沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展（3）自愈合理论与行为方程

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1、2012年8月石油沥青PETROLEUMASPHALT第26卷第4期·综述·沥青混凝土疲劳损伤自愈合行为研究进展(3)自愈合理论与行为方程曹林辉，孙大权，粱果，张立文(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804)摘要：自沥青混凝土具有疲劳损伤自愈合能力得到试验和实践验证以来，白愈合理论与行为方程成为研究重点。但由于沥青混凝土自愈合行为的复杂性，其理论研究多停留于基于宏观表现认知的推测，只是近年来才取得一些进展，主要形成了基于裂缝表面能、裂缝表面分子扩散和沥青毛细流动的三种沥青混凝土疲劳损伤自愈合理论，并建立了各自的行为方程。本研究评述了三种沥青

2、混凝土疲劳损伤自愈合理论的科学基础、建立方法和研究发展，分析了不同理论和行为方程的适用条件。关键词：沥青沥青混凝土疲劳损伤自愈合理论模型沥青混凝土疲劳损伤是指重复荷载作用下其1基于裂缝表面能的沥青混凝土疲劳损伤自愈力学性能衰减的过程，表现为疲劳微裂纹的萌合行为理论与方程生、发展，汇集成宏观裂缝直至破坏的历程。而基于裂缝表面能理论，沥青混凝土的疲劳开自愈合(Self—Healing)通常是疲劳损伤的逆过裂和愈合表现为混凝土中裂缝表面积的变化。对程，即裂缝的主动愈合而使其力学性能的恢复。于疲劳开裂过程，Schapery⋯提出的断裂力学基大量的关于沥青混凝土疲劳寿

3、命与加载间歇时间本法则：关系以及室内测试结果与现场路面性能之间的2Ff=ERDf(t)(1)“转移系数”等研究已经充分证实了沥青混凝土式中：——裂缝表面的表面能密度(FL)；具有疲劳损伤自愈合潜在能力。E——参考模量(通常可取1．0)，可以沥青混凝土疲劳损伤自愈行为不仅影响其裂将粘弹性材料转化成等效的线弹缝产生与发展及疲劳寿命，也是建立室内外疲劳性材料。性能关系、确定沥青路面设计方法中的“转移Df(t)——t时材料的拉伸蠕变柔量系数”的基础。但沥青混凝土疲劳损伤自愈行(FL2)，t为裂纹扩展长度为为极其复杂，不仅决定于材料组成与结构，同时对应的时间；受到温度

4、循环、间歇时间、损伤程度等因素影_，——粘弹性积分，也即是相邻拉伸响。在对沥青混凝土疲劳损伤自愈行为宏观表现荷载周期间产生单位面积裂纹的充分认知的基础上，研究沥青混凝土疲劳损伤自耗散能改变量(FL)。愈合机理并建立行为方程，对于准确表征沥青混式(1)是根据能量守恒定律，将拉伸蠕变凝土自愈合行为、研发增强沥青混凝土自愈合能的耗散能变量转化成新裂纹的表面能。而愈合过力技术具有重要理论价值。为此，国内外学者试图基于裂缝表面能理论、裂缝表面分子扩散理收稿日期：2012—06—06。作者简介：曹林辉(1987一)，男，江西樟树人，硕士研究论、沥青毛细流动理论，揭示沥青

5、混凝土疲劳损生，研究方向为道路工程材料。E—mail：clinhui99@伤自愈合行为，并建立相应的行为方程。163．corno2石油沥青2012年第26卷程的能量转移过程可以认为是开裂的逆过程。yIn：(予)÷(8)Lytto针对愈合过程提出了与上式对应的材料愈合定律j：同时他们还认为，沥青混凝土的短期愈合主要依赖于．Ii，长期的愈合趋于五¨，如图12Fh=ERDh(t)Hv(2)Dh(t)=D0h+D1ht(3)所示。式中：J，．，、E与前面相同；D(t。)——￡时材料的压缩蠕变柔量(FL)，t为裂纹愈合长度为对应的时间；——粘弹性积分，即相邻压缩荷载期

6、间产生单位面积裂纹的耗散能改变量(FL)；——沥青混凝土蠕变柔量与时间愈合【J1』t'tlJ／mi”对数坐标的斜率。图1典型愈合阶段划分曲线为了更清晰描述沥青混凝土愈合行为过程，必须对愈合速率有一个全面的描述。Little等人以上基于裂缝表面能理论模型建立了裂缝表在对愈合测试数据分析中发现，愈合速率由两种面能与愈合速率的关系，通过测量裂缝表面能及不同的愈合机理构成]。他们分别由表面能密压缩蠕变试验，可以预测沥青混凝土的愈合速率。度的非极性(色散力)部分和极性(酸碱性)模型从断裂力学的角度建立沥青混凝土自愈合行部分决定，得到以下愈合速率的表达式：为方程，揭示了

7、愈合的动力为裂缝表面能的降低。『．二]2基于裂缝表面分子扩散的沥青混凝土疲劳损，i=

8、Ii：+lLl+l‘△‘)(4)伤自愈合行为理论与方程BJ裂缝表面分子扩散理论从沥青分子扩散角度式中：五，7i——分别由非极性和极性表面能揭示了沥青混凝土愈合机理，同时还考虑了沥青决定的沥青混凝土愈合速率；混凝土粘弹性行为，引入了弹性与粘弹性对应法五——沥青混凝土实际愈合速率；则。微损伤裂纹的产生主要与破坏区域的分子移(At)——加载间歇时间；动及重新组合相关，因此愈合可以理解为开裂的。～1间的参数，表示沥青混逆过程。Wool和0’Connor将聚合物的愈合过凝土能够达到的

9、最大愈合度。程归结为两部分：裂缝界面润湿和材料固有愈