而增加了混合料和砂浆的油石比；（2）通过数码相机对AC-16沥青混合料半圆试件表面信息进行图像采集；使用Image-ProPlus6.0和R2V软件对图像进行一系列的操作，导入到绘图软件CAD中建立集料和内聚力单元，最后以.sat的格式导入有限元计算软件ABAQUS中，形成二维的半圆试件模型的重构；（3）本文选用Burgers模型对普通沥青砂浆和掺加玄武岩纤维的沥青砂浆的粘弹性能进行对比分析，集料采用线弹性模型，集料与砂浆的接触截面采用CZM模型。在有限元ABAQUS模拟中，对

4、沥青砂浆粘弹性的定义需要将单轴静载压缩蠕变试验得到的蠕变柔量与时间的关系曲线，通过Origin拟合得到Burgers模型中的弹性模量E1、E2和粘性系数η1、η2四个参数值，进而将四参数转化为Prony级数。通过半圆弯拉试验的荷载—位移曲线，说明在荷载逐渐增大的过程中，相同荷载作用下，掺加玄武岩纤维的沥青混合料的砂浆的竖向位移小于基质沥青混合料的竖向位移，说明玄武岩纤维的掺入可以协调沥青混合料的形变。通过半圆弯拉（SCB）试验获得的临界内聚力和临界断裂能两项断裂参数，并对内聚力模型（CZM）进行定义，结果显示，玄武岩纤维的

5、掺入使两项断裂参数均明显提高。通过对半圆弯拉试验进行数值模拟得到两种材料半圆弯拉试件的应力云图，对比分析说明玄武岩纤维在沥青混合料中能够有效的分散和传递应力。通过经验公式与有限元模拟对两种材料的裂缝尖端的应力强度因子做对比，验证有限元模拟时材料参数输入的精确性。在相同荷载作用下，掺加玄武岩纤维的沥青混合料的裂缝尖端的应力强度因子小于基质沥青混合料，说明玄武岩纤维可以有效的分散裂缝尖端的应力的分布，能很好的缓解裂缝的开裂；（4）本文通过扫描电子显微镜试验（SEM）对基质沥青混合料和掺入玄武岩纤维沥青混合料的微观构造进行观察，

6、定性分析玄武岩纤维在沥青混合料中对裂缝开裂I内蒙古工业大学硕士学位论文的影响。首先通过观察玄武岩纤维在沥青混合料中与沥青的接触方式，分析玄武岩纤维与沥青界面增强效果。其次通过观察两种材料的破坏面和玄武岩纤维的断口，分析玄武岩纤维对沥青混合料的加筋和阻裂效果。最后通过观察玄武岩纤维在混合料中的微裂缝处分布状况，分析玄武岩纤维对沥青混合料微裂纹扩展的影响。关键词：玄武岩纤维沥青混合料；半圆弯拉试验；断裂力学；有限元模拟；扫描电子显微镜试验II内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractThepavementofhighgrade

7、highwayinChinaismainlyasphaltpavement.DuetotheeffectofseasonaltemperaturedifferenceandloadinInnerMongoliaAutonomousregio,themicro-cracksformedintheasphaltpavementwillcontinuetoexpandanddevelopintomacroscopiccracks,eventuallyleadingtothedestructionofthepavementstru

8、cture.Basaltisamainmaterialofbasaltfiber,anditisrichinreservesinChina.Basaltfibercannotonlyavoidthedeficiencyoftraditionalfiberforasphaltmixture,butalso