沥青混合料的黏弹性能表征及J-MRP预测模型研究

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1、分类号:U41410710-2014031002博士学位论文沥青混合料的黏弹性能表征及J-MRP预测模型研究王志臣导师姓名职称陈忠达教授申请学位类别工学博士学科专业名称道路材料科学与工程论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年6月10日学位授予单位长安大学StudyonViscoelasticCharacterizationandJ-MRPPredictionModelofAsphaltMixturesADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：WangZhichenSupervisor：

2、Prof.ChenZhongdaChang’anUniversity,Xi’an,China摘要沥青混合料为典型的黏弹性材料，由于其内部结构和组分相性能的复杂性，在未弄清其内部组分结构与宏观性能、黏弹性参数之间的关联性之前，研究人员更倾向于采用室内试验研究其宏观黏弹性能。但大量重复性的试验将造成人力、财力和时间的浪费，并且仍旧无法揭示宏观黏弹性能与内部组分结构的动态演化关系。为此，开展沥青混合料的黏弹性能表征以及考虑组分相性能和内部结构特征的黏弹性能预测模型研究是十分必要的。首先，基于广义Maxwell模型和广义Kelvin模型的黏弹性能表征，通过改进Sigmo

3、idal预平滑拟合法确定离散时间谱，提出了离散松弛时间谱与离散延迟时间谱之间的多空间域数值换算方法，实现了通过一种类型的黏弹性能试验换算获取沥青混合料的全面黏弹性参数。考虑到不良时间谱线的产生，采用连续时间谱的黏弹性能表征，提出了基于改进Sigmoidal函数确定沥青混合料连续时间谱的显示表达式，建立了由连续时间谱换算离散时间谱的关系式，进而提出了更适用于通过复数模量试验结果获取松弛系和蠕变系黏弹性参数的连续时间谱换算方法。再则，考虑到沥青混合料组分相的非均匀分布特征，针对MRP模型等效模量公式难以应用的不足对其进行改进，提出了一种更便于工程应用的均匀化J-MR

4、P模型。应用J-MRP模型对沥青胶浆的动态剪切模量进行了预测，通过与试验值比较得出预测值偏低。基于微细观图像试验结论认为模型中未考虑沥青与矿粉的物化作用是导致预测值偏低的主要原因，由此建立了考虑真实物化作用的沥青胶浆四相J-MRP模型，当取结构沥青层体积分数csa=30%时，应用该模型得到的动态剪切模量预测值与试验值较为接近。其次，以沥青胶浆级为基础，通过分步均匀化的方式建立了沥青砂浆和沥青混合料的J-MRP模型，构建了沥青混合料的逐级预测模型，通过与试验值比较发现模型预测值明显偏低，进而提出了考虑集料和沥青胶浆交互作用的简化修正方法，修正方法的嵌锁因子系数取c

5、=0.1，d=6或7时，沥青砂浆J-MRP模型的预测值与试验值较为接近，当取c=0.1，d=7.5或8时，沥青混合料的J-MRP模型预测值与试验值较为接近。基于连续时间谱的黏弹性参数换算方法，将沥青混合料动态剪切模量预测结果换算至蠕变柔量和松弛模量，实现了沥青混合料全面黏弹性能的预测。最后，给出了基于J-MRP模型的沥青混合料黏弹性能预测流程，针对SMA-13、AC-20和ATB-25三种类型沥青混合料的动态模量进行了预测，并基于连续时间谱黏弹性参数I换算得到了松弛模量和蠕变柔量的预测值，其与试验值比较表明二者较为一致，进一步验证了基于J-MRP模型预测不同类型

6、沥青混合料黏弹性能的有效性。黏弹性参数换算方法和预测模型的建立，实现了沥青混合料全面黏弹性能的预测，减少了大量重复性黏弹性能试验，揭示了沥青混合料组分相性能和内部结构特征对其黏弹性能的影响。本文研究成果可为考虑微细观信息进行沥青混合料组成设计提供科学理论依据，对沥青混合料组成设计方法的发展起到了积极推进作用。关键词：沥青混合料；沥青胶浆；沥青砂浆；黏弹性；MRP；细观力学；预测模型；时间谱；非均匀分布IIAbstractAsphaltmixtureisatypicalviscoelasticmaterial,duetothecomplexityofitsinte

7、rnalstructureandcompositionalproperties,theresearchersprefertostudymacroscopicviscoelasticityofasphaltmixturebylaboratorytestswhenthecorrelationbetweentheinternalcomponentstructure,macroscopicpropertiesandviscoelasticparametersarenotestablished.However,alargenumberofrepetitivetestsca

8、usehumanreso